《调频与鉴频》PPT课件

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8.2调频信号的产生8.2.1调频信号的性能指标1、调制特性的线形（压控特性)要求:压控特性的线性范围要宽 2、调制灵敏度（压控灵敏度）其定义是调制特性原点的斜率。通常可用：表示 3、载波中心频率的稳定度若不稳定，会引起失真，还会引起频带展宽，对邻近频道产生干扰4、振幅要恒定，寄生调幅要小。 8.2.2直接调频与间接调频1、直接调频用调制信号直接线性地改变载波的瞬时频率，即用调制信号直接改变决定载波频率的电抗元件的参数，使调制之后的信号的瞬时频率随调制信号线性变化，电压/电抗载频产生直接调频的原理框图 2、间接调频载波振荡器缓冲器调相器积分器 8.4变容二极管调频电路8.4.1变容二极管特性由调制信号控制振荡电路的电抗元件可实现调频。变容二极管是可以随外加电压变化的电容器件。uD=0时的结电容二极管的势垒电压约为0.7V：变容指数,随PN结杂质参杂浓度分布不同，分为：注意：为了减小振荡电路的损耗，变容二极管必须反偏 8.4.2变容二极管接入振荡电路的一般方法根据C1、C2的取值，有三种等效电路（1）C1不接，C2较大（对高频视为短路） （2）当分布电容不可忽略，或接入并联电容以满足调制特性的某些要求时，必须考虑C1，若仍把C2视为短路，等效电路如下图。(3)当C2不够大，与CJ相同数量级时，等效电路如下图。 （4）电路分析①只考虑变容二极管的情况设静态工作点电流 令称为电容调制度静态工作点的电容，即偏置电压为UQ时、变容二极管的电容（1）由（1）式，Cj受所调制，调制的规律决定于变容指数，调制深度决定于m 静态工作点的振荡中心频率，即载波中心频率（2）将（2）式用幂级数（麦克劳林级数）展开，则：忽略3次方以上各项振荡器的振荡频率为： （3）令表示频率偏移中心频率偏移（相对频偏）为： 由前面的（3）和（4）式，说明高频振荡频率成分中包含等高次项。引入了非线性失真。在m较小时，可忽略二次方以上各项：（5）式说明，为了减小非线性失真，取m较小为好另一方面，再从调制灵敏度看电容调制度m的取值最大频偏：相应调制电压的变化量：m大一些好 取多大为好？如果取，可以得到理想的状态。当时，由（2）式（6）没有非线性失真，没有中心频率偏移（稳定），随控制信号线性变化。结论：若取的管子，可加大m,增加频偏，而不影响线性 ②考虑C1的情况振荡频率：将（8）式代入（7）式：（9） 将（9）式中括号部分用幂级数展开后：（10）（11）（12）令（13） 由(10),(11),(12)式：（14）如果只取（14）式中的第1项，则：（15） 最大相对频偏为（对应）：（16）（17）调制灵敏度：（18）讨论A:（18）式是近似得到的由（14）式，存在非线性失真如何使失真最小？ 使每个高次谐波的系数均为0是不可能的，但，二次谐波项是主要的失真项。可令二次谐波系数等于0即令：解出：（19）讨论A：与第一种情况的结论一致，不接C1时，不失真条件是 讨论B：所以，在实际电路中，不宜使C1的数值过大以免要求变容管的太大而无法实现。讨论C：由（19）式解出为负值。实际不存在这样的管子，必然要引起非线性失真。通常取对于接有C1的电路，应该选择的超突变结变容二极管 例：给定调频电路的载频，谐振回路如下图所示。（1）若要求（2）如果要减小调制特性的非线性，应该选取什么样的管子？ 解（1）：由（17）式（2）由不产生非线性失真的最小条件最好选的变容二极管 ③部分接入前面两种情况，变容二极管直接与L并联，能够得到较大的频偏。但是，在要求频偏较小的情况下，常将变容二极管串接一个不大的电容C2。目的：提高振荡器中心频率的稳定度 对上式作两次近似：第一次近似：第二次近似：再利用 求出： 当时，第3次近似令该式说明：稳定，表明变容二极管对回路的影响小 最大频偏：该式中假定从最大频偏来看：频率稳定以减小频偏为代价 图8.25全部接入式变容二极管调频电路(a)电路图；(b)交流等效电路 图8.25(a)是全部接入式变容二极管调频振荡器电路。变容二极管的直流电压UQ从电位器R7上获得调制信号通过C3、L2馈入，L2是高频扼流圈。C1、C2、C4~C6~C12是高频滤波或隔直流电容，高频阻抗近似为零。R5是防止寄生振荡电阻。C5是输出耦合电容。L1和Cj构成LC并联振荡回路。其他部分为直流供电、稳压电路。由于变容二极管两端的回路接入系数为1，所以称其为全部接入式变容二极管调频电路。该电路的交流等效电路如图8.25(b)所示。它是一个电感回授式三点式振荡器。回路的电感L1与变容二极管并联，振荡器的工作频率近似等于回路的自然谐振频率。 图8.27 图8.27(a)示出的是部分接入式变容二极管调频电路。图中，C3、C9、C10、C11都是高频滤波电容。R1、R4、R5是晶体管的直流偏置电阻。R6是自偏置电阻。R2、R3是变容二极管的静态偏置电阻，R7是变容二极管直流通路电阻。L3是高频扼流圈。C8是调制信号耦合电容。L1、C2、C4~C7、Cj构成振荡回路。该电路的交流等效电路如图8.27(b)所示。由图可见，它是电容回授式基极接地三点式振荡器电路，振荡回路如图8.27(c)所示。图中C1是C4、C5、C6、C7的等效电容，CΣ是回路总的等效电容。Cj与C2串联后与回路电感L1并联，所以变容二极管两端的回路接入系数小于1，因此称此电路为部分接入式电路。 图8.28双变容管调频电路 直流偏置Lp1和Lp2对振荡频率呈高阻抗，对调制信号呈低阻抗1000p电容对振荡频率短路，对调制信号呈高阻抗 电路优缺点：①与单个变容二极管相比，相同直流偏置下，CjQ减小一半，增加，在相同的情况下，可以减小m的值，有利于减小非线性。可以削弱高频振荡电压的谐波成分，（高频振荡谐波会引起交叉调制，两管背对背连接可抵消某些谐波成分）。但调之灵敏度略有下降。 8.8调频信号的解调方法对调频信号进行解调的检波器称为鉴频器。根据工作原理分为三类：第一类：Step1.进行波形变换，把调频波变为幅度随瞬时频率变化的调幅波。Step2.用包络检波器检波，恢复出调制信号。优点电路简单。第二类：对调频波通过零点的数目进行计数，因为其单位时间内的数目正比于调频波的瞬时频率。优点是线性良好。第三类：利用一想起与符合门电路相配合来实现，移相器所产生的大小与频率偏移有关。优点是易于集成，且性能良好。 8.8调频信号的解调方法8.8.1基本原理设调制信号则：一般表达式（1）幅度原调制信号 根据公式（2）画出原理框图如下：8.8.2鉴频方法1、直接法：利用线性网络变换方法2、间接法：利用反馈控制原理 （1）第一类鉴频方法A.将调频波变换为调频-调幅信号（幅度随瞬时频率变化的调频波）。B.用幅度检波器将幅度检出。波形变换幅度检波 的变换方法对上式微分：包络上式是随调制信号变化的调频信号，用振幅检波后可以绘出原调制信号 根据前面的说明，画出FM检波电路的原理框图如下：微分网络包络检波图8.49 教材中p224~p225的说明线性幅频网路包络检波线性幅频网络：随线性变化为常数 设则线性变换网络的幅频特性为：将用复数表示： 包络用包络检波可取出：正比于，可以实现鉴频 频域分析法： 8.9斜率鉴频电路8.9.1限幅电路问题：调频信号在传输过程中，受干扰和噪声的影响会引起幅度起伏，使鉴频器的输出电压岁接收信号的幅度变化，形成起伏噪声，导致SNR下降。幅度起伏变化限幅器鉴频器来自中放 1.硬限幅电路放大区理想限幅特性实际限幅特性 双二极管限幅电路二极管道统电压uD时，二极管（D1，D2）截止（1） 当时，双二极管交替导通（2）（1）和（2）比较：二极管截至时，随的变化很大二极管道统时，随的变化很小实现限幅 的振幅越大，越接近方波 2.差分振幅限幅器（软限幅电路）调谐在载波中心频率fC原理：当输入电压，一个管子导通，另一个管子的电流受限于I0，集电极电流顶部被削平，iC2是一个调频方波，所含的瘠薄分量趋于恒定。由谐振回路取出幅度恒定的基波电压。特征：工作频率高，两管对称，谐波分量少。 8.9.2鉴频器的主要性能指标①鉴频器的中心频率。鉴频器位于中放电路之后，鉴频器的中心频率需要与中频的数值一致。②鉴频特性的线性度为了不失真解调，特性曲线在一定范围内必须呈线性B ③鉴频灵敏度也可以简单地表述为：如果在中心频率fc附近，频率偏移时的电压为Uo，则：④线性鉴频范围B（峰值带宽，线性范围） 8.9.3失谐回路鉴频器根据第1类鉴频方法：A.频率幅度转换B.包络检波 因为谐振频率不等于调频载波的中心频率，所以称为失谐回路鉴频器。 双失谐回路 8.10相位鉴频器相位鉴频器乘积型相位鉴频器叠加型相位鉴频器8.10.1乘积型相位鉴频器频相转换网络LPFLPF 图8.58乘积型相位鉴频器频相转换网络 频相转换网络的传输系数网络的串联谐振频率（1） （1）式中相对失谐（2） 对图8.59(b)的说明： 对图8.59(c)的说明：由公式一般情况： 当取输入信号的载波中心频率时，变换网络的输出电压(8.10-2)(8.10-3) (8.10-4)(8.10-5)将式(8.10―4)、式(8.10―5)代入式(8.10―3)可得:(8.10-6)幅度 与在乘法器中相乘后，再通过LPF就得到下图所示的鉴频特性。