频率调制与相位调制及解调电路

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1、4.2频率调制与相位调制及解调电路基础在调制中，载波信号的频率随调制信号而变，称为频率调制或调频，用FM（FrequencyModulation）表示；载波信号的相位随调制信号而变，称为相位调制或调相，用PM（PhaseModulation）表示。在这两种调制过程中，载波信号的幅度都保持不变，而频率的变化和相位的变化都表现为相角的变化，因此，把调频和调相统称为角度调制或调角。4.2.1频率调制（调频）与解调1．调频电路的性能指标调频就是利用调制电压去控制载波的频率。最常用的调频方法可分为两大类：直接

2、调频和间接调频。直接调频就是用调制电压直接去控制载频振荡器的频率，以产生调频信号。间接调频就是保持振荡器的频率不变，而用调制电压去改变载波输出的相位，即调制不是在振荡器上直接进行的，而是在振荡器后边的调相器中进行。由于调相和调频有一定的内在联系，所以只要附加一个简单的变换网络，就可以从调相中获得调频。所以间接调频，就是先进行调相，再由调相变为调频。调频电路的主要性能指标如下：（1）调制特性受调振荡器的频率偏移与调制信号电压的关系称为调制特性，表示为（4.2.1）式中，f是调制作用引起的频率偏移；fc

3、为中心频率（载频）；u为调制信号电压。理想的调频电路应使f随u成正比改变，即实现线性调频，但在实际电路中总是要产生一定程度的非线性失真。（2）调制灵敏度S调制电压变化单位数值所产生的振荡频率偏移称为调制灵敏度。如果调制电压变化u，相应的频率偏移为f，那么调制灵敏度S表示为（4.2.2）显然，S越大，调频信号的控制作用越强，越容易产生大频偏的调频信号。（3）最大频偏fm在正常调制电压作用下，所能达到的最大频偏值用fm表示，它是根据对调频指数mf的要求来选定的。通常要求fm的数值在整个波段

4、内保持不变。（4）载波频率稳定度载波频率的稳定度如下所示频率稳定度时间间隔（4.2.3）式中，fc为载频的中心频率；f为经过一定“时间间隔”后中心频率的偏移值。2．频率调制（调频）设调制信号为（4.2.4）载波信号为（4.2.5）调频信号随调制信号的变化情况如图4.2.1所示。图4.2.1调频信号随调制信号的变化情况在调制电压的正半周，载波振荡频率随调制电压变化而高于载频，到调制电压的正峰值处，已调高频振荡角频率为最大值max=c+。在调制信号负半周，载波振荡频率随调制电压变化而低于载频，到

5、调制电压负峰值处，已调高频振荡角频率为最小值min=c。而瞬时角频率则按调制信号同样的规律变化，即（4.2.6）式中，c为载波角频率；为由调制信号u所决定的角频率偏移。称频偏或频移，与u(t)成正比，即（4.2.7）式中，Kf为比例系数。将上面各式整合可以得到调频波的表达式如下：（4.2.8）式中，假定初相角=0，/是调频波的调制指数mf。3．变容二极管的调频原理变容二极管利用半导体PN结的结电容随外加反向电压而变化这一特性制成，等效为一个可变电容器，是一种电压控

6、制的可变电抗器件。例如2CC1A～F系列的变容二极管，在反向偏压为4V时的结电容为40～85pF，结电容的变化范围为10～220pF。如图4.2.2（a）和图4.2.2（b）所示，在变容二极管上加一固定的反向直流偏压U偏和调制信号电压u，调制信号电压为。此时，变容二极管电容Cd由两部分组成，一部分是由反向直流偏压U偏设置的固定值C0；另一部分是随调制信号变化的变化值C，C=Cmcost，Cm是变化部分的幅值。变容二极管的电容量Cd（Cd=C0+C）将随u变化而改变。图4.2.2变容二极管电

7、容与调制信号电压和频率变化之间的关系一个由变容二极管的电容Cd和电感L组成LC振荡器的谐振电路，其谐振频率近似为。将代入f的公式，得（4.2.9）在Cm/C0<<1的条件下，将式（4.2.9）用二项式定理展开，并略去平方项以上各项，可得（4.2.10）式中，。在载频振荡器电路中，接入一个由变容二极管的电容Cd和电感L组成LC振荡器的谐振电路。根据式（4.2.10），fc是Cm=0时由L和固定电容C0所决定的谐振频率，称为中心频率（即载频），。f是频率的变化部分，而是变化部分的幅值，称为频偏。f公式

8、中的负号表示当回路电容增加时，频率是降低的。电容Cd随时间的变化曲线如图4.2.2（c）所示。通过图4.2.2（c）、图4.2.2（d）和图4.2.2（e），可以得到频率和时间的关系。比较图4.2.2（a）和图4.2.2（e），可见频率f随调制电压u变化而变化，从而可实现频率调制，即调频。从图4.2.2可以看出，由于C-u和C-f两条曲线并不是完全成正比的，最后得到的f-t曲线形状将不与u-t曲线完全一致，即存在调制失真。调制失真的程度不仅与变容二极