6[1].2调频电路

N倍频器 倍频器
ω (t ) = ωc + ωm cos(t )
n倍频器能够改变载波角频率和最大角频偏,使这 倍频器能够改变载波角频率和最大角频偏, 倍频器能够改变载波角频率和大角频偏 两者同时增大到原值的n倍 两者同时增大到原值的 倍,但相对角频偏 ω c 不变. 不变.而且倍频器不会影响调制信号的角频率 , 不会改变所携带的低频信息的性质. 不会改变所携带的低频信息的性质.
变容二极管调相电路
RLC并联谐振回路是一个线性网络,当它的激励信号是载波电流时,传 并联谐振回路是一个线性网络,当它的激励信号是载波电流时, 并联谐振回路是一个线性网络 如果将其中的并联电容取为变容二极管, 输函数就是阻抗 Z ( jω c ) ,如果将其中的并联电容取为变容二极管,并且 适当选取元件参数,此网络就成为可变相移法调相电路. 适当选取元件参数,此网络就成为可变相移法调相电路. 未加调制信号时, 未加调制信号时,谐振 1 角频率为: 角频率为
电路实例1 电路实例1
变容二极管 部分接入回 路的直接调 频电路
高频交流通路
电容三点式 振荡器
电路实例2 电路实例2
变容二极管 晶体振荡器直 接调频电路
高频交流通路 它是一个电容三点式 振荡器,同时又是一 个并联型晶体振荡器
间接调频电路(自学) 间接调频电路(自学)
间接调频原理
k f = k1 k p
图6.2.3 调频特性
最大频偏 fm 调频灵敏度
d(f ) SF = du u =0 fm SF = Um
非线性失真
6.2.2 直接调频电路
如果某个电抗元件的参数发生变化,则振荡器的 如果某个电抗元件的参数发生变化, 振荡频率会相应地有所变化; 振荡频率会相应地有所变化;而如果电抗元件参数的 变化又是受低频信号控制的,则最终的效果将是低频 变化又是受低频信号控制的,则最终的效果将是低频 信号的变化控制了振荡器振荡频率的变化, 信号的变化控制了振荡器振荡频率的变化,因而输出 信号就是调频波.这种调频方法称为直接调频. 信号就是调频波.这种调频方法称为直接调频. 直接调频电路中需要一个比较特殊的电抗元件, 直接调频电路中需要一个比较特殊的电抗元件, 这种电抗元件的元件参数会受到外加电压的影响, 这种电抗元件的元件参数会受到外加电压的影响,称 可变电抗元件(可变电容或可变电感) 为可变电抗元件(可变电容或可变电感),是非线性 元件. 元件.
大部分电压加在电阻上, RC >> 1 时,大部分电压加在电阻上,故:u ( t ) ≈ uR ( t ) =
Ri
′ u ( t ) =
1 1 ∫ idt ≈ RC ∫ u ( t )dt C
积分系数 k1 =
1 RC
矢量合成法调相电路
窄带调相时,信号可简化为: 窄带调相时,信号可简化为:
uPM ( t ) = U m cos(ω c t ) m p cos( t ) sin(ω c t )
含变容二极管谐振 直流及低频通路 回路的典型结构 低频开路, 高频短路
高频通路 并联谐振回路
对于谐振回路而言, 可以部分接入. 对于谐振回路而言,Cj可以部分接入.此时施加到变容二极管的调制 电压对整个谐振回路的影响会减小,因而调频灵敏度将降低, 电压对整个谐振回路的影响会减小,因而调频灵敏度将降低,但非线 性失真及频率不稳定性也会有所削弱. 性失真及频率不稳定性也会有所削弱.
[
]
= U m cos(ω c t ) + U m m p cos( t ) cos(ω c t +
π
2
)
可变相移法调相原理
信号通过线性系统后的变化
Ym = H ( jω c ) X m
如果网络中存在可变电抗元件, 如果网络中存在可变电抗元件, 由于它的电抗元件参数受到低频 调制信号的控制,因而低频调制 调制信号的控制,因而低频调制 信号控制了网络的传输函数 调幅
ω t + k k t u ( t )dt ′ uo ( t ) = U m cos ω c t + k p u ( t ) = U m cos c p 1 ∫0
[
]
ω t + k t u ( t )dt 调频波的标准形式为 : m cos c U f ∫0
实现间接调频所需的积分电路可以采用简单 积分电路 实现间接调频所需的积分电路可以采用简单RC积分电路. 简单 积分电路.
6.2.1 调频电路的实现方法与性能指标
一,调频方法 1. 直接调频 2. 间接调频
6.2.1 调频电路的实现方法与性能指标
一,调频方法 1. 直接调频 用调制信号直接控制振荡器频率,使其与调制信号成正比. 用调制信号直接控制振荡器频率,使其与调制信号成正比. 振荡电路 控制回路谐振 频率, 频率, 控制振 可 有 调 荡频率. 荡频率. 控 制 源 电 电路 , 输 抗 电 元 调频. 出 调频. 路 件 L C 直接调频法 频 频率
电路符号 高频等效电容 二极管结电容 无外加电压时的结电容 变容指数 PN结的内建电压
C j0 Cj = u n (1 ) UB
u为正向压降,但变容二极管一般 为正向压降, 为正向压降 处于反偏状态, 处于反偏状态,并且所加电压为静 态偏压与调制信号之和,故有: 态偏压与调制信号之和,故有:
Cj
u = U Q + u (t )
�
调制电 图6.2.1 直接调频原理示意图
2. 间接调频 载波电压U 载波电压 mcosωct 调相器 晶体振荡器
uo (t )
t
k∫ u (t )dt
积分器 u(t)
间接调频电路组成框图
0
k∫ u (t )dt
0
t
2. 间接调频 载波电压U 载波电压 mcosωct 调相器 晶体振荡器
uo (t )
可变相移法调相原理
信号通过线性系统后的变化
Ym = H ( jω c ) X m
如果网络中存在可变电抗元件, 如果网络中存在可变电抗元件, 由于它的电抗元件参数受到低频 调制信号的控制,因而低频调制 调制信号的控制,因而低频调制 信号控制了网络的传输函数 调幅
φ = φ H (ω c )
调相
如果选择适当的网络元件参数, 如果选择适当的网络元件参数,并对调制信号的变化范围作出一定 限制,可以使网络传输函数的模基本不变, 限制,可以使网络传输函数的模基本不变,于是输出信号的振幅基本 上不随调制信号的变化而变化,输出信号就成为调相波. 上不随调制信号的变化而变化,输出信号就成为调相波.此网络就成 为调相电路,称为可变相移法调相电路 又称可控相移网络. 可变相移法调相电路, 为调相电路,称为可变相移法调相电路,又称可控相移网络.
变容二极管直接调频电路原理分析
与一般振荡器的谐振回路不同,直接调频电路的谐振回 与一般振荡器的谐振回路不同, 路要能正常工作,必须对变容二极管采用控制电路施加静 路要能正常工作,必须对变容二极管采用控制电路施加静 变容二极管获得了适当的反 态偏压和调制电压. 态偏压和调制电压. 低频短路,
高频开路 低频开路, 高频短路 向静态偏压,而调制信号也 能够有效地加入
变容二极管
与普通二极管尽量减少结电容的制造要求不同, 与普通二极管尽量减少结电容的制造要求不同,变容二极管在 制造时将获得相对来说比较大的结电容, 制造时将获得相对来说比较大的结电容,以突出二极管的电容效 而且变容二极管一般工作在反偏状态 反偏状态下 应.而且变容二极管一般工作在反偏状态下,这就保证了变容二 极管只能等效为电容. 极管只能等效为电容.再考虑到二极管结电容与结电压有关的特 所以变容二极管在反偏工作时应视为电压控制可变电容 电压控制可变电容. 点,所以变容二极管在反偏工作时应视为电压控制可变电容.
ω0 Q =
LC jQ
变化较快
调节相关的元件参数, 调节相关的元件参数,可 以使未加调制信号时的谐 振角频率 ω0 Q = ωc
加调制信号之后,结电容随 调制信号的变化而变化, 导致谐振角频率ω0随调制 信号的变化而变化
基本不变
阻抗的大小随谐振角频率的变化曲线 阻抗角随谐振角频率的变化曲线
变容二极管间接调频电路实例
ωm
ω (t ) = ωc ωL + ωm cos ( t )
混频器
ω (t ) = ωc + ωm cos(t )
ωL
混频器能够改变载波角频率, 混频器能够改变载波角频率,但不会对最大角频偏产 生影响.由此可见, 生影响.由此可见,混频后相对角频偏
ωm
ωc
会增大. 会增大.
一般而言,利用调频电路产生调频波后, 一般而言,利用调频电路产生调频波后,可以先用倍频 器扩展其最大角频偏, 器扩展其最大角频偏,然后再用混频器将载波角频率降 低到需要的数值. 低到需要的数值.
φ = φ H (ω c )
调相
使高频输出信号振幅和相位都受到低频调制信号的控制,成为调相 调幅波 调幅波. 使高频输出信号振幅和相位都受到低频调制信号的控制,成为调相-调幅波.
H ( jωc ) 输出信号振幅 u (t ) 网络中可变电抗元件 网络传输函数H ( jωc ) φH (ωc ) 输出信号的相位
谐振部分
放大部分 输入载波信号经放大后, 输入载波信号经放大后,使 并联谐振回路获得电流激励
积分部分 C对于高频是短路 对于高频是短路 的;并且对于调制信号 并且对于调制信号 而言它的容抗也足够 因而R和 构成积 小,因而 和C构成积 分器
扩展最大频偏的方法
nω (t ) = nωc + nωm cos(t )
6.2 调频电路
主要要求: 主要要求:
掌握调频的实现方法,了解调频电路的主要指标 掌握调频的实现方法, 理解变容管直接调频电路的组成和工作原理 了解变容管间接调频电路的组成和工作原理. 了解变容管间接调频电路的组成和工作原理. 理解实现调相的基本方法. 理解实现调相的基本方法. 掌握扩展最大频偏的方法. 掌握扩展最大频偏的方法.
调频设备组成框图
两次倍频后,中心频率为 两次倍频后,中心频率为2MHz,最大频偏为 ,最大频偏为2kHz;经下混频后,中心频率 ;经下混频后, 为0.5MHz,最大频偏为 ,最大频偏为2kHz;再经倍频后,中心频率为 ;再经倍频后,中心频率为5MHz,最大频偏为 , 20kHz.而放大器的带宽如果足够宽的话,它不会改变调频信号的频率. .而放大器的带宽如果足够宽的话,它不会改变调频信号的频率.
[
]
o
u
C j0 Cj = u n (1 ) UB
u = U Q + u (t )
[
]
C j0 UQ n (1 + ) UB
施加反向静态偏压 时所获得的结电容 C jQ =
Cj =
C jQ (1 + x) n
归一化的调制电压
u (t ) x= U B +UQ
↑→变容二极管结电容 调制信号 u (t ) 变容二极管结电容 C j ↓
t
k∫ u (t )dt
积分器 u(t)
间接调频电路组成框图
0
间接调频法不在振荡器中进行, 间接调频法不在振荡器中进行,故 优点: 优点:中心频率较稳定 缺点: 缺点:不易获得大频偏
二,调频电路的主要性能指标 中心频率 及其稳定度 即未调制时的载波频率f 即未调制时的载波频率 c . 保持中心频率的高稳定度, 保持中心频率的高稳定度,才 能保证接收机正常接收信号 f = f - fc fm OU m u