变容二极管调频电路

变容二极管调频电路

实现调频的方法很多，大致可分为两类，一类是直接调频，另一类是间接调频。直接调频是用调制信号电压直接去控制自激振荡器的振荡频率（实质上是改变振荡器的定频元件），变容二极管调频便属于此类。间接调频则是利用频率和相位之间的关系，将调制信号进行适当处理（如积分）后，再对高频振荡进行调相，以达到调频的目的。两种调频法各有优缺点。间接调频器间接调频的优点是载波频率比较稳定，但电路较复杂，频移小，且寄生调幅较大，通常需多次倍频使频移增加。对调频器的基本要求是调频频移大，调频特性好，寄生调幅小。调频器广泛用于调频广播、电视伴音、微波通信、锁相电路和扫频仪等电子设备

直接调频的稳定性较差，但得到的频偏大，线路简单，故应用较广；间接调频稳定性较高，但不易获得较大的频偏。常用的变容二极管直接调频电路如图Z0916（a）所示。

图中D为变容二极管，C2、L1、和C3组成低通滤滤器，以保证调制信号顺利加到调频级上，同时也防止调制信号影响高频振荡回路，或高频信号反串入调制信号电路中。调制级本身由两组电源供电。

对高频振荡信号来说，L1可看作开路，电源EB的交流电位为零，R1与C3并联；如果将隔直电容C4近似看作短路，R2看作开路，则可得到

图（b）所示的高频等效电路。不难看出，它是一个电感三点式振荡电路。变容二极管D的结电容Cj，充当了振荡回路中的电抗元件之一。所以振荡频率取决于电感L2和变容二极

变容二极管的正极直流接地（L2对直流可视为短路），负极通过R1接+EB，使变容二极管获得一固定的反偏压，这一反偏压的大小与稳定，对调频信号的线性和中心频率的稳定性及精度，起着决定性作用。

对调制信号来说，L2可视为短路，调制信号通过隔直流电容C1和L1加到变容二极管D的负极，因此，当调制信号为正半周时，变容二极管的反偏电压增加，其结电容减小，使振荡频率变高；调制信号为负半周时，变容二极管的反偏压减小，其结电容增大，使振荡频率变低。

由上可见，变容二极管调频的原理是，用调制信号去改变加在变容二极管上的反偏压，以改变其结电容的大小，从而改变高频振荡频率的大小，达到调频的目的。由变容二极管结电容Cj变化实现调频的波形示意图如图Z0917所示。

图Z0918是应用电路举例请读者自行分析。

（二）.变容二极管的间接调频:

间接调频优点是:中心频率十分稳定,但最大角频偏小。

1.概述:

（1)间接调频定义:

t)先进行积分,再以积分后的信号去进行调相,将调制信号v

Ω(

所得的调相波就是对原调制信号实现的调频,称这样调频为间接调频。

（2)实现间接调频的方法:

由定义可知间接调频方法取决于调相,调相方法有几种,则间

接调频方法也有几种。调相方法大致有三种：矢量法、移相法、时延法，所以间接调频同样也有三种方法：

①矢量法：

◆v FM=V cm cos(ωc t+M f sinΩt)=V cm cosωc t cos(M f sinΩ

t)-V cm sinωc t sin(M f sinΩt)

若：M f<<1 cos(M f sinΩt)≈1 sin(M f sinΩt)≈M f sinΩt 则：v FM=V cm cosωc t-V cm M f sinωc t sinΩt=V'm cosφ

◆v FM的矢量合成图：矢量法实现FM的框图：

◆若对调相而言，一旦矢量合成电路确定，最大相移也被惟一确定，即△φm=M p=π/12（rad）的窄带调相；

若对间接调频而言，一旦矢量合成电路确定了，最大相移M f被惟一确定，即△φm=M f=π/12（rad）的窄带调频。

②移相法：

◆实现PM的框图：

移相网络一旦确定，Δφm=M p=π/6被惟一确定。（按此仿真）

◆实现间接调频的框图：

移相网络一旦确定，Δφm=M f=π/6被惟一确定。（按此仿真）

课题三高频调频技术

通过前面的学习我们知道用调制信号（低频信号）去控制载波信号的幅度而实现的调制称为调幅；同样，若用调制信号去控制载波的频率或相位而实现的调制分别称为调频或调相。由于调频或调相两种调制都改变了载波的瞬时相位，通称角度调制。

在模拟调制中，调频具有较为优越的性能，因此，调频技术广泛应用于立体声广播、电视伴音、无线麦克风、微波传输及卫星通信。同样，完整的调频通信系统也由发射机与接收机两部分组成，与调幅通信系统比较，除了调制与解调的原理方法不同外，其他部分如超外差变频接收技术、中频放大电路等基本相同。

任务一直接调频电路的应用

任务目标

直接调频电路可实现较大的调制频偏，电路简单，性能好，应用广泛。通过本部分的学习，掌握调角波的基本概念，直接调频电路的组成与工作原理，实现线性调制的电路参数的基本分析与计算，及扩展频偏的方法。

课题导入

许多调频发射电路中采用直接调频电路：如无线麦克风发射电路、无线遥控玩具的发射机电路及对讲机电路等。在模拟电路课程的学习中，我们学习过各种振荡器，这些振荡器产生的是频率、幅度不变的单频余弦波。按照调频波的定义，若这些振荡器的频率能够被低频信号直接控制而改变，则振荡器就可输出调频波，相应的称这些电路为直接调频电路。

相关知识

一、角度调制原理

1、调频波的数学表达式

设载波信号电压为

u c(t)＝U cm cos(ωc t+φ0)（2.3.1）

式中，ωc t+φ0为载波的瞬时相位；ωc为载波信号的角频率；φ0为载波初相角（一般地，可以令φ0=0）。

设调制信号(低频信号)电压为

u Ω(t)=U Ωm cos Ωt （2.3.2）

式中，Ω为调制信号的角频率。根据调频的定义，载波信号的瞬时角频率随调制信号u Ω(t)线性变化，则瞬时角频率用下式表示

ω(t)=ωc +Δω(t)=ωc +k f u Ω(t) （2.3.3）

式中，k f 为与调频电路有关的比例常数，单位为rad/(s ·V)；Δω(t)=kfu Ω(t)，称为角频率偏移，简称角频移。Δω(t)的最大值叫角频偏，Δωm=k f |u Ω(t)|max ，它表示瞬时角频率偏离中心频率ωc 的最大值。

对式（2.3.3）积分可得调频波的瞬时相位为

=

（2.3.4）

则调频波的表达式可表示为

（2.3.5）

式

中

为调频波的最大相移，又称调频指数，显然与

成正比，与

成反比。

。

2、调相波的数学表达式

根据调相的定义，

若载波信号的瞬时相位随调制信号

线性变化，则瞬时相位用下式表示

=

（2.3.6）

式中，K p 为由调相电路决定的比例常数，量纲为rad/V 。K p

为调相波的相移，而

是

图2-3-1 为调制信号与调频波之间关系的波形图

图2-3-1调频波波形