第8章 调频与鉴频
LC移相电路在调频和鉴频中的应用与仿真
LC移相电路在调频和鉴频中的应用与仿真孙冬艳【摘要】由LC回路构成的移相电路具有调节输入输出信号之间的相位关系的作用，在通信电路中有广泛的应用。
为深入研究LC移相电路的应用原理，论文推导了LC移相电路的传递函数，分析相移与电路参数的关系，讨论移相电路在间接调频和正交鉴频电路中的作用。
利用Multisim仿真软件分别对调频和鉴频电路进行了仿真实验并验证理论分析结果，在通信电路课程学习中有助于学生加深对这部分知识的理解和掌握，提高应用能力。
%LC phase shifting circuit can adjust phase shifting between input signal and output signal. It is widely used in communication circuit. In this paper, further research is done on principleof LC phase shifting circuit. Transfer function of LC phase shifting circuit is derived, and the relational expressions between phase shifting and some coefficients are analyzed. Then the applications of LC phase shifting circuit in indirect frequency modulation and quadrature discrimination are discussed, respectively. Multisim software is used for the circuit simulation of frequency modulation and discrimination , and the results of theoretical analysis are verified. It can help the students deepen the understanding of this part of knowledge in the communication circuit course and improve the application abilities.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2015(000)012【总页数】4页(P145-148)【关键词】移相电路;间接调频;正交鉴频;仿真实验【作者】孙冬艳【作者单位】南开大学电子信息与光学工程学院，天津 300071【正文语种】中文【中图分类】TN702LC回路是通信电路中最常用的无源网络，在电路中具有选频、滤波、移相、阻抗匹配等作用，回路的频率特性及其在通信电路中的应用是通信电路课程教学中的重要内容[1-2]。
调频与调相
1
Nout 4 2 A2
fm fm
(2
f
)2
N0df
2 3A2
N0
f
3 m
解调后，输出信噪比为
Sout
Nout
KF2M E m
t
2 3A2 2N0 fm3
3A2 KF2M
2N0
f
3 m
E m
t
2
因为
FM
K FM
| m(t) |max fm
Sout
Nout
3
2 FM
E m
no(t) 可以看成ns(t)经过微分器，而 ns (t) V (t)sin( ' (t))是一个均值为0，
功率为N0BFM的低通型窄带噪声，其带宽范围
BFM 2
, BFM 2
。
微分器的传输响应函数为
H () 1 j 2A
所以，经过微分后噪声的功率谱密度为
1
4 2 A2
(2
f
)2
N0
经过低通[-fm,fm]后，噪声概率为
2 FM
Si n0 fm
m(t) ，0
A2 m(t)2，
2
A | m(t) |max
改善门限效应的方法
加重和去加重 锁相环解调* 负反馈解调等*
加重和去加重
输出噪声呈抛物线形式
经过鉴频器后，噪声的功率谱密度变为抛物线）型， 即在信号的低频处，噪声的功率谱密度小，而在信号 的高频处，信号的功率谱密度大。由于一般信号在高 频分量处，信号的功率本身就小，因此高频分量处的 信噪比就较差。这实际上影响着调频的输出信噪比。
m t'
t m
d
则对m(t)’调相等价于对m(t)调频。
7.4鉴频器与鉴频方法(精)
1) 乘积型相位鉴频法
利用乘积型鉴相器实现鉴频的方法称为乘积型相位鉴频 法或积分鉴频法。在乘积型相位鉴频器中，线性相移网络通 常是单谐振回路或耦合回路，而相位检波器为乘积型鉴相器。
产生附加相移 变成FM-PM波 完成鉴相
输入调频信号 us=U1cos(ωct+mfsinΩt)， 经移相网络移相后的信号为 u’s=U2cos(ωct+mfsinΩt+)，
7.4
鉴频器与鉴频方法
7.4.1
鉴频器
调角波的解调就是从调角波中恢复出原调制信号的过程。 调频波的解调电路称为频率检波器或鉴频器(FD)，调相波的 解调电路称为相位检波器或鉴相器(PD)。 鉴频是把调频信号的频率(t)=C+(t)与载波频率C 比较，得到频差(t)，从而实现频率检波。
相位差的函数，即 uo f 2 ( t ) 1 ( t )
把它们同时加于鉴相器，鉴相器的输出电压uo是瞬时
在线性鉴相时，uo与输入相位差e(t)=2(t)−1(t)成正 比。在鉴相时，u1常为输入调相波，其中1(t)为反映调相 波的相位随调制信号规律变化的时间函数，u2为参考信号。 在相位鉴频时，u1常为输入调频波，u2是u1通过移相网络 后的信号。 相位检波器有叠加型和乘积型之分，相应的相位鉴频 器分别称为叠加型相位鉴频器和乘积型相位鉴频器。
为了抵消直流项，扩大线性鉴频范围，它通常采用平衡 式电路，差动输出。具有线性的频相转换特性的变换电路一 般由耦合回路来实现，因此也称为耦合回路相位鉴频法。耦 合回路的初、次级电压间的相位差随输入调频信号瞬时频率 变化。
U2 U2 uo kdU1 1 sin k U 1 sin 2kdU 2 sin d 1 U1 U1
《测试技术》复习要点.docx
《机械测试技术》要点绪论测试技术的定义：测试技术在工程、技术开发及科学研究中的作用：测试工作的基本内容和基本步骤；测试系统的基本组成框图。
填空：lo测试技术是测量和试验技术的统称。
2.测试的基本任务是_______________ ,测试是和的综合。
3.信号处理可以用模拟宿号处理系统和来实现。
4.信号中包含被测对象的状态或特征的有用信息，它是人们认识客观事物内在规律、研究事物之间相互关系、预测未来发展的依据。
5.测量结果与被测真值之差称为测量误差。
选择题：力的量纲是LMT",在国际单位制中，它是»A.基本量B.导出量C.被测量D.质量简答题：一个计算机测量系统的基本组成包括哪些主要环节？每个环节的作用是什么？第一章信号及其描述1、信号分类的基本方法。
2、周期信号的时域定义与判断方法：典型周期信号（正、余弦信号、周期方波、三角波）傅立叶级数计算及其幅相频谱曲线：周期信号的频谱的基本特点（离散性、谐波性、收敛性）：周期信号的强度计算：峰值、平均值、有效值、平均功率。
3、典型非周期信号的傅立叶变换计算，建立连续频谱概念。
4、傅立叶变换的几个主要性质（奇偶虚实性、线性替加性、对称性、尺度变换特性、时移与频移特性、卷积特性）的定义、推导：并应用这些性质解决某些信号的频谱计算问题（例如正、余弦信号、脉冲函数、脉冲序列、矩形窗函数）。
填空：1.确定性信号可分为周期信号和非周期信号两类，前者频谱特点是离散的，后者频谱特点是_连续的。
2.周期信号戏。
的傅氏三角级数展开式中：表示余弦分量的幅值,如表示正弦分量的幅值，％表示直流分量。
[一.2]3.信号的有效值又称为均方根值，有效值的平方称为均方值，它描述测试信号的强度（信号的平均功率）。
4.傅里.叶变换是建立信号时域描述和频域描述一一对应关系的数学基础。
5.余弦函数只有实频谱图,正弦函数只有虚频谱图。
6.正弦信号x（f） = x0sin（ot的均方根值___ o7.周期信号的频谱具有、、三个特点。
鉴频器与鉴频方法
2）斜率鉴频法 双离谐鉴频器的输出是取两个带通响应之差,即该鉴频器的传输特性或鉴频特性,如图9-33中的实线所示。其中虚线为两回路的谐振曲线。从图看出,它可获得较好的线性响应,失真较小,灵敏度也高于单回路鉴频器。
图9―30 单回路斜率鉴频器
图9―31 双离谐平衡鉴频器
(7―66)
图9―49 移相网络机器相频特性
9.2.4 其它鉴频电路 1.差分峰值斜率鉴频器 差分峰值斜率鉴频器是一种在集成电路中常用的振幅鉴频器。图9―50(a)是一个在电视接收机伴音信号处理电路(如D7176AP ,TA7243P)等集成电路中采用的差分峰值斜率鉴频器。
图9―37 直接脉冲计数式鉴频器
9.2 鉴频电路
9.2.1 叠加型相位鉴频电路 1.互感耦合相位鉴频器 互感耦合相位鉴频器又称福斯特―西利(Foster―Seeley)鉴频器，图9-38是其典型电路。相移网络为耦合回路。
图9―38 互感耦合相位鉴频器
(7―59)
(7―60)
当f=fc时，UD1=UD2, i1=i2,但以相反方向流过负载RL,所以输出电压为零； 当f>fc时，UD1>UD2, i1>i2,输出电压为负； 当f<fc时，UD1<UD2, i1<i2，输出电压为正。
图9―46 比例鉴频器电路及特性
自动频率控制系统中要特别注意。当然，通过改变两个二极管连接的方向或耦合线圈的绕向(同名端)，可以使鉴频特性反向。另一方面，输出电压也可由下式导出：
(7―61)
3.自限幅原理 (1)回路的无载Q0值要足够高，以便当检波器输入电阻Ri随输入电压幅度变化时，能引起回路Qe明显的变化。 (2)要保证时常数(R1+R2)C大于寄生调幅干扰的几个周期。比例鉴频器存在着过抑制与阻塞现象。
锁相环调频和解调实验,频率合成器实验
实验11 锁相调频与鉴频实验一、实验目的1.掌握锁相环的基本概念。
2.了解集成电路CD4046的内部结构和工作原理。
3.掌握由集成锁相环电路组成的频率调制电路/解调电路的工作原理。
二、预习要求1.复习反馈控制电路的相关知识。
2.锁相环路的工作原理。
三、实验仪器1.高频信号发生器2.频率计3.双踪示波器4.万用表5.实验板GPMK8四、锁相环的构成和基本原理（1）锁相环的基本组成图11-1是锁相环的基本组成方框图，它主要由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）组成。
图11-1 锁相环的基本组成① 压控振荡器（VCO ）VCO 是本控制系统的控制对象，被控参数通常是其振荡频率，控制信号为加在VCO 上的电压。
所谓压控振荡器就是振荡频率受输入电压控制的振荡器。
② 鉴相器（PD ）PD 是一个相位比较器，用来检测输出信号0V （t ）与输入信号i V （t ）之间的相位差θ (t)，并把θ(t)转化为电压)(t V d 输出，)(t V d 称为误差电压，通常)(t V d 作为一直流分量或一低频交流量。
③ 环路滤波器（LF ）LF 作为一低通滤波电路，其作用是滤除因PD 的非线性而在)(t V d 中产生的无用组合频率分量及干扰，产生一个只反映θ(t)大小的控制信号)(t V C 。
4046锁相环芯片包含鉴相器（相位比较器）和压控振荡器两部分，而环路滤波器由外接阻容元件构成。
（2）锁相环锁相原理锁相环是一种以消除频率误差为目的反馈控制电路，它的基本原理是利用相位误差电压去消除频率误差。
按照反馈控制原理，如果由于某种原因使VCO 的频率发生变化使得与输入频率不相等，这必将使)(t V O 与)(t V i 的相位差θ(t)发生变化，该相位差经过PD 转换成误差电压)(t V d 。
此误差电压经过LF 滤波后得到)(t V c ，由)(t V c 去改变VCO 的振荡频率，使其趋近于输入信号的频率，最后达到相等。
锁相环路及其在调频-鉴频电路中的应用
锁相环路及其在调频\鉴频电路中的应用摘要：本文主要介绍锁相环工作原理，及其在无线电技术中发挥的优越性能，给出一种实验的方法来测量锁相环的同步带和捕捉带，分析其在调频和鉴频电路中的应用。
关键词：锁相环；原理；同步带；捕捉带在无线电技术中，各种类型的反馈控制电路得到了广泛的应用。
锁相环路就是其中一种，它以其优越的稳频、滤波等性能，在许多反馈控制系统中发挥着重要的作用。
锁相环路在早期电视机同步系统中的应用，使电视图像的同步性能得到了很大的改善。
而在锁相环接收机中，由于中频信号可以锁定，频带可以做的很窄，带宽的大幅下降，使得输出信噪比大大提高了。
在空间技术中，比如接收来自宇宙飞行器的微弱信号，相比超外差式接收机的宽频带，信噪比也很低。
锁相环路简称锁相环（PLL）。
锁相环利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。
因锁相环输出信号频率能够自动跟踪输入信号的频率，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。
锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出信号与输入信号电压保持某种特定的关系，即输出电压与输入电压的相位被锁定，这也是锁相环名称的由来。
锁相环路由三部分组成：鉴相器PD、环路滤波器LF和压控振荡器VCO。
1鉴相器组成鉴相器PD通常鉴相器由模拟相乘器和低通滤波器组成。
设输入信号为Ui （t）和本振信号（压控振荡器输出信号）Uo（t）。
输入、输出信号在鉴相器中进行比较，输出一个与两者相位差成比例的电压，称作误差电压，记为Ud(t)；该电压是两个信号相位差的函数。
环路滤波器LF为线性电路低通滤波器，作用是滤除误差电压Ud（t）中的高频分量及噪声，具有窄带滤波器的特性。
如果电路设计合理，会得到一个极窄的通道。
经过LF输出的电压为Uc（t），将它加给压控振荡器。
压控振荡器VCO 通常由变容二极管和电抗管等组成振荡电路。
VCO的输出频率受Uc（t）的控制。
当Uc（t）变化时，引起二极管结电容的变化，从而振荡器频率发生改变。
调频器与鉴频器实验报告 doc
调频器与鉴频器实验报告 doc一、实验目的1、了解调频与鉴频原理及实现过程。
2、熟悉调频与鉴频电路设计、特性及应用。
3、掌握使用信号调制解调技术的方法和技巧。
二、实验仪器1、实验箱、波形发生器（信号源）、双踪示波器、信号发生器和频谱分析器。
2、二极管、可变电容器、晶体管、电解电容等元器件。
三、实验原理1、调频的原理调频记载波的频率随着信息发生改变而改变，调制信号是高频信号（100kHz~10MHz）、载波频率是低频信号（1kHz~10kHz）。
它是通过改变载波频率的方式将模拟信息信号转化为模拟电磁波信号的一种调制方式。
在调频的过程中，一般是通过改变振荡电路的频率来实现。
具体实现过程可以参考以下电路：其中，变容二极管VP电容大小随电平改变，导致谐振频率的改变，实现载波的调制，调制后的信号经过放大、过滤器的处理后输出。
其中，二极管和晶体管NT共同组成放大电路，电解电容CE和电感长L组成的LC滤波器用于过滤混频器中产生的噪声，过滤后的信号被输出。
鉴频是指将调频信号还原为调制信号，实际上是把中频信号当作原始信号。
于是要求从调制信号中分离出中频信号的幅度。
具体实现方式可以参考以下电路：其中，变容二极管VC捕捉调频信号的高频载波信号，将高频信号与本振（初始频率与调频的载波频率一致）信号做混合后得到中频信号，中频信号经过滤波器的处理获得载波调制的信息信号。
其中，Di、Q1和Q2构成的混频器，将高频信号和本振信号相混，得到中频信号，接着经过放大、LC滤波得到模拟的模拟信息信号，而模拟输出的信号经过后续相关处理用于提取原始调制信号，也作为后续电路的输入信号。
四、实验方法1、按上述调频器和鉴频器电路原理搭建实践电路，注意在电路调试的过程中，应对电路中各部分元器件的选替、位置的调整及参数的设计进行筛选评估，以保证本次实验的顺利完成；2、利用波形发生器产生调制信号，将调制信号搭配上调频器输出的高频载波信号，将正弦波或方波信号转化为调制成振荡频率不同时的高频信号输出，用示波器观察调制后和调频后的波形和频谱，调节调制量和调节放大量，观察波形和频谱的变化；3、将经过调频后的信号，加入到鉴频器电路后，观察通过混频、放大、滤波等结构，将高频波转化为的中频波和模拟信息信号等的波形和频谱变化。
调频器与鉴频器实验报告
0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
max min 2
(4-4)
而最大频偏为
max 0 0 min mf
t
max min
2
(4-5)
调频指数为
(4-6)
因为ω (t)是时间的函数，因此巳调振荡的总相角是ω (t)在 0 一 t 时间内的积分：
(t ) (t )dt 0 [0 (t )]dt 0
因为 VR15=VR16，又假定电压方向如高频等效电路所示，可得：
VC 20 V0 VC 21 V0
式中 V0 为鉴频器输出电压，即
（4-14）
V0
1 VC 20 VC 21 或V0 1 K d VD1 VD 2 2 2
VD 1 VC 21 , 且VC 21 VC 22 VC 20 VD 2 VC 22 1 VD1 / VD 2
VD1 V1
V2 V , VD 2 V1 2 2 2
当外加信号频率改变时，V1 和 V2 之间的相位将随之改变。 由图 4-4 可看到 VC20=Kd1VD1 VC21=Kd2VD2 则
VC 20 K d 1 VD1 VD1 VC 21 K d 2 VD 2 VD 2
（4-13）
CD
C0 1 ( E0 V sin t ) 1 VD
C0 E 0 V sin t 1 1 V 1 E / V V D 0 D D
n
n
图 4-1
压容特性
C0 E0 1 V D
n
1 V sin t 1 E V 0 D
调频与鉴频
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）
Cj
uD C C j
（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。
C1
L
Cj
uD
C C1 C j
(3) 当C2不够大，与CJ相同数量级时，等效电路如下图。
取多大为好？
如果取 2 ， 可以得到理想的状态。
当 2 时，由（2）式 (t) 1 mcos t 2
忽略3次方以上各项
2 2 (t ) C 1 m cos t 1 m 1 m cos(2t ) 82 82 2
（3）
令 (t )
C
表示频率偏移
1 2 m 2 cos 2 t C 2！ 2 1 2 2 2 m 3 cos3 t 3！ C
C C m cos t C 2 2
1 2 2 = C m cos t C m cos 2 t C 2 2 2！ 2
1 2 2 2 m 3 cos3 t 3！
C
2
m cos t
（5）
（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： m
C
2
m cos t
cos t 1
2
mC
相应调制电压的变化量： U U m
mC m 2 kf U U m
鉴频电路
16
6.6
1.
限幅器
消除寄生调幅
us
二极管限幅器
2.
差分对限幅器
图6.3.25
17
18
19
(2)鉴频特性 设 A1() 、A2()：上、下两谐振回路的幅频特性 vO ：双失谐回路斜率鉴频器输出解调电压，则 vO = vAV1 - vAV2 = Vsmd[A1()-A2()]
d：上、下两包络检波器的检波电压传输系数 可见，当 Vsm 和 d 一定时，vO 随 的变化特性就是两
鉴频电路
6.
1. 斜率鉴频器 2. 相位鉴频器 3. 脉冲计数式鉴频器 4. 锁相环路鉴频器
2
二、主要指标
1. 鉴频特性
调频波 us f = f f c
2. 主要指标
鉴频器即 fu 变换器
uo u
鉴频灵敏度 (鉴频跨导) SD 线性范围 2fmax
个失谐回路的幅频特性相减后的合成特性。 (3)讨论 合成鉴频特性曲线的线性： ① 与两失谐回路的幅频特性形状有关； ② 主要取决于 f01 和 f02 的位置。配 置恰当，补偿两曲线中的弯曲部分，可 获线性范围较大的鉴频特性曲线。
7
范围不能扩展。
f 过大时，会在 fc 附近出现弯曲； f 过小时，线性段
鉴相器
数字鉴相器
叠加型 采用叠加型鉴相器构成 的相位鉴频器的称为叠 加型相位鉴频器。
① 将输入调频波通过具有合适频率特性的线性网络， 使输出调频波的附加相移按照瞬时频率的规律变化 。 ② 相位检波器将它与输入调频波的瞬时相位进行比较， 检出反映附加相移变化的解调电压。
相位鉴频器的实现模型
9
叠加型鉴相器
5
二、双失谐回路斜率鉴频器
实验五 调频及鉴频实验
实验五调频及鉴频实验一、实验目的1、掌握直接调频的原理及电路设计方法；2、熟悉乘法器鉴频的原理及电路设计方法；3、掌握间接调频的原理及优缺点；4、掌握间接调频电路的设计方法。
二、实验内容1、观察调频波的正弦带；2、观察调制信号幅度对调频波频偏的影响；3、观察鉴频器的输出波形。
三、实验仪器1、20MHz模拟示波器一台2、调试工具一套3、频谱分析仪一台四、实验原理（一）直接调频原理在某些实际情况下，为了满足中心频率稳定度较高的要求，有时采用石英晶体振荡器直接调频电路。
但由于晶体的串联谐振频率和并联谐振频率靠的很近，因而调频的频偏很小。
为了扩大频偏，可在石英晶体支路中串联电感线圈，但同时使振荡频率的稳定度下降。
直接调频的实验原理图如图5－1所示。
图5－1 直接调频实验原理图（二）乘法器鉴频原理图5－2 乘法器鉴频实验原理图乘法器鉴频的实验原理图如图5－2所示，调频波从TP4处输入，解调信号从TT3处输出。
L1、C21、CC1、R19组成移相网络，将调频波转换为调频调相波送入到乘法器的第1脚，此调频调相波与乘法器第10脚的信号相乘，再经低通滤波器滤出所需的低频调制信号即可。
（三）间接调频原理间接调频的关键电路是调相电路。
调相方法通常有三类：一类是网络移相法调相（用调制信号控制谐振回路或移相网络的电抗或电阻元件以实现调相）；第二类是矢量合成法调相；第三类是脉冲调相。
本实验调相运用的是第一类方法。
实验原理图如图5－3所示。
E2图5－3 网络移相法调相实验原理图调制信号从TP9输入，载波从TP11输入，调相波从TP10输出。
变容二极管D2、以及C26、CC1、L4组成中心频率为10.7MHz 的谐振回路。
电阻R27、R28、W1为变容二极管提供静态反相偏置电压。
在谐振回路失谐量不大的情况下，载波通过谐振回路的相移是按照调制信号的规律变化的。
此外从电路幅频特性考虑，载波相移越大，寄生调幅也越大，即只有在失谐不大的情况下才能得到较小的寄生调幅，否则幅度起伏过大，相移角的增大受到限制。
第7章频率调制与解调
2024/8/8
16
间接调频中的调相方法： (1) 矢量合成法：针对窄带调相。
uPM (t) Uc cos(ct mp cost)
Uc cosct cos(mp cost) Uc sinct sin(mp cost) 当m p π/12时：uPM (t) U c cosct U cmp cost sin ct
本章的重点是调频和鉴频。
2024/8/8
1
1、调频信号的时域分析
调制信号： u U cost；载波信号 ：uc Uc cosct； 瞬时频率： (t) c (t) c k fU cost c m cost
k f :比例常数 (调制灵敏度 ); m k fU : 峰值角频偏。
调频信号瞬时相位： (t )
变容二极管调频器：用调制信号去控制振荡器的变容二极管的 结电容，是最常用的调频方法，本章要重点讲这种调频电路。
电抗管调频：用电子管、晶体管或场效应管作为振荡器的等效 可控电抗，在调制信号控制下实现调频，目前这种调频方法已 很少使用。
(2) 间接法：对调制信号先积分，再调相可以实现调频。
间接法的关键是如何调相，调相方法包括：矢量合成法、 可变移相法和可变延时法。
J
2 n
(mf
)
n
Uc2 2RL
Pc ,
J
2 n
(mf
)
1
n
说明：调频波的平均功率和未调载波的平均功率相等。因此调
频器可以理解为功率分配器，它的功能是将载波功率分配给每
个边频分量，而分配的原则与调频指数mf有关。
4、调频波和调相波的比较
调制信号：u U cost 载波信号：uc Uc cosct
Δfm＝75kHz，Fmax=15kHz，Bs=180kHz>>2Fmax=30kHz。 适用频段：由于FM信号的带宽较宽，因此FM只用于超短 波和频率更高的波段。
光电检测技术及应用 第8章光电检测常用电路
z2
r22
(wL2
1 )2 wC2
r2
1 2
arctg
(wL2
1 wC 2
r2
)
w0 L2 r2
w w0
1 r2 w0C2
w0 w
Q2
(
w w0ห้องสมุดไป่ตู้
w0 w
)
Q2
2w w0
Q2
w0 L2 r2
为二次侧回路的品质因数，
称为广义失调
量，Z2为二次侧回路的阻抗。
w w w0 为角频率变化量。I2 的相位较U1 滞后 ，它在
电二极管处于接近开路状态，
可以得到与开路电压成正比例
的输出信号即
，A = R2 R1
v
R1
根据（8-1）式代入得
V0 AV Voc
V0
AV
kT q
ln(Se E / I 0 )
四、光电器件与集成运算放大器的连接
（3）阻抗变换型
电路的输出电压
V0 I sc R f R f Se E
当实际的负载电阻 RL 与放大器连接时，RL 远远大于R0 ，则负
常见的鉴频器有斜率鉴频器、相位鉴频器、 比例鉴频器等，对这些电路的要求主要是非线 性失真小，噪声门限低。
1．斜率鉴频器 斜率鉴频器是属于调幅调频变换型。它先通
过线性网络把等幅调频波变换成振幅与调频波 瞬时频率成正比的调幅调频波，然后用振幅检 波器进行振幅检波。
图8-10 斜率鉴频器原理框图及各环节波形图
二、放大器设计中频率及带宽的确定 在实际系统中，从提高信噪比考虑，很少
要求精确保持波形，而按实际需要适当牺牲高 频成分，保持必要的脉冲特性。图8-4说明了 所需保持波形和电路3dB带宽△f之间的关系。
鉴频器
f0 2 f max 2f 0.4 QL
X
第第 9
2
平衡斜率鉴频器
页页
— — 双失谐回路鉴频器。（平衡差动输出） 原理图：
图中: 输入FM 信号 载波频率为fc, LC 回路调谐在: fo1 和 fo2 且： fo1 - fc = fc –fo2 = Δ f 上下两个包络检波输出为u01 和 uo2 平衡差动输出 uo=uo1 - u02
R 1 j
j C 1 R 1 1 jR ( C ) jR C 1 L j C 1 R j C 1 R 1 1 '0 1 jR [ ( C C 1 ) ] 1 jR [ ' 0 ( C C 1 ) ] L '0 '0 L
u0 S D f (t ) 10 103 30cos4 103 t 0.3 cos4 103 t (V )
X
第第 18 页页
例：已知某鉴频器电路的鉴频特性如题图所示: 设输入信号： uFM =1.5cos(2p×107t+15sin4p×103t ) (V), 鉴频器中心频率： f0 =107 Hz . 求：1）鉴频频带宽度Bpp； 2）鉴频灵敏度SD； 3）输出电压u0=? 4）当发送端调制信号 uW m 加大一倍时，画出 uo 的波形图。 解： 4）当发送端调制信号uW m 加大一倍时， 则 Df’ W m = 2kf uW m = 60KHz m =kf u’
∝ k uW — — 输入FM 波 瞬时频偏
f (t ) ( t ) 2Q L f0
实现线性相移条件：
( t ) arctan 6
X
u2 ( t ) U 1m | H ( j ) | cos[ c t m f sin t ( )] 2
鉴频灵敏度课件.ppt
sin(MsinΩt)=2J1(M)sinΩt+2J3(M)sin3Ωt+2J5(M)sin5Ωt+… 其 中Jn(M)是宗数为M的n阶第一类贝塞尔函数。
代入式(7.2.8),
u(t)=Ucm ［ J0(M)cosωct-2J1(M)sinΩtsinωct+2J2(M)cos2Ωt cosωct-2J3(M)sin3Ωtsinωct+2J4(M)cos4Ωtcosωct-2J5(M) sin5Ωtsinωct+…］
故式(7.2.8)可化简为: M
u(t)=Ucmcosωct+ 2 cos(ωc+Ω)t-
频组成, 带宽
M c2os(ωc-Ω)t (7.2.10)
、 相位相反的上下边
第7章 角度调制与解调电路（非线性频率变换电路）
BW≈2F
(7.2.11)
, 通常定义有效带宽(简称带宽)
BW≈2(M+1)F (7.2.12)
因为F=15kHz对应的Mf=3, 从表7.2.2可查出J0(3)=-0.261, J1(3)=0.339, J2(3)=0.486, J3(3)=0.309, J4(3)=0.132, 由此可画出对 应调频信号带宽内的频谱图, 共9条谱线, 如图例7.1所示。
因为调频信号总功率为1W, 故Ucm= 2 , 所以带宽内功率
=Ucm{J0(M)cosωct+J1(M) ［ cos(ωc+Ω)t-cos(ωc-Ω)t ］ +J2(M) ［ cos(ωc+2Ω)t+cos(ωc-2Ω)t ］ +J3(M) ［ cos(ωc+3Ω)t- cos(ωc3Ω)t ］ +J4(M) ［ cos(ωc+4Ω)t+cos(ωc-4Ω)t ］ +J5(M) ［cos(ωc+5Ω)t-cos(ωc-5Ω)t］…} (7.2.9)
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2、调制灵敏度（压控灵敏度）
其定义是调制特性原点的斜率。
kf
(t)
u
u 0
通常可用：
kf
u
表示
Q (t)m k fUm 在相同的调制电压条件下，k f
3、载波中心频率的稳定度
(t) C mf cos t
若 C 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。
先对u (t)积分，再进行调相
即根据
upm (t) Um0 cos C (t) kFm
t 0
u
(t
)dt
载波振荡器
缓冲器
uFM (t)
调相器
u (t) 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。
C1
L
C j uD
C1 2 p,C jQ 20 p,UQ 7V ,UB 0.7V , 2
（1）若要求 fm 5MHz, 求调制信号的电压幅度Um （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
fm
1 2
P0
U m UB UQ
f0
P0
C jQ C1 C jQ
1
1 p
mf
(t)
C
1
1 1 mf (t)
p
当 1 m 时，第3次近似
p
(t)
C
1 2p
mf
(t)
令 f (t) Um cos t
(t)
C
1
1 2p
mU m
cos
t
C
1
L C1
C2C jQ C2 C jQ
该式说明： C2 C稳定 特例，C2 0 C 1 LC1
EC
C2
R1
R2
C1
L Cj
Lp
R3 CP
u (t)
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）
C j uD C C j
（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。
C1
L
C j uD C C1 C j
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。
L2 uo
C2
L3
C5
C8
u
Cj
C2 C6 C7 L1
L1 C6
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。
m大一些好
取多大为好？
如果取 2 ， 可以得到理想的状态。
当 2 时，由（2）式 (t) 1 m cos t 2
(t) 1 m cos t 2 C
1 m cos t C
(t) 1 m cos t C
（6）
(t) m cos t C
没有非线性失真，没有中心频率偏移（ C 稳
定）， (t) 随控制信号线性变化。
2
1
2
3！
2
m3
cos3
t
K
C
= C 2
m cos t
C 2
2
1
2！
m
2
cos2
t
C 2
2
1
2
3！
2
m3 cos3 t K
中心频率偏移（相对频偏）为：
C
2
m cos t
8
2
1 m2
8
2
1 m2
co（s 2t）
（4）
由前面的（3）和（4）式，说明高频振荡频率成分中包含
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，
u (t)
电压/电抗
uFM (t)
载频产生
直接调频的原理框图
2、间接调频
t
Q (t) kFmu (t)dt 0
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：当P0
2 3
时，C1
1 2
C jQ
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 C1 10 : 30%CjQ
对于接有C1的电路，应该选择 2 的超突变结变容二极管
例：给定调频电路的载频 f0 70MHz ，谐振回路如下 图所示。
C 稳定，表明变容二极管对回路的影响小
最大频偏：m
1 2p
mC
该式中假定 f (t)max 1,Um 1
如果 f (t) Um cos t,
则：m
1 2p
mCU m
调制灵敏度
kf
m
U
1 mCUm
2p Um
1 2p
mC
从最大频偏
m
1 2p
mCUm
来看：
p
1
C jQ C2
1
C1 C jQ
20 2 20
0.91pF
U m
fm f0
2(U B UQ )
P0
5 106 7 106
7.7 0.91
0.605V
605mV
（2）由不产生非线性失真的最小条件
1 1 2.7
3 2
P0
1
3 0.911 2
最好选 2.7 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。
C7
C11
R7
C5
R6 C4
R5 R4
C3
VD
Cj
C4 (b) C2
R1 － 9V
R2 R3
C10
C9
Cj
C1
L1
C∑
L1
(a)
(c)
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。
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： 2P0 ( 1) 3P02 2 0
解出：
1
3 2
P0
1
（19）
讨论A：当C1
0时，P0
C jQ C jQ C1
1
=2
与第一种情况的结论一致，不接C1时，不失真条
件是 =2
讨论B： 当C1 0时，C1 P0 ，满足不失真条件的
(3) 当C2不够大，与CJ相同数量级时，等效电路如下图。
C1 L
C2 Cj
uD
C C1
C2C j C2 C j
（4）电路分析 ① 只考虑变容二极管的情况
L
C j uD 设 uD UQ Um cos t
C
Cj
Cj0
1
uD UB
静态工作点电流
1
1 UB
Cj0 UQ Um cos t
1
L
C1
C
jQ
1
C j C1 C
jQ
1
L C1 C jQ
1
C j C1 C jQ
1 2
C
1
C j C1 C jQ
1 2
（9）
将（9）式中括号部分用幂级数展开后：
(t)
C
1
1 2
C j C1 C jQ
3
8
C j C1 C jQ
2
5 16
C j C1 C jQ
(t)
C
1
2
m cos
t
2
2
1
2！
m2
cos2
t
2
2
1
2
3！
2
m3
cos3
t
K
忽略3次方以上各项
(t)
C
1
2
m
cos
t
8
2
1
m2
8
2
1
m2
cos(2t)
（3）
令 (t) C 表示频率偏移
C
C 2
m cos t
C 2
2
1
2！
m
2
cos2 t C 2
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)
uFM Um0 cos(Ct mf sin t)
(t) Ct mf sin t
(t) C mf cos t
mf cos t
0
u
kFMUm cos t
kFMUm cos t