第九章调制解调电路6-5(调频)

2. 晶体直接调频振荡电路
晶体振荡电路特点：
① 晶体呈感性
② 振荡频率取决于晶体
和负载电容
CL
C1C2 C1 C2
f0
fq (1
1 2
Cq ) CL C0
晶体直接调频振荡电路思路：
用变容二极管作为晶体负载电容一部分
改变 C j
改变负载电容 改变频率
晶体直接调频特点——频偏很小
本晶体直接调频电路特点：
① LC回路调谐于晶体三倍频 ——在晶振频率点回路呈短路
晶体振荡器交流通路图：
② 变容二极管受音频电压调制 实现调频——但频偏很小
改变电容 C j
③ 三倍频LC回路用于扩展频偏 为什么？ （a）振荡器平衡时——晶体管非线性 ——含有丰富的谐波 ——LC回路提取三次谐波并输出
（2）变容管部分接入的直接调频振荡电路
回路总电容
C
C1
C2 C j C2 C j
C j 随调制电压 v (t) Vm cos t 变化
Cj
C jQ (1 m cos t)n
相应的调频特性是：(t)
1 LC
1
L(C1
C2
(1
C2 C jQ m cos t)n
C jQ
)
载频： c
1
L(C1
欲不失真调频，必须 n 2
调制信号谐波，失真
osc
(t)
c[1
1 8
n(
n 2
1)m2
n 2
m
cos
t
1 8
n(
n 2
1)m2
cos
2t]
② 最大频偏
m
n 2
m
c
n 2
Vm VDQ VB
c
特点：与调制信号的幅度 Vm 成正比，与载频 c 成正比
③ 调制失真——频偏中出现了调制信号的谐波
当 n 2 时，二次谐波失真系数为
设单音调制信号为： v (t) Vm cos t
二极管电压 vD (VDQ v ) (VDQ Vm cos t)
变容管电容：
Cj
C jo (1 VDQ Vm cost )n
C jQ (1 m cost)n
VB
C jQ
C jo (1 VDQ )n
VB
静态结电容
m Vm
电容调制度（小于1）
C2 C2
C jQ C jQ
)
——不仅仅由 C jQ 决定
最大频偏：
变容管全部接入时
m
n 2
mc
变容管部分接入时，最大频偏为：
m
n 2
m c
P
引入表征变容管部分接入程度的参数 P
P (1 P1)(1 P2 P1P2 )
P1 C1 / C jQ ， P1 C jQ / C2
结论：① 最大频偏减小了P 倍 调制灵敏度降低了P 倍 载波频率稳定度提高P 倍
电源滤波：CC
旁路和隔直电容： Cb、Ce、Cc和C1、C2 晶体管偏置电阻：
Rb1、Rb2、RE 变容管偏置电阻：R1、R2、R3 变容管音频调制信号加入C2 、LC
变容管回路：
vD (VDQ v )
振荡器交流通路图：
电感三点式变容管是回路总容
起振条件AF>1 OSC
1 LC j
分析变容二极管的受控特性
调频广播 fm 75KHz 电视伴音 fm 50 KHz
无线电话 f m 5 KHz
② 最大频偏应受限制——频偏大，已调波带宽宽，干扰邻道
4．调制电路的频率响应 在调制信号频谱宽度内
5．寄生调幅要小
调制特性 调制灵敏度 最大频偏
应一致
9.5.2 直接调频电路 1. LC 正弦振荡器直接调频
（1）变容管作为回路总电容
VB VDQ
分析调频振荡器性能
① 调制特性
osc
1
L
(1
C jQ m cos
t
)n
osc c (1 m cos t)n/2 c (1 x)n/2
载频 c
1 LC jQ
——调制信号 v (t) 0 时的振荡频率
由回路电感L和处于静态工作点 VDQ 处的二极管电容值决定。
调制特性 osc (t) ~ v (t) 非线性
② 减少了变容管上高频电压 减少了高频信号振幅 的变化对频率的影响 提高了载波频率稳定度。
电路分析：
（1）晶体管直流偏置
（2）变容管 直流偏置
（3）高频交流通路图 旁路电容短路 扼流圈开路 直流电源是交流地
回路总电容：
C
C2 C3 C2 C3
Cj
2 Cj
2
C5 C5
载频： osc
1 LC
K f2
1 n( n 1)m2 82
nm
1 ( n 1)m 42
2
结论：调制信号越大（m大），失真越大
当 n=2 时，为线性调频，无失真
④ 调制灵敏度
osc
(t)
c [1
1wenku.baidu.com8
n(
n 2
1)m2
n 2
m
cos
t
1 8
n(
n 2
1)m2
cos
2t]
对 n 2 的线性调频，调制灵敏度可表示为
最大频偏与最大调制电压之比
载频 c
1 LC jQ
载频稳定度——取决于C jQ —— C j 是回路总电容，调制太灵敏
处于静态工作点 VDQ 处的二极管电容值
原因二： 变容管两端电压： vD (VDQ v ) ＋高频振荡电压
C j 受高频电压大小影响
C j 影响振荡频率
提高频率稳定度措施——降低调制灵敏度 减小高频电压
SFM
m
Vm
n 2
m Vm
c
n 1 2 VDQ VB
c
结论：调制灵敏度与载频成正比
（ c 一般为几十到几百兆，灵敏度很高）
对 n 2 时，调制灵敏度可表示为
d(t)
SFM dVm
变容管作为回路总电容调频振荡器性能特点： 优点——频偏大、调制灵敏度高
缺点——载频稳定度不高
原因一： 灵敏度太高
osc c (1 m cos t)n/2 c (1 x)n/2
对变量 x mcost 展开，忽略三次方以上各项：
o s c (t )
c [1
n 2
x
n 2
(
n 2
1) 2
x2
]
c[1
1 8
n( n 2
1)m 2
n 2
m cost
1 8
n( n 2
1)m 2
cos2t]
结论：变容管为回路总电容时
关于载频方面的主要指标
载频稳定度高
不干扰邻道 接收机正常接收
关于调制性能的主要指标：
1．调制特性为线性 目的：保证不失真调制
2．调制灵敏度 单位电压引起的频率偏离量
S FM
f V
单位为 Hz/V（或(rad/s)/V)
3．最大频偏满足要求
① 调制特性线性范围应满足最大频偏要求
不同的调频系统对最大频偏 f m有不同的要求
性能指标如何？
a. 当电容变化指数 n 2 时 osc c (1 m cos t)n/2 c (1 m cos t) c (t) 频偏 (t) 与调制信号成正比，调制特性为线性
最大频偏
m
mc
Vm VDQ VB
c
特点：
最大频偏与调制信号的幅度 Vm 成正比
载频 c频率越高，频偏越大
b. 当 n 2 时