东华大学高频电子电路通信电子电路课件8-2资料

§8.3 调频的实现方法及实现模型
在调制信号)(t u Ω控制下的调频、调相
波的表达式
⎪⎩
⎪⎨⎧+=+=ΩΩ⎰))(cos()(),)(cos()(t u K t V t u dt t u K t V t u p C Cm PM f C Cm FM ωω间接调频实现调频的方法有二种：直接调频法，
间接调频法
1、直接调频原理
直接调频的基本原理是利用调制信号直接控制振荡器的振荡频率，使其反映调制信号变化规律。

要实现调制信号对载波振荡器振荡频率的控制，就必须用调制信号去控制决定载波振荡器振荡频率的元件或电路的参数，从而使载波振荡器的瞬时频率按调制信号变化规律线性地改变，这样
就实现了直接调频。

)()(t u K t f C Ω+=ωω
在LC 振荡器中，决定振荡频率的主要元件是LC 振荡回路的电感L 和电容C ，因而，根据调频的特点，用调制信
号去控制电感、电容的数值就能实现调频。

原理框图：
理解：直接调频电路的基础是一个振荡器电路，其关键是用调制信号去控制振荡器电路选频网络中的电抗，即振荡选频网络中必须有可控电抗元件。

调频电路中常用的可控电抗元件有变
容二极管和电抗管电路。

常用的可控电感元件是具有铁氧体磁芯的电感线圈或电抗管电路，而可控电阻元件有二极管和场效应管。

本课程主要介绍变容二极管。

结论：直接调频电路中，振荡器在调制
信号)(t u 作用下直接输出FM 信号。

即：将振荡器与调制器合二为一。

优点：能够获得较大的频偏；
缺点：中心频率的稳定度不易做得很
高。

2、间接调频原理
利用调相来实现调频
))(cos(⎰Ω+=dt t u K t V u f C Cm FM ω
调相的实现方法：将调制信号先通过积
分器得()f K u t dt Ω⎰，然后再通过调相器
进行调相, 即可得到调制信号为()f K u t dt Ω⎰的调相波
cos(())FM Cm C f u V t K u t dt ωΩ=+⎰。

对()f K u t dt Ω⎰而言，
cos(())FM Cm C f u V t K u t dt ωΩ=+⎰是调相波数学表达式；
对)(t u Ω而言，
cos(())FM Cm C f u V t K u t dt ωΩ=+⎰就是调频波的数学表达式。

结论：调频波的相位偏移为与调制信号
()u t Ω的积分成正比。

相位调制器输出的
调相波实质上是对)(t u Ω而言的调频
波。

综上所述,调频可以通过调相间接实现。

通常将这样的调频方式称为间接调频,其原理方框图如图7-2所示。

图7-2 间接调频原理方框图
由上可见，调相器的作用是产生线性控
制的附加相移，它是实现间接调频的关键。

间接调频电路中采用频率稳定度很高的振荡器(例如石英晶体振荡器) 作为载波振荡器，然后再进行相位调制，振荡器与调制器是分开的。

优点：有较高的中心频率稳定度。

缺点：受线性调制的限制，频偏（最大频移）较小，需采取措施扩大频偏。

对于调频电路，无论是直接还是间接调频，一般有以下几方面的要求：
①调制特性：被调制振荡器的相对频移
与调制电压之间的关系曲线，即：
(75)C
f u f Ω∆∝- 要求：(i )呈线性关系（)(t u f Ω∆与成线性
关系）
调制特性曲线——→
(ii)要求曲线的线性范围大。

②调制灵敏度
单位调制电压所产生的频率偏移的大小，记作F S
(76)F f S u Ω∆=-∆
该式为调制特性曲线的斜率
S，调制信号的控制作用斜率越大↑
F
强。

③最大频移（频偏）
在正常调制电压作用下，所产生的最大频率偏移m f∆。

要求，在整个调制信号所占有的频带
内，该数值保持不变，即：最大频率偏移与调制信号频率无关。

④中心频率稳定度
要求：越高越好。

虽然调频信号的瞬时频率是随调制信号而变化的，但它是以稳定的中心频率
为基准的。

通信中，调频电路的载频（中心频率）稳定度是保证接收机能正常接收调频信号，而且不会造成邻近信道互相干扰的重要保证。

要求该中心频率有足够高的频率稳定度。

⑤无寄生调幅或寄生调幅尽可能小。

§8.4 调频电路
调频电路分为直接调频电路、间接调频电路
§7.4.1 直接调频电路
直接调频电路⎩⎨⎧路晶体振荡器直接调频电
变容二极管调频电路
1、变容二极管直接调频电路（压控振荡器直接调频电路）
直接调频法使振荡器的频率随调制信号而变化。

振荡器与调制器合二为一，线路简单且能产生较大频偏，因此应用广泛。

压控振荡器（V oltage Control Oscillator ——VCO ）
特点：瞬时频率)(t ω随外加控制电压
)(t u Ω的变化而变化。

通常有：)()()(t u K t t f c Ω+=ωω
VCO 输出的调频信号
))(cos(⎰Ω+=dt t u K t V u f C Cm FM ω 0)(=Ωt u 时，VCO 的振荡频率称为固有振荡频率，即调频振荡器的中心频率C ω。

K——压控灵敏度。

f
电路分析参看附录1
2、晶振直接调频电路
晶体振荡器直接调频电路以晶体振荡为基础，利用晶体振荡器频率稳定度高的优点，来提高频率调制电路的中心频
率稳定度。

其工作原理与变容二极管直接调频类似。

具体电路分析见附录1
§7.4.2 间接调频电路——调相电路直接调频的优点是能够获得较大的频偏，但其缺点是中心频率稳定度低，即
便是使用晶体振荡器直接调频电路，其频率稳定度也比不受调制的晶体振荡器有所降低。

间接调频法是利用调相的方法来实现调频，即调相器→输出调频波
原理框图：
通过调相而实现间接调频法具有如下特点：
采用高稳定度的晶体振荡器作为主振级，利用积分器对调制信号积分后的结果，对这个稳定的载频信号在后级进行调相，这样就可以得到中心频率稳定度
很高的调频信号。

从上面的原理框图可知：实现间接调频的关键是相位调制器。

实现调相的方法有三种：
(i)可变移相法调相(ii)可变延时法调相(iii)矢量合成法调相
参考： 谢嘉奎《非线性电子线路》 本课程主要介绍可变移相法调相电路 1 简单原理
将振荡器产生的载波电压cos m c V t ω通
过一个可控相移网络，如图7-4所示，
此网络在c ω上产生的相移受调制信号
电压控制，且其间呈线性关系，即
c p P ()(t)M cos t k ϕωυΩ==Ω
则相移网络的输出电压即为所需的调相波，即：
o m c c m c p (t)cos[()]cos[cos ]V t V t M t υωϕωω=+=+Ω，可控相移网络有多种实现电路，如RC 相移电路、变容二极管与电感构成的谐
振回路移相电路等。

其中应用最广的是变容二极管调相电路。

2变容二极管调相电路
⑴变容二极管调相电路基本原理
变容二极管调相电路的实现模型如图
LC并联谐振回7-5（a）所示；（b）为j
路构成的可控相移网络。

图7-5可变相移法调相电路的实现模型与电路
实现调谐的基本原理：
调制信号)0t υΩ=（时，
j LC 并联谐振回路的固有谐振频率0ω。

使载波频率0c
ωω= 当调制信号)t υΩ（作用于变容二极管上
时，其结电容j C 随调制信号的变化而变
化，该谐振回路的谐振频率也随之发生变化。

频率恒定的高频载波通过谐振频率受
调制信号)t υΩ（调变的谐振回路时，会
发生什么现象呐？
可变相移法调相电路的分析见附录2。