高频电子线路 第6章

电路组成
1.变容管全部接入
2.变容管部分接入
4.变容管直接调频电路举例
（1）变容管全部接入
高频通路
（2）变容管部分接入
高频通路
5.晶体振荡直接调频电路
晶体直接调频原理图 晶体振荡器直接调频电路
6.2.3 间接调频电路
为了得到中心频率稳定度更高的调频信号，采用间 接调频法。间接调频法就是利用调相的方法来实现调频。
偏电压呈现较大的变化。这样制作的电容可视为一压控电容， 在调频振荡器中起到可变电容的作用。 变容二极管，其结电容 C j与反偏电压的关系为：
符号：
C j (0) Cj = v n (1 + ) VB
或
C j (0) Cj = v n (1 + ) VB
其中: v 为外加电压 VB 为PN结内建电位差 Cj (0) 为 v=0 时的结电容
一定的调制电压范围内使n≈2，获得近似线性调频。 当C1和C2调整到最佳值时，最大角频偏为
nmωc Δωm = 2P
式中 ωc =
L(C1 + 1 C 2C jQ C 2 + C jQ )
P = (1 + P1 )(1 + P2 + P1 P2 )
其中 P1 = C jQ /C 2 , P2 = C1 /C jQ
C j (0) = VQ n (1 + ) VB
其中：
VΩm m= VB + VQ
称为调制指数。
C jQ
为 vΩ ( t ) = 0 时的结电容。
C j = C jQ /[1 + m cosΩt ]n
C jQ C j (0) = VQ n (1 + ) VB
VΩm m= VB + VQ
将此变容二极管接入振荡回路，根据 vΩ ( t ) 的变化，将会引起 C j的变化，进而引起回路
一般情况下，n ≠2 将 ω( t ) = ωc (1 + mcosΩt )n/2 按幂级数展开，并忽略高次项，得
ω( t ) = ωc + n n n n n ( - 1)m 2ωc + mωccosΩt + ( - 1)m 2ωccos2 Ωt 8 2 2 8 2
= ωc + Δωc + ΔωmcosΩt + Δω2mcos2 Ωt

J7
J8
J9
J10
将式 uFM = U m J n ( M f )cos(ωc + nΩ )t 进一步展开，有
n=-

uFM = U m [ J o ( M f )cosωc t + J 1 ( M f )cos( ωc + Ω )t - J 1 ( M f )cos( ωc - Ω )t + J 2 ( M f )cos( ωc + 2 Ω )t + J 2 ( M f )cos( ωc - 2 Ω )t + J 3 ( M f )cos( ωc + 3 Ω )t - J 3 ( M f )cos( ωc + 3 Ω )t + ]
调频信号所占频带比调幅信号 宽得多，调频信号的载波一般 选在超高频段。
对于多音调制信号的频带宽度
BWCR = 2( M f + 1)Fmax
角度调制属于频谱的 非线性变换
Mf＝5单音调频波的频谱
能量关系
n 2 J n ( Mf ) 1
2 U cm
Pav =
n=-


2 Jn ( Mf )
2. 调相波
设：单音信号 uΩ ( t ) = U Ω mcosΩt ， 未调载波电压为 uc = Vcmcosωc t
调相波的瞬时相位为 ( t ) ωc t kpU ΩmcosΩt 调相波的一般表达式为
uPM Ucmcos(ωc t MpcosΩt )
M p kpU Ωm m (调相指数 )
1 LC
= L (C1 +
1 C 2C jQ C 2 (1 + m cosΩt ) + C jQ
n
)
ω ( x) =
1 LC
= L ( C1 +
1 C 2C jQ C 2 (1 + x ) + C jQ
n
)
其中
x = mcosΩt
在采用变容管部分接入振荡回路的直接调频电路中，
选用n>2的变容管，并反复调节C1、C2和VQ的值，就能在
(t ) = ω(τ )dτ ωc t + Δωm cosΩt dt
0 0
t
t
Δωm = ωc t + sinΩt Ω = ωc t + M f sinΩt = ωc t + Δ
Δωm Mf Δ m (调频指数 ) Ω
则调频波的一般表达式为
ωc 称为中心频率
u FM Ucm cos( w c t M f sin W t )
2 RL
U = (载波功率) 2 RL
2 cm
调频前后，总能量不变，仅是各个分量分配到的能量发生变化。
6.2 调频电路
6.2.1调频的主要性能指标
1. 调制特性 2. 调制灵敏度
3. 最大频偏
4. 频率稳定度
6.2.2 直接调频电路
用调制信号直接控制振荡器的瞬时频率变化的方法 称为直接调频法。 如果受控振荡器是产生正弦波的LC振荡器，则振荡频
用 uΩ ( t ) ω( t ) ωc kf uΩ ( t ) 称为调频 (FM)
用 uΩ ( t ) ( t ) ωc t kp uΩ ( t ) 称为调相 (PM)
其中调频及调相统称为角度调制，简称调角。
6.1.1 调角波的表达式
1.调频信号的时域分析
(1) 调频波的表达式 设：单音信号 uΩ ( t ) = U Ω mcosΩt ， 未调载波电压为 uc = Ucmcosωc t 调频波的瞬时角频率为
PM：
uPM U cmcos(ωc t MpcosΩt )
调相波的角频率为：
ω( t ) d ( t ) ωc Mp ΩsinΩt dt
ωc ωmsinΩt
Δωm M p Ω (最大角频偏 )
6.1.2 调角波信号的频谱和带宽
将调频波展开为傅里叶级数
uFM U mcos(ωc t M f sinΩt ) Um
在角度调制过程中，载波信号的幅度都不受 调制信号的影响。 调频信号的解调称为鉴频，调相信号的解调 称为鉴相。它们都是从已调信号中还原出原 调制信号。

调幅与调频广播
uΩ uΩ
uc
uc
u AM
uFM
调幅示意图
调频示意图
设任意一高频信号 u( t ) U mcosωc t 为载波信号
用uΩ ( t ) Um ( t ) = Um + ka uΩ ( t ) 称为调幅 (AM)
中心频率漂移
角频偏 二次谐波
Δω
nmωc 最大角频偏 Δωm = 2
变容二极管结电容变化曲线
中心频率产生漂移
(2) 变容管部分接入的直接调频
变容管作为振荡回路总电容时，调
制信号对振荡频率的调变能力强，灵敏 度高，较小的m值能产生较大的相对频 偏。但同时，因外界因素变化引起VQ的 变化时，造成载波频率的不稳定也相对 增大。 为了克服这些缺点，一般采用变容 管部分接入的振荡回路。
变容管部分接入的振荡回路
C
∑
C1
C 2C j C2 C j
C1
C 2C jQ C 2 (1 m cosΩt )n C jQ
C

= C1 +
C 2C j C2 + C j
= C1 +
C 2C jQ C 2 (1 + mcosΩt )n + C jQ
振荡频率为
ω (t ) =
率主要取决于谐振回路的电感和电容，那么将调制信号去
控制可变电感或可变电容，就可以使振荡频率按调制信号 的规律变化，实现直接调频。 可变电抗的器件很多，其中应用最广的是变容二极管。
1. 变容二级管的特性
利用PN结反相偏置时,势垒电容随外加反偏电压变化的
机理，在制作工艺上进行处理，可使二极管的势垒电容随反
n 为变容管的变容指数，其大小与制造工艺有关。
变容二极管电容随外电压变化曲线
为了保证变容二极管在 调制过程中保持反偏， 必须加一个大于VΩm的 反向偏压VQ，所以外 加电压为
v = VQ + vΩ ( t )
CΒιβλιοθήκη Baiduj (0) Cj = v n (1 + ) VB
v = VQ + vΩ ( t )
若 vΩ ( t ) = VΩmcosΩt
Cj = (1 +
C j (0) VQ + VΩ m cosΩt VB
)
n
C j (0) Cj = VQ + VΩm cosΩt n (1 + ) VB C j (0) 1 = VQ n VΩm n (1 + cos Ω t ) (1 + ) VB + VQ VB = C jQ /[1 + mcosΩt ]n
ω( t ) = ωc + kf uΩ ( t ) = ωc + ΔωmcosΩt
其中 Δωm = kf U Ω m (最大角频偏) 有时用 S FM来表示。
k f 为比例常数
k f是单位调制电压产生的频率偏移量，也称调频灵敏度，
瞬时角频率 ω( t ) = ωc + ΔωmcosΩt 调频波的相位 ( t )是角频率 ω ( t )对时间的积分，
调频波是由ωc 和无数边频 ωc + nΩ 组成，这些边频对称地 分布在载频两边，其幅度决定于调制指数 M f 。
频带宽度
实际 BW 有效频带宽度
BWCR = 2( M f + 1)F
例如：在调频广播系统中，
Δf m 75kHz , Fmax = 15kHz ,
M f = 5 , BWCR = 180kHz ,
定义：若用 u 信号实现调相，实际上对 uΩdt
' Ω 0

t
uW
而言是实现调频，则称为间接调频。
并联谐振回路的相频特性 相角
2 ω arctanQ0 ω0
π 2Qo Δω 当 < 时，Δ 6 ωO
调频波的波形图
最大角频偏
中心频率
最大相位偏移
(2) 调频信号的基本参数
u FM Ucm cos( w c t M f sin W t )
ωc 为载波频率（中心频率）
W 是调制信号的角频率
Δωm 是相对于载频的最大角频偏
另外 M f =
Δωm = Δm 称为调制指数或最大相位偏移 Ω
Δωm和 M f 是调频信号的重要参数。
第6章 角度调制与解调电路
怎样用低频调制信号去控制载波信号的频率 或相位？什么是角度调制？ 角度调制和解调的基本特性是什么？调角波 信号的定义、表达式、波形、频谱的基本特 征是什么？ 典型的角度调制电路的结构、工作原理、分 析方法和性能特点是什么？

6.1 调角信号的基本特性

角度调制是用调制信号去控制载波信号频率或相位 变化的一种信号变换形式。如果控制的是频率称为 调频（FM），如果控制的是相位称为调相（PM)， 调频和调相通称为角度调制。
n


J n ( M f )cos(ωc nΩ )t
Jn(Mf)是宗数为Mf的n阶第一类贝塞尔函数
若n=0，Um J 0 ( Mf )cosωc t 为载波分量
若n≠0， U m J n ( M f )cos(ωc nΩ )t 为无穷多对边带分量
n 1
Jn(mf) 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 £ 0.2 £ 0.4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 mf J0 J1 J2 J3 J4 J5 J6
n
VΩm m= VB + VQ
n 1 (1 + m cosΩt ) 2 LC jQ
n 2
ωc (1 mcosΩt )
式中ωc = 1/ LC jQ 为振荡器的中心频率。 若 n = 2 ，则有
ω( t ) ωc (1 mcosΩt ) ωc Δω( t )
为线性调频。
最大角频偏 Δωm = mωc
3.变容管的直接调频电路
用调制信号去控制高频信号的瞬时频率，使其随调制 信号作线性变化的电路。 (1) 变容管全部接入振荡回路
原理电路
高频通路
直流和调制频率通路
振荡回路由L、Cj构成，C1为高频耦合电容，L1为高频扼流圈， C2为高频旁路电容。
C j = C jQ /[1 + mcosΩt ]
ω( t ) = 1 = LC j
振荡频率的变化，从而实现调频。
2.调频电路的主要性能指标
(1) 线性调制特性 已调波的瞬时频率与调制信号成比例地变化。 (2) 中心频率稳定 未调制时的频率ω c，即中心频率具有一定的稳定度。 (3) 频偏w m 要大 (4) 调制灵敏度高 单位调制电压产生的频率偏移称为调制点灵敏度，通常 用 SF = Δfm (Hz/V) 或 kf = Δωm (rad/S V) 来估算。 VΩm VΩm