1、第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 7.1FM、PM基本原理7.2调频电路7.3鉴频电路7.4集成调频收音机电路分析7.5调频立体声广播与立体声收音机7.6仿真设计与应用小结习题第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 本章要点：本章要点： 调频和调相统称为角度调制，调频波与调相波的数学性质 直接调频、间接调频和鉴频的工作原理 本章难点本章难点直接调频、间接调频和鉴频电路的仿真实现多波段单片集成调频/调幅收音机工作原理分析利用Multisim 10.0软件仿真斜率鉴频、乘积相位鉴频等电路 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 7.1FM、PM基本原理基本原理 7.1.1 FM、
2、 PM概述概述 第6章曾讨论过调幅的基本原理及电路，调幅波的包络携带了要传输的信息，作为载波的瞬时相位、瞬时频率是否也可以受控于调制信号而被调制呢？答案是肯定的。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 载波的瞬时频率随调制信号大小而作线性变化称为频率调制，简称为调频(FM)；而其瞬时相位随调制信号大小作线性变化则称为相位调制，简称为调相(PM)。无论是调频还是调相，都会使载波的相角随调制信号大小而变，所以可将调频与调相统称为角度调制。第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 在角度调制系统中，由于频谱产生了非线性变换，已调高频信号不再保持低频调制信号的频谱结构，故常将这类电路称为频谱的
3、非线性变换电路。在这里，无论是上一章讲的频谱线性搬移电路，还是这章讨论的频谱非线性变换电路， 其本质都是实现频谱的变换，是典型的非线性变化过程，所谓频谱的线性搬移和非线性变换，都是指变换形式的不同而已。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 调频和调相信号的特点是高频振荡的振幅不变，即包络不携带任何信息。在传输过程中，用限幅的方法去掉附加在信号包络上的噪声干扰，所以调频和调相的主要优点是抗干扰性能强，但带来了传输信号的频带加宽。其中，调频通常用于调频广播、通信及遥测等方面，而调相目前常用于数字通信及实现间接调频等。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 7.1.2频原理频原理 设载
4、波信号的数学表达式为uc (t)=Ucmcos (ct+0)(7-1)式中，j0是载波初相角；c是载波的角频率，在这里为一常数。j (t)为载波的瞬时相位，与角频率的关系为j (t)=ct+j0 (7-2)为简化分析，常令j0=0而不失其普遍性。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 根据调频的定义，即高频载波的瞬时频率随调制信号u (t)线性变化，故可以写出(t)=c+kfu (t)=c+(t)(7-3)式中，kf是与调频电路有关的比例常数，单位是rad/sV；(t)=kfu (t)表示瞬时频率中与调制信号成正比例变化的部分，称为瞬时频率偏移，简称频移，则最大频移m=kf|u (t)|
5、max，习惯上称为频偏。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 根据瞬时相位与瞬时角频率的关系， 可写出调频波的瞬时相位为所以， 调频波的一般数学表达式为若调制信号为单音频余弦波u (t)=Umcost， 则(t)=c+kfUmcost (7-6) 其中， 频移(t)=kfUmcost； 频偏m=kfUm，是一个与无关的量。 ttuktttukttttttd )(d)(d )()(0fc0fc0jd )(cos)(0fccmFMttuktUtut(7-5)(7-4)第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 瞬时相移为大相移定义为调频指mf，即， 单位为rad， 当调制信号一定时， mf
6、与调制频率成反比。所以， 单音频调频波的数学表达式为 tUkttUttuktttsindcosd )()(mf00fjmf)(UktjFfUkmmmmfmfj(7-7)第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 tmtUtUktUttUktUttukftUtutmtsincos sincos dcoscos d)(cos)(fccmmfccm0fccm0mccmFM(7-8)第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 7.1.3 调相原理调相原理根据调相的定义，即高频载波的瞬时相位q(t)随调制信号u(t)成线性变化，则可写出调相波的一般数学表达式为 (7-9)式中kp是与调相电路有关的比例常
7、数，单位是rad/v。表示瞬时相位偏移，简称相移，其最大相移称为调相指数，用表示，即 。)(cos)(pccmPMtuktUtumaxpp| )(|tukm)()(ptuktq第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 对于单音频余弦调制信号时，则 式中， 表明它与调制信号同频同相。调相指数 ，单位为rad，说明mp与调制信号的幅度成正比，与调制信号的频率无关。tmtUcmtuktUtucoscos coscos)(pcmpccmPMtmtUktjcoscos)(pmpmppUkm (7-10)第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 由式(7-8)与(7-10 )可见，无论是调频还是调相，
8、都是使相角随调制信号而变化，只不过变化的规律不同而已，两者并没有本质的区别。根据瞬时相位和瞬时角频率存在微分、积分关系，调相波和调频波可以相互转化。第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 7.1.4 角度调制的频带宽度角度调制的频带宽度 调频波的频谱结构由于非线性调制，不再象调幅波那样仅增加边频(带)，没有交叉调制项。调频波的边频分量有无限多个，从理论上讲调频波所占频谱宽度应为无限宽，但实际上没有必要这样考虑，根据经验，按下面三种处理办法。 (1) 当1时，B=2F 。第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 从调频和调相的关系中，可以得到启发，实现调频的方法有两种，即直接调频法和间接调
9、频法。 能产生调频波的电路称为调频电路，对调频电路通常有以下要求：调频波的瞬时频率与调制信号的大小成正比变化；载波频率fc=C/2要具有较高的稳定度；寄生调幅要尽可能小；要求频偏在整个调制信号所占有的频带内保持不变；调制灵敏度kf(单位调制电压所产生的频率偏移大小) 越大，调制信号控制作用越强。第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 7.2 调频电路调频电路7.2.1 直接调频电路直接调频电路直接调频就是用调制信号去控制振荡器的工作状态，改变其振荡频率，以产生调频信号，其电路模型如图7-1所示。 LC振荡器中并入可控电抗元件，作为组成振荡回路的一部分，用低频调制信号去控制电抗元件的参数，即
10、可产生振荡频率随调制信号变化的调频波，在实际应用中，常用的可控电抗元件有变容二极管、 电抗管等。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 图7-1 直接调频电路模型 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 无线调频话筒电路如图7-2所示，是采用变容二极管构成的直接调频电路。V2及其外围元件构成“西勒”振荡电路，V1将动圈话筒S1的微弱音频信号放大后加至变容二极管D2，使D2的等效电容发生变化，而D2的等效电容是振荡回路的一部分，故振荡频率随音频信号的变化而变化，完成直接调频。第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 振荡输出信号经C9耦合至V3组成的甲类选频放大电路， 由L2、C10
11、、C11选频、阻抗变换后，经线圈L3由天线向空中发射。L1、L2分别用F0.5 mm漆包线在F5 mm高频磁芯上绕5圈与4圈，L3用F0.2 mm漆包线在彩电中周骨架上绕30圈。 天线TX为F3 mm屏蔽线，将网、芯线相连，直接焊在印制板上，长度为10 cm左右，其余元件见图注，整机电流约为30 mA左右。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 图7-2 无线调频话筒电路 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 利用变容二极管直接调频电路的优点是，电路简单， 容易获得较大的频偏，在频偏不大的情况下，非线性失真可以做到很小；缺点是变容二极管特性的一致性较差，给生产带来一定的困难，另外由
12、于变容二极管偏置电压的漂移和温度变化都会引起频率改变，造成频率稳定度不高。在频率稳定度要求较高的情况下，可改用间接调频电路，或采用“自动频率微调”的方法加以改善， 也可用变容二极管直接调频晶体振荡器等。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 7.2.2 间接调频电路间接调频电路 间接调频就是利用调相电路经过适当转换而获得调频波的。 由调频波的一般数学表达式， 可见其相位变化量可视为先将调制信号积分，即 ， 然后再进行调相，分两步可以得到调频波， 其电路模型如图7-3所示。 tttuktUtu00fccmPMd)(cos)(jttutd )(0第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 图
13、7-3 间接调频电路模型 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 间接调频电路的电路模型由两部分组成： 积分电路 ； 调相电路。实现间接调频的关键电路就是调相电路，载波可由石英晶体振荡器单独产生，由此决定调频波中心频率稳定，这是间接调频一个突出的优点。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 如图7-4所示，为单谐振回路变容二极管调相构成的间接调频电路。图中R1、R2为谐振回路输入端、输出端的隔离电阻，C1、C2、C3为耦合电容，C4为隔直电容，+9 V电压经R3、R4给变容二极管D提供反偏电压。调制信号经C3耦合，R4、 C4组成的积分电路后，加到变容二极管的负端。由于谐振回路中，C
14、4Cj (为变容二极管的结电容)，C4起高频旁路作用，可以忽略C4，由L、Cj构成移相网络。当u (t)为零时，变容二极管加一反向固定直流电压，等效为电容Cj与L谐振于载频c/(2)处，此时回路对载波电流不产生相移。第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 当调制信号u (t)加入时，变容二极管的等效电容Cj受u (t)的调制作用而变化，从而引起并联谐振回路的固有谐振频率受u (t)的规律而变化，相对载频c/(2)而言，回路对载波处在失谐状态，从而使载波电流通过LCj并联回路时，产生一定的附加相移。即用u (t)控制谐振回路，当输入信号u (t)加到谐振回路后，经过回路就可以得到相位变化的调
15、相波， 也就完成了间接调频。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 图7-4 单谐振回路变容管调相电路 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 在上述电路中，用到的变容二极管是一种特殊工艺制造的二极管，其PN结的结电容容量随着反向电压的变化而大范围的变化，可在电路中当做可变电容来使用。变容二极管广泛应用于电视、通信技术等领域。变容二极管的电路符号如图7-5所示。国产变容二极管2CB14的结电容Cj与反向电压UD的关系曲线如图7-6所示。当反向电压UD减小时，结电容Cj增大； 当反向电压UD增大时，结电容Cj减小。由图可知，结电容Cj随反向电压UD的增大按指数规律下降。 第7章 角度调
16、制与解调频谱的非线性变换电路 图7-5 变容二极管的电路符号 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 图7-6 变容二极管的特性曲线 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 间接调频发射机方框图如图7-7所示，石英晶体振荡器产生载波，输入给调相电路；同时调制信号经积分电路后，也加到调相电路。经调相电路调相处理后，再经倍频器完成倍频，高频功率放大器完成放大后，由天线发射出高频调频波。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 图7-7 间接调频发射机方框图 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 7.3 鉴频电路鉴频电路7.3.1 鉴频概述鉴频概述 鉴频是调频的逆过程，其作用是从已
17、调频信号中解调出原调制信号。完成这一功能的电路，称为鉴频器，也叫频率检波器或调频检波器。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 1. 实现鉴频的方法实现鉴频的方法 实现鉴频的方法有多种，但常用的有以下几种方法： 斜率鉴频法： 将等幅已调频波变换成振幅按瞬时频率变化规律而变化的调幅调频波，然后再通过检波器进行检波，还原出调制信号。这种方法常用的电路有斜率鉴频器，其电路模型如图7-8所示。具体原理分析和仿真设计见单失谐回路斜率鉴频器，如图7-33所示。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 图7-8 斜率鉴频器实现模型 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 相位鉴频法： 将调频波
18、变换成相位按瞬时频率变化规律而变化的调相调频波，然后再利用相位检波器解调获得原调制信号。 这种解调方法常用的电路有相位鉴频器，其电路模型如图7-9所示。第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 图7-9 相位鉴频器实现模型 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 脉冲鉴频法： 利用调频波的过零信息来实现鉴频，因为调频波的频率是随调制信号变化的，它们在相同的时间间隔内，过零点的数目不同，当瞬时频率高时，过零点的数目较多，当瞬时频率低时，过零点数目较少，利用这个特点，可实现解调， 称为脉冲计数式鉴频器。 脉冲式鉴频器还有脉冲延迟式鉴频器。 锁相环(PLL)鉴频法： 如图7-10所示为锁相环鉴
19、频器构成框图。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 图7-10 锁相环鉴频器 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 由于锁相环路在一定范围内具有跟踪特性，即当输入的频率变化时，环路滤波器(LF)能输出一个控制电压，使压控振荡器(VCO)的频率与输入信号频率相同。现输入调频波， 经鉴相器和环路滤波器处理后，得到的控制电压必然与输入信号的频率变化规律相适应，在此控制电压作用下，压控振荡器应输出一个与输入信号一样的调频波，则环路滤波器输出的控制电压只有与u(t)一样，才能得到上述结论，从环路滤波器输出调频波的解调信号u(t)。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 在实际应用的鉴
20、频器中，最常用集成鉴频器，其核心问题就是斜率鉴频和相位鉴频，例如在彩电伴音集成块内部电路， 通常采用正交相位鉴频器完成伴音信号的解调。第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 2. 鉴频器的主要性能指标鉴频器的主要性能指标 鉴频器的主要特性是鉴频特性曲线， 即鉴频器输出电压uo与输入信号频率之间的关系曲线。 图7-11为典型的鉴频特性，由于它像英文字母“S”形，故又称S曲线。 当信号频率为中心频率fc时，输出电压uo=0，当信号频率偏离中心频率升高、 下降时， 则分别得到正、 负极性的输出电压。 鉴频器特性曲线的主要指标有： 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 图7-11 鉴频特性曲
21、线 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 鉴频灵敏度Sd。在中心频率附近，单位频偏所引起的输出电压的变化量，称为鉴频灵敏度， 。鉴频灵敏度越高，意味着鉴频曲线越陡直，鉴频能力越强，鉴频效率越高。 线性范围。线性范围是指鉴频特性曲线近似直线段的频率范围，用2fmax表示，也称为鉴频器的通频带，用BWD表示，显然要求2fmax要大于调频波最大频偏的两倍。 fuSod第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 失真要小。鉴频特性曲线的线性越好，解调后的波形失真越小，才能使原来的调制信号不失真地重现。在线性范围内鉴频特性只是近似线性，但实际上仍然存在着非线性失真，失真要求越小越好。 稳定性好。鉴
22、频特性曲线的中心频率不随温度、信号电压大小与时间等外界因素的变化而产生漂移，要求中心频率fc稳定性要好。第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 7.3.2 相位鉴频器相位鉴频器 相位鉴频器由两个基本部分组成： 具有频率相位变换特性的线性网络； 相位检器。其实现相位鉴频的方法通常有两种：一种是叠加型相位鉴频器，另一种是乘积型相位鉴频器(见本章仿真设计与应用内容部分)。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 叠加型相位鉴频器电路模型如图7-12所示，图7-13画出叠加型相位鉴频器电路，也就是人们习惯上所说的相位鉴频器。由L1、C1及L2、C2双调谐耦合回路等元件构成频率相位变换线性网络，
23、通过互感M耦合，两回路均谐振于调频信号载频fc上。D1、D2、 C3、 C4、R1、R 2等元件构成相位检波器，D1、D2为检波二极管，R3、C3与R4、C4为对称的低通滤波器，C3、C4对高频信号相当于短路；扼流圈L3提供了直流通路，但对高频可视为开路，Cc容量很大，对高频视为短路。由于电路上下对称，因而又称为平衡式相位鉴频器。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 图7-12 叠加型相位鉴频器电路模型 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 图7-13 相位鉴频器 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 L1C1回路两端调频信号电压为 ，同时也加在了由Cc、 L3组成的支路两
24、端。由于Cc、 C3、C4对高频容抗很小，因此L3两端电压近似等于 ，这样 也加到D1、 D2上。初级回路L1C1与次级回路L2C2之间存在互感， 通过互感在L2两端产生电压 ，次级回路中心抽头使L2上、下半段压降分别为 ， 也加到D1、 D2上， 因此D1、 D2两端电压分别为1U1U1U1U2U2/2U。，12CDBCBDD212CDACADD122UUUUUUUUUUUU第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 当调频波的瞬时频率改变时，通过谐振回路相位特性作用， 和 的相位差也改变，由这两个矢量合成的 和 幅度也随之改变，使调频波变成了调幅调频波，下面按三种不同的情况(参阅图7-14
25、和 图7-15)来说明： 1U2U1DU2DU第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 图7-14 初、 次级回路电流、 电压关系 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 当f=fc时，即在调频波中心频率的情况： 若初级回路电压为 ，则初级回路电感中电流 滞后 90，次级感应电势 ，它超前 90， 当谐振时， 回路谐振电流 与 相位相同，因此 与 同相。 而 又滞后 90，即 滞后 90，如图7-15(a)所示。 这时 ， 检波后电压相等且反相， 故输出电压Uo=0。 1U1I1U1IMjE|D21DUU1U1I2I2I2UE2I2U1U第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 当ff
26、c时， 即瞬时频率大于调频波中心频率的情况： 此时 、 、 的相量关系与f=fc时相同， 但由于次级回路失谐， 与 不再同相， 因为f fc，为感性失谐，应滞后于 ，而 还是要滞后于 90， 如图7-15(b)所示， 、 相位差不再是90，而是大于90，因此 、不再相 ，则输出电压Uo为负。 1U1IE2IE2IE2I2U2U1U|D1U|D2U|D2D1UU第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 当ffc时， 即瞬时频率小于调频波中心频率时的情况： 、 、 的情况仍不变， 但此时次级回路L2、 C2为容性失谐， 故 超前 ， 则 与 相位差小于90， ， 如图7-15(c)所示， 输出电
27、压Uo为正。 1U1IE2IE1U2U|D1D2UU第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 图7-15 、 随频率的变化情况 |D1U|D2U第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 综合上述三种情况的分析，可以得到相位鉴频器的鉴频特性曲线，如图7-16所示。这种电路本身没有限幅作用，输入端有寄生调幅时，输出低频信号易受干扰，但这种鉴频器保真度好，输出电压较大，在移动通信机中广为应用。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 图7-16 相位鉴频器的鉴频特性 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 CU7.3.3 比例鉴频器比例鉴频器 比例鉴频器的电路与相位鉴频器相似， 它不仅有
28、解调作用， 而且还有限幅作用。 比例鉴频器原理电路如图7-17所示。 在R1、 R2上并联一只容量较大的电容Co(一般为几微法至几十微法)， 在检波过程中， Co与R1、R2乘积的时间常数很大， Co上电压基本保持不变， 且C3、 C4对高频信号相当于短路。 当输入调频波的频率变化时， 、 的相位关系产生变化，与 也随之变化， 这一点与相位鉴频器是相同的。 |D1UCU|D2U1U2U第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 图7-17比例鉴频器原理电路 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 设两个二极管检波器的传输系数相等，均为K，检波后， 且则D13UKU112211/1221 2
29、21221 2121D2D143C434CCCC4CC4CC4R4CD2UUUCUUUCUUUUUUUUUUUUUUUUUUD24UKU,43UUUCCR2R121UUU第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 输出电压， 由于近似不变， 因此Uo取决于的比值。 当调频波的频率变化时， 和一个增加， 一个减少， 所以随频率而变，输出电压Uo也随之改变，故称为比例鉴频器。 在比例鉴频器中，若输入信号包络有寄生调幅，则和均随寄生调幅同时增大或同时减小，但其比值近似不变，因而UC可保持不变，起到自限幅作用。 |CD0UUCU|/|D2D1UU|/|D2D1UUD1UD2UD1UD2U第7章 角度调
30、制与解调频谱的非线性变换电路 7.3.4 正交鉴频器正交鉴频器 正交鉴频器是一种特殊的乘积型相位鉴频器， 由于电路简单，调试方便，易于集成，因此是调频接收机中应用最为广泛的鉴频电路。 正交鉴频器的构成如图7-18所示，其核心为模拟乘法器， 有两路输入信号， 一路来自调频信号uFM (t)，另一路来自调频信号经过移相90形成的参考信号ur (t)， f = fc时，两路信号刚好正交， 相乘结果为零；当输入信号的瞬时频率不等于中心频率时，移相网络呈现90的相移， 两电压相乘后， 产生与原调制信号成正比的输出电压。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 图7-18 正交鉴频器的组成 第7章 角
31、度调制与解调频谱的非线性变换电路 如图7-19所示为某电视机采用集成块TA7680AP构成的伴音通道。6.5 MHz第二伴音信号(调频信号形式)经过三端陶瓷滤波器Z601，由 脚进入TA7680AP， 经过限幅放大， 一路直接加到鉴频器，另一路由集成块 脚输出，在外围经过由L651、C617构成的移相90网络，再由 脚输入，在集成块内部经过正交鉴频，还原出音频信号。 脚外围接由R604、C604构成的去加重网络，提高抗干扰能力。第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 音频信号经过ATT(电子音量衰减器)得到音量控制，其中脚电压越高，音量越小。再经放大电路，由脚输出音频信号。其中脚为负反馈引
32、脚，改善音质。电阻R603并联在L651、C617两端，起降低Q值，展宽频带的作用。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 图7-19 电视机用TA7680AP构成的伴音通道部分电路 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 7.4 集成调频收音机的电路分析集成调频收音机的电路分析 7.4.1 调频广播的特点及调频收音机的构成调频广播的特点及调频收音机的构成 1. 调频广播的特点调频广播的特点 由于调频与调幅所采用的频率、 调制方式等不同， 调频与调幅相比， 在发射、 传送及接收方面都有许多优点。 抗干扰能力强，信噪比高。在调频接收机中，采用限幅电路，把寄生干扰和寄生调幅等干扰信号滤除
33、掉，只将有频率变化的信号送到鉴频器，完成对原来信号的恢复，从而改善音质，使声音清晰悦耳。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 调频广播信号传输的保真度高， 音质好。 调频发射机功率放大管的利用率高。 调频广播工作在超短波以上的波段， 设备较 复杂， 解决无线广播低频段电台拥挤问题。 由于调频具有以上特点， 调频广播及调频立体声广播非常普及。第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 2. 调频收音机的构成调频收音机的构成 典型的超外差式调频收音机构成框图如图7-20所示。天线和输入回路从空中选出所需接收的调频广播信号后，先进行高频放大，再经变频变换成10.7 MHz的中频调频信号，经中
34、频放大，再经限幅放大(滤除寄生干扰和寄生调幅，提高抗干扰能力)、鉴频，将调频信号转换成音频信号，再经去加重、 前置放大和功放，推动扬声器工作。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 图7-20 调频收音机构成框图 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 在调频收音机中，为提高频率稳定性通常加设自动频率控制(AFC)电路(第8章介绍)。 在调频广播中，调频指数 m f越大，调频波的抗干扰能力就越强， 随着调制信号F的增加，mf就要下降，这样高音频信号的信噪比比低音频信号的低。为了提高高频信号的信噪比，要在发射机中人为地提升高音频信号幅度，加大频偏，使mf随F增加而增大。在发射机中将高音
35、频提升称之为预加重。而在接收机鉴频器后，去掉提升量，称之为去加重。 在FM收音机中，去加重网络紧跟在鉴频器后面。在FM立体声收音机中，去加重网络则位于立体声解码器后面。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 7.4.2 调幅调幅/调频单片收音机集成电路调频单片收音机集成电路CXA1019M CXA1019M 是日本索尼公司研制生产的调幅/调频单片收音机电路，该电路集成度高，外围元件少，性能优良， 它的外形结构采用28脚塑料扁平封装形式，体积很小，其内部电路如图7-21所示。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 图7-21CXA1019M内部电路组成框图 第7章 角度调制与解调频谱
36、的非线性变换电路 该集成块包括了AM/FM收音机从天线输入、高放、混频、中放、检波和音频功率放大的全部功能。除此之外， 还具有调谐指示、电子音量控制和FM静噪等一些辅助功能。 因为CXA1019M内设波段转换开关电路，所以只需简单控制脚的高低电平就可以改变调频或调幅两种接收状态，电路内部还设有调幅AGC和调频AFC功能。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 该电路的电源电压使用范围也较宽，从27.5 V均可得到稳定的电气性能。 CXA1019M的功耗很小，在3 V工作电压的情况下，FM波段的静态电流为5.3 mA，AM波段为3.4 mA，而其输出功率却比较大，在6 V电源电压时，8 负
37、载阻抗， 输出功率可达500 mW。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 7.4.3 采用采用CXA1019M收音机电路分析收音机电路分析 烽火牌FH90D袖珍收音机采用CXA1019M集成电路， 电路如图7-22所示。具有AM、FM、TV1、TV2四波段接收功能。CXA1019M是集成度高、功能强的调频调幅收音机专用芯片，外加陶瓷滤波器等少数元器件即可组成一个收音机，中频分别采用465 kHz(AM)和10.7MHz(FM)，整机灵敏度高，选择性好，调谐方便，无人体感应现象。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 图7-22 烽火牌FH90D收音机电路图 第7章 角度调制与解调
38、频谱的非线性变换电路 1. 整机特点整机特点 (1) 采用波段拓宽技术，将调频波段拓展为FM(88108 MHz)、TV1(14 ch)、TV2(612 ch)三个波段，不仅能收听调频广播，还能收听112频道的电视伴音节目。 (2) FM鉴频采用与中频输入相配套的陶瓷频率组Z3(10.7 MHz)，简化了FM鉴频曲线的调试， 提高了电气性能的一性。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 2. 电路工作原理电路工作原理(1) 调幅中波(AW)接收电路。 波段开关S1置于调幅中波AM，使脚接地。这时CXA1019M集成电路内部波段开关电路置于调幅中波AM状态。 这时由磁棒天线L1、补偿微调电
39、容C0-5、四联可变电容中的C0-1组成接收调谐回路，由L1抽头实现与芯片的阻抗匹配，选择所接收的中波调幅信号由CXA1019M集成电路的脚输入。第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 中波振荡回路由振荡线圈L5、电容C4、补偿电容C0-2和四联调谐电容C0-6组成，振荡信号(约350 mV)经过L5的次级电感馈入CXA1019M的脚AM本振端，在集成电路内部与AM天线输入信号混频，产生465 kHz的调幅中频信号，由集成块CXA1019M的 脚输出，经R4、中周L9进行选频，完成AM中频耦合与匹配，再经465 kHz陶瓷滤波器Z1，进一步选出465 kHz的调幅中频信号，从脚输入至CXA
40、1019M内AM中频放大电路。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 在IC内部，经中放和检波之后，音频信号从脚输出，并经过C14耦合至 脚低放输入端，C13为中频滤波电容，用以去除残存的中频干扰信号。在IC内，音频信号经功率放大后从脚输出，由C19耦合至耳机插座(X1)、扬声器，使扬声器还原出音频信号。C18高音滤波电容用来改善频率响应，最好选用高频介电常数较高的电容，以防止自激噪声。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 脚是调谐指示输出端， 该端电压随接收信号场强的增大而下降， 用以驱动发光二极管D1， 将接收电台调准时， D1即点亮。 脚为AGC/AFC控制端。在调幅状态时
41、，中放AGC起作用。C11为AGC滤波电容，确定中放AGC作用的时间常数。 脚适用于J波段(日本低本振接收制式)的AGC/AFC控制作用， 在此不起作用。 脚为电源端，C16为电源滤波电容，C17是内部稳压电路的滤波电容， 用以抑制电源纹波。第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 (2) 调频(FM)接收电路。FM接收时，将波段开关S1置于FM/TV处，使IC脚呈高电平(1.2 V左右)， 这样IC内各公共通道均由电子开关置换成FM接收状态。 拉杆天线接收的射频调频信号经C20直接送到集成块CXA1019M脚，在IC内完成高频放大，放大后的高频信号由脚外接的L7、C2、C0-7、C0-3组
42、成并联谐振回路进行选频，同时脚外接L3、C3、C0-8、C0-4组成本振谐振回路完成选频。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 在IC内，放大后的FM射频信号与本振信号进行混频，产生10.7 MHz的调频中频信号也从 脚(该脚也输出465 kHz的调幅中频信号，但由于两个中频信号频率相差很大，且各有选频电路，故互不干扰)输出，经C10、中频陶瓷滤波器Z2(10.7 MHz)选频后， 由IC 脚输入，进行中放和鉴频，鉴频后的FM音频信号也由 脚输出至低频放大电路。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 IC脚与地之间外围接的Z3、R3为鉴频谐振器件，使S形鉴频曲线增益适中、均匀，
43、曲线形状及线性范围都较好。 调频自动频率控制(AFC) 作用由 脚承担，经C11滤波后的直流控制电压由R1反馈到IC脚，即改变脚内接变容二极管的结电容，实际也就改变了脚外接本振回路的谐振电容，在一定范围内校正本振频率。高频电容C7用来调节AFC的引入深度，一般使AFC作用调在250 kHz左右的范围内。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 IC脚为音量控制端(外接音量控制电位器RP)，电压高时，音量小，反之亦然。脚为低放负反馈端，外围接音频负反馈电容C8，用来改善音质。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 (3) 电视伴音接收电路。将S2置于TV1，脚的负载回路为C21、L6、
44、C0-7、C0-3组成，谐振于电视伴音的14 ch；而由L8、C0-7、C0-3组成谐振回路，调谐于电视伴音的512ch。由L4、C0-8、C0-4构成本振谐振回路，作为脚负载。 电视伴音其他部分的电路原理同调频相似。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 7.5 调频立体声广播与立体声收音机调频立体声广播与立体声收音机7.5.1 调频立体声广播调频立体声广播 1. 立体声基本概念 人类生活的自然界， 各种声源以立体的形式分布在四面八方， 它们发出的声音方位对于听者的耳朵来说都是立体的， 因此我们日常听到的声音都是立体声。 所谓立体声是指从空间不同位置上的声源， 采用两个或多个声道， 分
45、别传送的声音。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 2. 导频制立体声复合信号导频制立体声复合信号 单声道调频广播只能传播声音的强弱、声调和音色的变化，而不能再现声源的方位，缺乏临场感和真实感。而调频立体声广播既充分体现调频广播信噪比高、抗干扰能力强、 动态范围大、放音频带宽、音质优美等优点，又能充分利用人的双耳效应机理，不仅感到声音有强度、音调和音色变化，也能基本再现实际声场中各种声源的方位和空间分布的效果，使人感到身临其境。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 目前国际上认为可行的调频立体声广播制式有三种： 导频制、极化调制式和调频调频制。最常用导频制，它完全抑制掉副载波，
46、外插一个导频信号。导频制立体声复合信号的频谱如图7-23所示。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 图7-23 导频制立体声复合信号的频谱 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 在立体声广播中，音频信号有左(L)、右(R)两路，通过一定处理后变成立体声复合信号，此复合信号是和信号(M)、 差信号(S)以及导频信号(19 kHz)三者混合， 此复合信号对主载波调频。 其中差信号(S)是由(L-R)通过对副载波(38 kHz)进行抑制载波的双边带调幅得到的。在普通单通道调频广播中，规定100调制频偏为75 kHz，导频制调频广播规定导频信号对主载波的调制最大只能占总数的90，即产生7
47、50.9=67.5 kHz的频偏。当L和R均同时达到最大振幅时才出现67.5 kHz的频偏。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 7.5.2 调频立体声收音机调频立体声收音机 1. 构成框图 FM立体声收音机电路组成如图7-24所示，它是由输入电路、高放、本振、混频、中频放大、限幅、鉴频、立体声解码器、指示电路、去加重网络、低放和功率放大器以及自动频率控制(AFC)、自动增益控制(AGC)组成的(第8章介绍)。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 图7-24 FM立体声收音机电路框图 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 FM立体声收音机与单声道收音机相比， 从接收天线到
48、鉴频器的电路结构是相同的， 不同之处是FM立体声收音机增加立体声解码器及立体声指示电路， 也增加一套低放、 功率放大及扬声器电路。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 在FM立体声收音机中，设有立体声指示电路，其作用是当收到立体声节目时，使一个指示灯发光，作调谐指示。 其原理是把立体声复合信号中特有的导频信号取出，经过放大、整流，成为幅度足够大的直流电压，用来驱动指示发光二极管。此时，鉴频器输出的是复合信号，经立体声解码器解调后恢复左、右声道信号。而接收单声道广播时，调频信号中无导频信号，所以在收听单声道节目时就无指示(指示灯不亮)。此时，鉴频器输出不含导频信号，立体声解码器停止工作，
49、左右两路扬声器输出均为单声道。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 立体声解码常用开关式解码电路，其作用是利用开关脉冲对复合信号进行切换，解调出L信号和R信号。开关式解码电路关键核心是开关信号必须与复合信号中的38 kHz副载波信号保持严格同步，否则将会导致分离度的降低。此开关信号常用锁相环路来恢复，具体分析见第8章图8-24。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 2. 具体应用电路具体应用电路图7-25为FM立体声收音机电路图。集成块IC1(TA2111F)为单片AMFM立体声收音集成电路，可以完成接收FM、AM中波及短波18波段的信号，内部含有FM立体声解码电路，具有较佳的
50、灵敏度、信噪比、立体声分离度。集成块IC2(CXA1622M)可完成双声道功率放大，其脚为工作方式选择，接地时为立体声功率放大状态，悬空时为BTL方式。14 脚外接音量调整电位器。对于此收音机电路，相比一般集成电路FM收音机，多了立体声解码和立体声功放电路部分，均已含在集成电路之中，不再作详细讨论。 第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 图7-25 FM立体声收音机电路图第7章 角度调制与解调频谱的非线性变换电路 7.6 仿真设计与应用仿真设计与应用7.6.1 调频波波形及频谱研究调频波波形及频谱研究 打开Multisim10.0计算机仿真软件，根据图7-26设置好元器件及示波器、频谱仪
