1、第第6 6章章 模拟角度调制与解调电路模拟角度调制与解调电路6.1 概述概述6.2 角度调制与解调原理角度调制与解调原理6.3调频电路调频电路6.4 鉴频电路鉴频电路6.5角度调制和解调电路的实用电路举例角度调制和解调电路的实用电路举例6.6 集成调频、鉴频电路芯片介绍集成调频、鉴频电路芯片介绍26.1 概概 述述回顾问题：（第回顾问题：（第5章章 调幅系统概念）调幅系统概念）2.“调制调制”与与“解调解调”的方式有哪些？的方式有哪些？1.“调制调制”与与“解调解调”的过程如何实现？的过程如何实现？3.“调制调制”对应的波形特征？对应的波形特征？4.4.调制器、解调器调制器、解调器在无线电收发
2、系统中的在无线电收发系统中的位置？位置？31.“调制调制”与与“解调解调”的过程的过程:人人飞机的参数（如飞机的参数（如重量、速度等）重量、速度等）控制控制 飞机飞机（载体）（载体）载有人的飞机载有人的飞机调调制制人人解解调调低频信号低频信号高频信号高频信号（载波）（载波）载波的参数（如幅度、载波的参数（如幅度、频率、相位）频率、相位）已调波已调波还原还原低频信号低频信号装装载载卸卸载载42.调制的方式调制的方式:控制控制调调制制低频信号低频信号高频信号高频信号（载波）（载波）载波的参数载波的参数已调波已调波幅度调制（简称幅度调制（简称“调幅调幅”，AM）频率调制（简称频率调制（简称“调频调频
3、”，FM）相位调制（简称相位调制（简称“调相调相”，PM）幅度幅度 频率频率 相位相位角度调制角度调制相角相角52.解调的方式：解调的方式：控制控制调调制制低频信号低频信号高频信号高频信号（载波）（载波）载波的参数载波的参数调幅波调幅波幅度幅度 频率频率 相位相位调频波调频波 调相波调相波检波检波低频信号低频信号解解调调鉴频鉴频鉴相鉴相调幅波调幅波 调频波调频波 调相波调相波6信信号号 载波信号（高频信号）：载波信号（高频信号）：（等幅）高频正弦波振荡信号（等幅）高频正弦波振荡信号 )cos(tUuccc调制信号（低频信号）：调制信号（低频信号）：需要传输的电信号需要传输的电信号语言语言图像图
4、像 数据数据已调已调(波波)信号（高频信号）：信号（高频信号）：经过调制后的高频信号：经过调制后的高频信号：3.总结：总结：（原始信号）（原始信号）)(cos)(fcmFMdttuKtUtu 6.26.2角度调制与解调原理角度调制与解调原理6.2.1.调角信号的时域特性调角信号的时域特性 1.调频信号：调频信号：非线性调制非线性调制：频率调制：频率调制 相位调制相位调制 非线性调制中，瞬时频率和瞬时相位之间的关系非线性调制中，瞬时频率和瞬时相位之间的关系 设载波设载波 ，调制后，调制后 瞬时频率瞬时频率 瞬时相位瞬时相位 )(cos)cos()(mcmctUtUtu dttdt)()(dttt
5、)()(瞬时相位是瞬时频率的积分瞬时相位是瞬时频率的积分瞬时频率是瞬时相位的导数瞬时频率是瞬时相位的导数调频波及其数学表达式调频波及其数学表达式 定义定义 载波信号的瞬时频率随调制信号线性变化。载波信号的瞬时频率随调制信号线性变化。Kf调频系数，是一个由调频电路决定的常数。调频系数，是一个由调频电路决定的常数。瞬时相位瞬时相位 调频信号的数学表达式调频信号的数学表达式)()(:FMfctuKt dttuKtdttt)()()(fc )(cos)(fcmFMdttuKtUtu)(ct 相关参数相关参数 角频率的最大偏移（角频率的最大偏移（最大频偏最大频偏）调频指数调频指数（最大相移最大相移）ma
6、xfmax|)(|)(|tuKt maxfmaxf|)(|)(|dttuKtm 2.2.调相信号调相信号 1.1.定义定义 载波信号的瞬时相位随调制信号线性变化。载波信号的瞬时相位随调制信号线性变化。Kp调相系数，取决于调相电路。调相系数，取决于调相电路。瞬时频率瞬时频率 调相信号的数学表达式调相信号的数学表达式 2.2.参数参数 角频率的最大偏移（角频率的最大偏移（最大频偏最大频偏）调相指数调相指数（最大相移最大相移）)()(:PMpctuKtt dttduKdttdt)()()(pc )(cos)(pcmPMtuKtUtu maxpmax|)(|)(|dttduKt maxpmaxp|)(
7、|)(|tuKtm )(ctt 11讨论：调频信号与调相信号的比较讨论：调频信号与调相信号的比较如果设载波：如果设载波：()cos()oooutUt调制信号：调制信号：tUtu cos)(FMFM波波 PMPM波波(1)(1)瞬时频率：瞬时频率：)()(tuktFo dttduktpo)()(2)(2)瞬时相位：瞬时相位：otFodttuktt 0)()(opotuktt )()(3)(3)最大频偏：最大频偏：UktukFFmmax|)(|Ukdttdukppmmax|)(|(4)(4)最大相位：最大相位：UkdttukmFtFmfmax0|)(|Uktukmppmpmax|)(|(5)(5)
8、表达式表达式:sincossincos)(cos)(cos)(0ofoofootfoFMtmtUtUktUdttuktUtUtu coscoscoscos)(cos)(cos)(opoopoopoPMtmtUtUktUtuktUtUtu Ukfm Ukmff Ukpm Ukmpp12 调频与调相的关系调频与调相的关系总结总结 载波信号：载波信号：1.调制指数调制指数mfffUkm调频时调频时调相时调相时mppUkm 2.最大频率偏移最大频率偏移频偏频偏mffUkmpppUkm与调制信号振幅与调制信号振幅成正比，频率成成正比，频率成反比。反比。与调制信号频率无关。与调制信号频率无关。与调制信号的
9、幅度成与调制信号的幅度成正比，与其频率无关正比，与其频率无关FMPM13 FM与与PM的共同点的共同点频偏（即最大频率偏移）频偏（即最大频率偏移）与调制指数与调制指数m 之间都满足：之间都满足：=m 表表6 61 1 调频信号和调相信号比较（调频信号和调相信号比较（单音调制单音调制）调频信号调频信号调相信号调相信号瞬时频率瞬时频率瞬时相位瞬时相位最大频偏最大频偏最大相移最大相移数学表达式数学表达式)()(fctuKt dttduKt)()(pc )()(pctuKtt dttuKtt)()(fc mf UK mppUKm fmsincosfcmtmtU coscospcmtmtU 单音调制时的
10、调频和调相信号波形单音调制时的调频和调相信号波形)(tu)(t)(t)(t)(ctutttttttc c)(PMtu)(FMtu6.2.26.2.2调角信号的频谱调角信号的频谱sincos)(fcmFMtmtUtu )sinsin(sin)sincos(cosfcfcmtmttmtU tmtmtmsin)sinsin(1)sincos(ffftmtUtUtu sinsincos)(fcmcmFM )cos()cos(21cosccmfcmttUmtU 讨论单音调制的情况讨论单音调制的情况 1.1.窄带调频（窄带调频（NBFM）：）：mf1其中，其中，这里，这里，Jn(mf)是以是以mf为参数的
11、为参数的n阶第一类贝塞尔函数阶第一类贝塞尔函数，其其值有曲线和函数表可查。值有曲线和函数表可查。)sinsin(sin)sincos(cos)(fcfcmFMtmttmtUtu tmtmmtm4cos)(J22cos)(J2)(J)sincos(f4f2f0f tmtmtm3sin)(J2sin)(J2)sinsin(f3f1f 由图可见：由图可见：阶数阶数n或数值或数值mf越大，越大，Jn(mf)的变化范围越小；的变化范围越小；Jn(mf)随随mf的增大作正负交替变化；的增大作正负交替变化；mf在某些数值上，在某些数值上，Jn(mf)为为0，例如，例如 mf=2.40，5.52，8.65，1
12、1.79时，时，J0(mf)为为0。图图6-6 6-6 贝塞尔函数曲线贝塞尔函数曲线 tmtm3sin)(J2sin)(J2f3f1)sinsin(sin)sincos(cos)(fcfcmFMtmttmtUtu tmtmm4cos)(J22cos)(J2)(Jf4f2f0 贝塞尔函数具有下列性质：贝塞尔函数具有下列性质：因此，调频波的数学表达式可表示为因此，调频波的数学表达式可表示为 )2cos()2)cos(J)cos()cos(Jcos)(Jccf2mccf1mcf0mttmUttmUtmU 为奇数为奇数为偶数为偶数nmnmm，)(J-)(J)(Jfn-fn-fn1)(Jf2n nm n
13、tnmUtu)cos()(J)(cfnmFM 可以看出单频调角信号频谱具有以下几个特点可以看出单频调角信号频谱具有以下几个特点:1.1.由载频和无穷多组上、下边频组成由载频和无穷多组上、下边频组成,这些频率分量满足这些频率分量满足 振幅为：振幅为：（n=0,1,2,)n=0,1,2,)。是调角信号振幅是调角信号振幅当当n n为偶数时为偶数时,两边频分量振幅相同两边频分量振幅相同,相位相同相位相同;当当n n为奇数时为奇数时,两两边频分量振幅相同边频分量振幅相同,相位相反。相位相反。2.M2.M确定后确定后,各边频分量振幅值不是随各边频分量振幅值不是随n n单调变化单调变化,且有时候为零且有时候
14、为零.因因为各阶贝塞尔函数随为各阶贝塞尔函数随M M增大变化的规律均是衰减振荡增大变化的规律均是衰减振荡,而各边频而各边频分量振幅值与对应阶贝塞尔函数成正比。分量振幅值与对应阶贝塞尔函数成正比。3.3.随着随着M M值的增大值的增大,具有较大振幅的边频分量数目增加具有较大振幅的边频分量数目增加,载频分量载频分量振幅呈衰减振荡趋势振幅呈衰减振荡趋势,在个别地方在个别地方(如如M=2.405M=2.405、5.5205.520时时),),载频分量为零。载频分量为零。4.4.若调角信号振幅不变若调角信号振幅不变,不任不任M M值怎样变化值怎样变化,总功率不变总功率不变,且等于载且等于载波功率波功率P
15、 PC.C.但载频与各边频分量的功率将重新分配但载频与各边频分量的功率将重新分配.对于任何对于任何M M值值,均有均有:()nfcmJm UcmU2222220123422()2()2()2()2()2()2cmMLcmnnLUPJMJMJMJMJMRUJMRcn 6.2.36.2.3调角信号的带宽调角信号的带宽根据调角信号的频谱特点可以看到根据调角信号的频谱特点可以看到,虽然理论上它的频带无限宽，虽然理论上它的频带无限宽，但具有较大振幅的频率分量还是集中在载频附近但具有较大振幅的频率分量还是集中在载频附近,且上下边频在振且上下边频在振幅上是对称的。幅上是对称的。单音调制调频波的频谱具有以下特
16、点：单音调制调频波的频谱具有以下特点：1.1.窄带调频（窄带调频（NBFM）：）：mf1时，时，B=2(mf+1)F2f，由于，由于f与与F无关，所无关，所以以B近似与近似与F无关无关。因此，。因此，FM被称为被称为恒定带宽调制恒定带宽调制。对于对于PM波波 当当mp1时，时，B2f，此时，此时f=KpUm，与，与成正成正比，即比，即PM信号的带宽随调制信号频率而近似线性变化信号的带宽随调制信号频率而近似线性变化。因此，因此，在模拟调制时，在模拟调制时，除利用调相来获得除利用调相来获得FM信号外，信号外，很少采用很少采用PM调制。调制。调角波的功率调角波的功率 单音调制时，单音调制时，因此，因
17、此，调角波的平均功率调角波的平均功率利用贝塞尔函数的性质，则调角波的平均功率为利用贝塞尔函数的性质，则调角波的平均功率为 因此，因此，调制的过程是一个信号功率重新分配的过程调制的过程是一个信号功率重新分配的过程。ntnmUtu)cos()(J)(cnm)(J2)(J2)(J22n2221 mmm)(J2120L2mavmRUP L2mav21RUP 6.2.4 调角信号的调制原理调角信号的调制原理1 1、调频原理、调频原理实现频率调制的方式一般有两种：一是直接调频实现频率调制的方式一般有两种：一是直接调频,二是间接二是间接调频。调频。（1 1）直接调频）直接调频 调制信号直接控制决定振荡器振荡
18、频率的某个参数，使调制信号直接控制决定振荡器振荡频率的某个参数，使振荡器瞬时频率随调制信号大小线性变化。振荡器瞬时频率随调制信号大小线性变化。直接调频的电路基础是一个振荡器电路。直接调频的电路基础是一个振荡器电路。其优点是其优点是能够能够获得较大的频偏获得较大的频偏，缺点是，缺点是频率稳定度较低频率稳定度较低。（2 2）间接调频）间接调频 间接调频就是利用调相来实现调频，其框图为间接调频就是利用调相来实现调频，其框图为先对调制信号先对调制信号 进行积分进行积分,得到得到 ,然后然后将将u u1 1(t)(t)作为调制信号对载频信号进行调相作为调制信号对载频信号进行调相。间接调频的振荡器和调制器
19、是分开的，因此间接调频的振荡器和调制器是分开的，因此可以获得较高的频率可以获得较高的频率稳定度稳定度。但受线性调制的限制，。但受线性调制的限制，相移、最大频偏都较小，相移、最大频偏都较小，通常通常不能满足要求，不能满足要求，因此需加倍频器，以扩展频偏。因此需加倍频器，以扩展频偏。积分器积分器 相位调制器相位调制器 倍频器倍频器 载波载波()ut10()()tu tud10()cos()cos()tcmcpcmcpu tUtk u tUtkud2.2.调相原理调相原理实现相位调制的基本原理是使角频率为实现相位调制的基本原理是使角频率为 的高频载波的高频载波 通过一通过一个可控相移网络个可控相移网
20、络,此网络产生的相移此网络产生的相移 受调制电压受调制电压 控制控制,满满足足 的关系的关系。c()cu t()pk utcos()cos()pPMcmcpcmcckuUtk utUtutcos()()pcmcckUtut 6.2.5 6.2.5 调角信号的解调原理调角信号的解调原理1.鉴相原理 采用乘积鉴相是最常用的方法。若调相信号为：同步信号与载波信号相差/2,为：则：cos()PMcmcuUtt()()ptk utcos()sin2rmcrmcuUtUt cos()sinsin()sin2()2oPMrcmrmcccmrmcukuukU UtttkU Uttt 01sin()()22()
21、()()26cmrmcmrmcmrmpkU UkU UuttkU U kututt0u用低通滤波器用低通滤波器取出取出 中的中的低频分量：低频分量：正交乘积鉴相原理图正交乘积鉴相原理图2.2.鉴频原理鉴频原理由于随调制信号 成线性变化的瞬时角频率与相位是微分关系而相位与电压又是三角函数关系,因此要从调频信号中直接提取与 成正比的电压信号很困难。通常采用两种间接方法：()ut()ut先将调频信号通过频幅转换网络变成调频先将调频信号通过频幅转换网络变成调频调幅信号调幅信号然后利用包络检波的方式取出调制信号。然后利用包络检波的方式取出调制信号。先将调频信号通过频相转换网络变成调频先将调频信号通过频相
22、转换网络变成调频调相信号调相信号然后利用鉴相方式取出调制信号。然后利用鉴相方式取出调制信号。调频调频-调幅信号调幅信号 调频调频-调相信号调相信号6.3 6.3 调频电路调频电路6.3.1 6.3.1 调频电路的性能指标调频电路的性能指标 1.1.调频线性特性调频线性特性 调制特性是描述瞬时频率偏移调制特性是描述瞬时频率偏移f(t)随调制电压随调制电压u(t)变变化的特性，要求它在特定调制电压范围内是线性的。化的特性，要求它在特定调制电压范围内是线性的。2.2.调频灵敏度调频灵敏度 单位调制信号电压变化所产生的单位调制信号电压变化所产生的频率偏移，用频率偏移，用S表示。表示。在线性调频范围内，
23、在线性调频范围内，S相当于相当于Kf。)(tu)(tf 0()0()|()utdd f tSdudut)(cff uf3.3.最大线性调制频偏（简称最大线性频偏）最大线性调制频偏（简称最大线性频偏）实际电路的调频特性从整体上看是非线性的实际电路的调频特性从整体上看是非线性的,其中线性部分能够实其中线性部分能够实现的最大频偏称为最大线性频偏。由公式：现的最大频偏称为最大线性频偏。由公式：及及 得：得：最大频偏与调频指最大频偏与调频指数和带宽都有密切关系：数和带宽都有密切关系：当当Um一定，在调制信号频率范围内，一定，在调制信号频率范围内，fm应保持不变。应保持不变。例：调频广播系统的要求是例：调
24、频广播系统的要求是75kHz，调频电视伴音系统的要求是，调频电视伴音系统的要求是50 kHz。4.4.载波频率稳定性载波频率稳定性 调频广播系统要求载频漂移不超过调频广播系统要求载频漂移不超过2kHz，调频电视伴，调频电视伴音系统要求载频漂移不超过音系统要求载频漂移不超过500Hz。max/fmMfF maxmax2(1)2()fmBWMFfF=/cff频率稳定度时间间隔6.3.2 直接调频电路直接调频电路1.1.变容二极管调频电路变容二极管调频电路 （1 1）.变容二极管（回顾第四章变容二极管（回顾第四章4.54.5节节 压控振荡器）压控振荡器）利用利用PN结的势垒电容随反偏压大小而变化的特
25、性而制结的势垒电容随反偏压大小而变化的特性而制成的一种半导体二极管，它是一种电压控制可变电抗元件。成的一种半导体二极管，它是一种电压控制可变电抗元件。（2 2）.结电容与反向电压结电容与反向电压u的关系的关系 其中，其中，u0时的结电容，时的结电容，PN结的势垒电位差，结的势垒电位差，变容指数，取决于变容指数，取决于 PN结的工艺结构。结的工艺结构。0(1/)jjnoCCu UoU0jCn 由于变容二极管接在振荡器回路中，其由于变容二极管接在振荡器回路中，其结电容成为回路结电容成为回路电容的一部分电容的一部分。当调制电压当调制电压u加在变容二极管上加在变容二极管上 使加在变容二极管上的反向电压
26、受使加在变容二极管上的反向电压受u控制；控制；从而使得从而使得变容二极管的结电容变容二极管的结电容Cd受受u控制控制；则则回路总电容回路总电容C也要受也要受u控制控制；最后使得振荡器的振荡频率受最后使得振荡器的振荡频率受u控制，即控制，即瞬时频率随瞬时频率随u的变化而变化的变化而变化。11()(1cos)jjQntLCLCmt 变容二极管作为振荡回路总电容变容二极管作为振荡回路总电容 存在问题：存在问题：叠加在变容二极管两端的高频电压不仅影响振荡频率随叠加在变容二极管两端的高频电压不仅影响振荡频率随调制电压的变化规律，而且还影响振荡幅度和频率稳定度等调制电压的变化规律，而且还影响振荡幅度和频率
27、稳定度等性能。性能。变容管部分接入振荡回路（小频偏）变容管部分接入振荡回路（小频偏）实际应用中，常采用如右图所示的电路：实际应用中，常采用如右图所示的电路：其中：其中：C2的作用：的作用：使变容二极管部分接入振荡回路，使变容二极管部分接入振荡回路，提高中心频率的稳定性；提高中心频率的稳定性；由于由于C2的分压，加到变容二极管上的高频振荡电压也的分压，加到变容二极管上的高频振荡电压也相应减小。相应减小。问题问题：电容电容C1可不可以不加，为什么要加可不可以不加，为什么要加C1？因为高频电路中存在分布电容，加大因为高频电路中存在分布电容，加大C1提高稳定性，但提高稳定性，但频偏减小。频偏减小。分析
28、思路分析思路：变容二极管上需加固定偏压及变容二极管上需加固定偏压及u；变容二极管是高频振荡电路的一部分。变容二极管是高频振荡电路的一部分。C2 对音频和直流容抗大，可看作开路。对音频和直流容抗大，可看作开路。ZL 对音频和直流容抗忽略不计，可看作短路。对音频和直流容抗忽略不计，可看作短路。变容二极管调频原理电路变容二极管调频原理电路音频时等效电路音频时等效电路高频时等效电路高频时等效电路2.2.晶振变容二极管调频电路晶振变容二极管调频电路 用调制信号控制变容二极管的结电容，以引起晶体等效电用调制信号控制变容二极管的结电容，以引起晶体等效电抗的变化，从而使振荡频率受调制信号控制。抗的变化，从而使
29、振荡频率受调制信号控制。晶振的频率控制范围很窄晶振的频率控制范围很窄,仅在串联谐振频率仅在串联谐振频率 与并联谐振频与并联谐振频率率 之间之间,所以晶振调频电路的最大相对频偏所以晶振调频电路的最大相对频偏 只能只能达到达到0.01%0.01%左右左右,最大线性频偏最大线性频偏 也就很小。也就很小。sfpf/mcffmf 晶体振荡器调频，可以获得较高的中心频率稳定度，但晶体振荡器调频，可以获得较高的中心频率稳定度，但相对频偏很小（相对频偏很小（104量级）。量级）。因此，利用晶体振荡器直接调频产生因此，利用晶体振荡器直接调频产生FM信号时必须扩信号时必须扩展频偏，方法有两种：展频偏，方法有两种：
30、利用倍频和混频器分别扩展绝对频偏和相对频偏；利用倍频和混频器分别扩展绝对频偏和相对频偏；在晶体支路中串联一个小电感，使晶体的在晶体支路中串联一个小电感，使晶体的串联谐振频串联谐振频率从率从fs降低到降低到fs1，扩展，扩展fs到到fp之间的范围。之间的范围。3.3.扩展直接调频电路最大线性频偏的方法扩展直接调频电路最大线性频偏的方法 如要求进一步扩展最大线性频偏,可以采用倍频和混频的方法。设调频电路产生的单频调频信号的瞬时角频率为：经过n倍频电路之后,瞬时角频率变成：n倍频电路可将调频信号的载频和最大频偏同时扩大为原来的n倍,但最大相对频偏仍保持不变。将瞬时角频率为 的调频信号与固定角频率为
31、的高频正弦信号进行混频,则差频为:混频能使调频信号最大频偏保持不变,最大相对频偏发生变化。1coscoscmcmkfUtt 2coscmnnt 23(1)cn432coscmnt 如果将直接调频电路的中心频率提高为原来的如果将直接调频电路的中心频率提高为原来的n n倍倍,保持最大相保持最大相对频偏不变对频偏不变,则能够直接得到瞬时角频率为则能够直接得到瞬时角频率为 的调频信号的调频信号,这这样可以省去倍频电路。样可以省去倍频电路。26.3.3 间接调频电路间接调频电路1.1.变容二极管相移网络变容二极管相移网络 根据并联根据并联LCLC回路阻抗的幅频特性和相频特性回路阻抗的幅频特性和相频特性,
32、将输入视为电流将输入视为电流信号信号,输出视为电压信号输出视为电压信号,我们来讨论以下三种不同的情况。我们来讨论以下三种不同的情况。（1）若LC回路中心角频率恒定为,输入载波的角频率 =,则称回路处于谐振状态,输出载波信号的频率不变,相移为零。（2）若LC回路中心角频率仍恒定为 ,输入是载频 =的等幅单频调频电流信号,瞬时角频偏为,则回路处于失谐状态,如下图(a)所示。c00c0由于由于 附近的幅频特性曲线较平坦附近的幅频特性曲线较平坦,故阻抗的幅值变化不大故阻抗的幅值变化不大.若若令输入电流振幅恒定为令输入电流振幅恒定为I,I,输出电压最大变化量为输出电压最大变化量为0mmUZ I 附近的相
33、频特性曲附近的相频特性曲线较陡峭线较陡峭附近的相频特附近的相频特性曲线较陡峭性曲线较陡峭,故产生故产生的相移变化的相移变化 很大，很大，最大变化量为最大变化量为输出电压的相位与输入输出电压的相位与输入电流的相位有一个最大电流的相位有一个最大相移为相移为 的相位差的相位差0mm(3)(3)与情况与情况(2)(2)相反相反,若输入是角频率恒定为若输入是角频率恒定为 的载波信号的载波信号,LC,LC回回路的中心角频率路的中心角频率 发生变化发生变化,满足满足 ,且且 =，如图，如图(b)(b)所示所示,c()t0()cosmttc0显然显然,回路也处于失谐状态回路也处于失谐状态,不过是由于回路阻抗特
34、性曲线的左右不过是由于回路阻抗特性曲线的左右平移而产生的平移而产生的.这时输出电压的振幅变化与相位变化与情况这时输出电压的振幅变化与相位变化与情况(2)(2)完完全相似，从上图全相似，从上图 (b)(b)可以很清楚地看到。可以很清楚地看到。变容二极管相移网络属于第（3）种情况。现在来分析这种情况下输出信号的相移表达式 。输入载波角频率 =，所以瞬时角频率差为：()tc00()()cos2cnttmt01()()arctanarctan2eCtLtQg 00()()()arctan22eetttQQ 对对LCLC并联谐振回路的分析得知并联谐振回路的分析得知,当失谐不大时当失谐不大时,回路输出电压
35、与回路输出电压与输入电流的相位差可近似表示为输入电流的相位差可近似表示为当当|(t)|/6(t)|/6时时,有近似式有近似式变容二极管相移网络能够实现线性调相,但受回路相频特性非线性的限制,必须满足 /6,调制范围很窄,属窄带调相.为了增大调相指数,可以采用多个相移网络级联方式,各级之间用小电容耦合，上图是三级单回路变容二极管相移网络,可产生的最大相偏为/2。其中22 k可调电阻用于调节各回路的 值,使三个回路产生相同的相移。()coscoseptnmQtMt PM2.2.扩展简接调频电路最大线性频偏的方法扩展简接调频电路最大线性频偏的方法 为了扩展间接调频电路的最大线性频偏,同样可以采用倍频
36、和混频的方法。下面是采用倍频和混频相结合扩展频偏方法的电路原理框图。6.46.4鉴频电路鉴频电路6.4.1鉴频电路的主要性能指标1.1.鉴频线性特性：鉴频线性特性：鉴频电路输出低频解调电压与输入调频信号瞬时频偏的关系称为鉴频特性,理想的鉴频特性应是线性的。实际电路的非线性失真应该尽量减小。2.2.鉴频线性范围鉴频线性范围:输入调频信号的瞬时频率是在载频(c)附近变化,故鉴频特性曲线位于载频附近,其中线性部分大小称为鉴频线性范围。3.3.鉴频灵敏度鉴频灵敏度:单位频偏所产生输出电压 的大小4.4.鉴频频带宽度鉴频频带宽度B B2f6.4.26.4.2 LCLC回路的频幅和频相转换特性回路的频幅和
37、频相转换特性p 实现鉴频的方法：实现鉴频的方法：1.1.将调频波通过将调频波通过频率频率-幅度变换网络幅度变换网络变成幅度随瞬时频变成幅度随瞬时频率变化的率变化的调幅调频波调幅调频波，再经，再经包络检波器包络检波器检出调制信号。检出调制信号。2.2.将调频波通过将调频波通过频率频率-相位变换网络相位变换网络变成变成调频调相波调频调相波，然后通过然后通过相位检波器相位检波器检出调制信号。检出调制信号。1.LC1.LC并联回路的频相转换特性并联回路的频相转换特性调频信号通过参数恒定的LC回路后,其振幅和相位都发生了变化。考虑到正交乘积鉴相的需要,为了获得90的固定相移,可以在LC并联回路输入端串联
38、一个小电容,整个频相转换网络可看作是一个分压网络。网络电压网络电压传输函数传输函数 若 =0，即输入信号角频率为 ，则 此时网络相当于一个90相移器。网络的相移函数为：若 时，输出信号的相位为：10001/11()12/()eej CgHQj QgLL CC：()t0110/()/12/ej CgHj Cgj Q()2t102()()arctan()22eQttt102()()arctaneQtt1()6t2()()()()sin2efoicfcQ k utttttMt由上，输出信号产生了由上，输出信号产生了9090固定相移，而且产生了一个与调制信固定相移，而且产生了一个与调制信号号 成正比的
39、瞬时相移成正比的瞬时相移,所以称此网络为所以称此网络为9090频相转换网络。频相转换网络。输出是一个调频输出是一个调频调相调相信号。信号。2.LC2.LC并联回路的频幅转换特性并联回路的频幅转换特性 a.a.斜率鉴频器的理论模型斜率鉴频器的理论模型 b.b.单失谐回路斜率鉴频器单失谐回路斜率鉴频器 （1 1）电路形式与工作原理）电路形式与工作原理 调频调幅变换器实际上是调频调幅变换器实际上是 一个以一个以LCLC回路为负载的调回路为负载的调 谐放大器，但谐放大器，但回路失谐回路失谐；波形变换原理：波形变换原理：利用谐振回路对不同频率呈现不同阻抗的传输特性。利用谐振回路对不同频率呈现不同阻抗的传
40、输特性。()ut 鉴频特性分析鉴频特性分析 鉴频灵敏度的大鉴频灵敏度的大小与变换器幅频特性小与变换器幅频特性f0处的斜率成正比处的斜率成正比斜斜率鉴频器；率鉴频器；变换器幅频特性变换器幅频特性线性范围较窄，若要增线性范围较窄，若要增大，就要降低大，就要降低LC回路的回路的Q值，但又使值，但又使鉴频灵敏度降低；鉴频灵敏度降低；对输入信号寄生调幅没有抑制对输入信号寄生调幅没有抑制作用。作用。3.LC3.LC频幅、频相转换特性分析中应注意的几个问题频幅、频相转换特性分析中应注意的几个问题 LC频幅、频相转换网络是线性网络,对调频信号的频谱结构不会产生变化,但由于其中每个频率分量的振幅受到不同程度的衰
41、减,相位产生不同大小的偏移,所以输出调频信号的振幅不再是恒定的,相位也发生了变化。换言之,调频信号的频谱既没有产生线性搬移,更没有发生非线性变换,而仅仅是其中各个频率分量的振幅和相位发生了不同的变化而已。在实际调频通信接收系统中,鉴频电路输入调频信号的最大相对频偏并不很大。例如广播电视伴音系统为：50 kHz/6.5MHz0.77%,调频广播系统为：75 kHz/10.7 MHz0.70%。其中6.5 MHz、10.7 MHz分别是相应系统的中频。6.4.3 6.4.3 斜率鉴频电路斜率鉴频电路 利用频幅转换网络将调频信号转换成调频调幅信号,然后再经过检波电路取出原调制信号,这种方法称为斜率鉴
42、频,1.差分峰值鉴频电路前图是差分峰值鉴频电路原理图。这种电路便于集前图是差分峰值鉴频电路原理图。这种电路便于集成成,仅仅LCLC回路元件需外接回路元件需外接,为了扩大线性转换范围,提高鉴频灵敏度,在图中L1C1并联回路上又添加了一个电容C2,一起组成了频幅转换网络。检波部分由差分峰值包络检波器组成。考虑到V1、V2基极输入电阻非常大,故输入调频信号us在负载上产生的电压u1的振幅U1m主要由电抗曲线X1+X2决定。当=2时,L1C1C2处于串联谐振,等效阻抗最小,故U1m最小；当=1时,L1C1C2处于并联谐振,等效阻抗最大,故U1m最大。从V2基极朝左看时，由于源电阻Rs很小，近似短路，故
43、C2上电压u2的振幅U2m主要由电抗曲线X1X2决定。当=2时,L1C1C2处于并联谐振,故U2m最大；当=1时,L1C1C2等效容抗很小,故U2m很小。U U1m1m、U U2m2m随随变化的曲线如下图（变化的曲线如下图（a)a)所示。所示。调频信号调频信号u us s经经L L1 1C C1 1C C2 2网络转换成两个不同的调频网络转换成两个不同的调频调幅信调幅信号号u u1 1和和u u2 2。p uo与调频信号瞬时频偏(t)之间满足关系式：p 是差分峰值鉴频电路鉴频灵敏度。p 在=（1+2）/2附近，此鉴频特性线性较好,且鉴频灵敏度比单个LC并联回路有所提高。()()odu tStd
44、S 2.2.参差调谐鉴频器（双失谐回路斜率鉴频器）参差调谐鉴频器（双失谐回路斜率鉴频器）（1 1）电路）电路 初级初级LC回路调谐在输入调频信号的中心频率回路调谐在输入调频信号的中心频率fc上，次级上下两个上，次级上下两个回路分别调谐在回路分别调谐在f1和和f2上。设上。设f1fc，f2 fc时，时，Uo1Uo2，Uo为正值；为正值；f fc时，时，Uo1Uo2，Uo为负值。为负值。（3 3）优缺点）优缺点 优点优点 鉴频灵敏度较高，其输出电压比单失谐回路斜率鉴频器鉴频灵敏度较高，其输出电压比单失谐回路斜率鉴频器的输出大一倍。的输出大一倍。缺点缺点 要求上下两个回路严格对称，三个回路要分别调谐
45、到三要求上下两个回路严格对称，三个回路要分别调谐到三个不同的准确频率上，给实际调整增加了困难。个不同的准确频率上，给实际调整增加了困难。6.4.46.4.4相位鉴频器相位鉴频器 相位鉴频器由两部分组成：相位鉴频器由两部分组成：将调频信号的瞬时频率变将调频信号的瞬时频率变化变换到附加相移上的化变换到附加相移上的频相转换网络频相转换网络；检出附加相移变化检出附加相移变化的的相位检波器相位检波器。相位检波器相位检波器又称又称鉴相器鉴相器，有，有乘积型乘积型和和叠加型叠加型两种实现电两种实现电路。路。频相频相变换变换包络包络检波器检波器输输出出信号信号PM-FM信号信号FM叠叠加加型型鉴鉴相相器器频相
46、频相变换变换低通低通滤波器滤波器输输出出信号信号PM-FM信号信号FM乘乘积积型型鉴鉴相相器器双差分正交移相式鉴频电路如下图所示的双差分正交移相式鉴频电路如下图所示的9090频相转换网络和双频相转换网络和双差分乘积鉴相器组成差分乘积鉴相器组成,1.1.电路电路 调频信号经V1射随后,一路是大信号u1从V7单端输入,另一路是小信号u4经C1、L、C和R组成的90频相转换网络后得到调频调相信号u5,再经V2射随后得到u2,从V3、V6的基极双端输入,V4,V5的基极是固定偏置。在在u u1 1、u u2 2满足线性输入条件下满足线性输入条件下,乘法器输出为：乘法器输出为：pk为乘法器增益。其中低频
47、分量为：当|1|/6时：从以上可以看出,产生一个与调频信号有90固定相移的调频调相信号的目的是使乘法器输出的低频分量与正弦函数成线性关系,以便从中取出与瞬时角频偏 成正比的电压分量。12312110sin()sin 22()2tckUUuku utkud 121sin2okU Uu12121212feeocckk UU QkUUkUU Quu()t6.4.5 6.4.5 限幅电路限幅电路 已调波信号在发送、传输和接收过程中,不可避免地要受到各种干扰。有些干扰会使已调波信号的振幅发生变化,产生寄生调幅。调幅信号上叠加的寄生调幅很难消除。由于调频信号原本是等幅信号,故可以先用限幅电路把叠加的寄生调
48、幅消除,使其重新成为等幅信号，然后再进行鉴频。1.1.限幅目的限幅目的 调频信号若采用斜率鉴频,需要把调频信号转换成调频调幅信号,显然,寄生调幅会叠加在调频调幅信号的振幅上,因此在振幅检波时会产生失真。若采用相位鉴频,仅在调频信号振幅U1、U2恒定的情况下,鉴频后的信号uo才与原调制信号u成线性关系,所以寄生调幅对U1，U2的影响也会使uo产生失真。2.2.电路电路 (a)(b)在图(a)中,V1和V2一正一反地并接在谐振电路二端.如果信号足够大谐振电路电压高,则二个二极管在正负半周交替导通，起限幅作用.在图(b)是一个带有偏压的二极管限幅电路,当谐振电路的交流电压幅值超过二极管的反向偏压时,
49、二个二极管交替导通.在集电极电压正半周,V2导通,负半周V1导通.当二极管导通时,起限幅作用.这种电路的限幅电压较高,约为Ed/2。6.4.6 6.4.6 加重电路与静噪电路加重电路与静噪电路p1.1.预加重、去加重电路预加重、去加重电路p分析表明，在鉴频电路输出端，噪声功率谱密度与频率平方成正比，即大部分噪声功率分布在高频段，而话音、音乐等信号能量大部分却处于低频段，两者正好相反。为了改善信噪比，可以在鉴频电路输出端采用具有低通性质的网络滤除高频段噪声。但是这样一来，信号的高频部分也同时受到衰减，产生了失真。p预加重：发射时预先“加重”调制信号的高频分量(a)。p去加重：接收时去除解调信号中
50、“加重”了的高频分量(b)。2.2.静噪电路静噪电路p当调频接收机没有信号输入或信噪比很小时，由于鉴频器对输入信噪比有门限要求（即门限效应），故此时鉴频器输出的噪声很大，所以应将后面的音频功放关闭。当有信号输入，且信噪比较大时，鉴频器输出噪声明显下降，此时再将音频功放开启。实现以上功能的电路就是静噪电路。通常采用在鉴频器之前或之后用低通滤波器提取信号或噪声的平均电平，并根据其电平大小来控制音频功放的关闭和开启。6.5 6.5 角度调制和解调电路的实用电路举例角度调制和解调电路的实用电路举例p1.无线调频话筒电路 电路分为振荡,倍频,功率放大三级.电路中V1、C2C6、R2、R3及L1组成电容三
