1、 10.3 調(diào)頻方法的概述調(diào)頻方法的概述因為頻率調(diào)制不是頻譜線性搬移過程，它的電路就不能采因為頻率調(diào)制不是頻譜線性搬移過程，它的電路就不能采用乘法器和線性濾波器來構(gòu)成，而必須根據(jù)調(diào)頻波的特用乘法器和線性濾波器來構(gòu)成，而必須根據(jù)調(diào)頻波的特點，提出具體實現(xiàn)的方法。對于調(diào)頻電路的性能指標(biāo)，點，提出具體實現(xiàn)的方法。對于調(diào)頻電路的性能指標(biāo)，一般有以下幾方面的要求：一般有以下幾方面的要求： 1線性的調(diào)制特性。即已調(diào)波的瞬時頻率變化與調(diào)制線性的調(diào)制特性。即已調(diào)波的瞬時頻率變化與調(diào)制信號成線性關(guān)系。信號成線性關(guān)系。 2具有較高的調(diào)制靈敏度。即單位調(diào)制電壓所產(chǎn)生的具有較高的調(diào)制靈敏度。即單位調(diào)制電壓所產(chǎn)生的振蕩

2、頻率偏移要大。振蕩頻率偏移要大。 3. 最大頻率偏移與調(diào)制信號頻率無關(guān)。最大頻率偏移與調(diào)制信號頻率無關(guān)。 4. 未調(diào)制的載波頻率（即已調(diào)波的中心頻率）應(yīng)具有未調(diào)制的載波頻率（即已調(diào)波的中心頻率）應(yīng)具有一定的頻率穩(wěn)定度。一定的頻率穩(wěn)定度。 5. 無寄生調(diào)幅或寄生調(diào)幅盡可能小。無寄生調(diào)幅或寄生調(diào)幅盡可能小。實現(xiàn)調(diào)頻的方法分為實現(xiàn)調(diào)頻的方法分為直接調(diào)頻直接調(diào)頻和和間接調(diào)頻間接調(diào)頻兩大類。兩大類。10.3.1 直接調(diào)頻原理直接調(diào)頻原理直接調(diào)頻的基本原理是利用調(diào)制信號直接控制振直接調(diào)頻的基本原理是利用調(diào)制信號直接控制振蕩器的振蕩頻率，使其反映調(diào)制信號變化規(guī)律。蕩器的振蕩頻率，使其反映調(diào)制信號變化規(guī)律。要

3、用調(diào)制信號去控制載波振蕩器的振蕩頻率，就要用調(diào)制信號去控制載波振蕩器的振蕩頻率，就是用調(diào)制信號去控制決定載波振蕩器振蕩頻率的是用調(diào)制信號去控制決定載波振蕩器振蕩頻率的元件或電路的參數(shù)，從而使載波振蕩器的瞬時頻元件或電路的參數(shù)，從而使載波振蕩器的瞬時頻率按調(diào)制信號變化規(guī)律線性地改變，就能夠?qū)崿F(xiàn)率按調(diào)制信號變化規(guī)律線性地改變，就能夠?qū)崿F(xiàn)直接調(diào)頻。直接調(diào)頻。1改變振蕩回路的元件參數(shù)實現(xiàn)調(diào)頻改變振蕩回路的元件參數(shù)實現(xiàn)調(diào)頻在在LC振蕩器中，決定振蕩頻率的主要元件是振蕩器中，決定振蕩頻率的主要元件是LC振振蕩回路的電感蕩回路的電感L和電容和電容C。在。在RC振蕩器中，決定振蕩器中，決定振蕩頻率的主要元件是

4、電阻和電容。因而，根據(jù)振蕩頻率的主要元件是電阻和電容。因而，根據(jù)調(diào)頻的特點，用調(diào)制信號去控制電感、電容或電調(diào)頻的特點，用調(diào)制信號去控制電感、電容或電阻的數(shù)值就能實現(xiàn)調(diào)頻。阻的數(shù)值就能實現(xiàn)調(diào)頻。調(diào)頻電路中常用的可控電容元件有變?nèi)荻O管和調(diào)頻電路中常用的可控電容元件有變?nèi)荻O管和電抗管電路。常用的可控電感元件是具有鐵氧體電抗管電路。常用的可控電感元件是具有鐵氧體磁芯的電感線圈或電抗管電路，而可控電阻元件磁芯的電感線圈或電抗管電路，而可控電阻元件有二極管和場效應(yīng)管。有二極管和場效應(yīng)管。2控制振蕩器的工作狀態(tài)實現(xiàn)調(diào)頻控制振蕩器的工作狀態(tài)實現(xiàn)調(diào)頻在微波發(fā)射機中，常用速調(diào)管振蕩器作為載波振在微波發(fā)射機中，

5、常用速調(diào)管振蕩器作為載波振蕩器，其振蕩頻率受控于加在管子反射極上的反蕩器，其振蕩頻率受控于加在管子反射極上的反射極電壓。因此，只需將調(diào)制信號加至反射極即射極電壓。因此，只需將調(diào)制信號加至反射極即可實現(xiàn)調(diào)頻?？蓪崿F(xiàn)調(diào)頻。若載波是由多諧振蕩器產(chǎn)生的方波，則可用調(diào)制若載波是由多諧振蕩器產(chǎn)生的方波，則可用調(diào)制信號控制積分電容的充放電電流，從而控制其振信號控制積分電容的充放電電流，從而控制其振蕩頻率。蕩頻率。 http:/ http:/ 間接調(diào)頻原理間接調(diào)頻原理調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式，在調(diào)制信號為調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式，在調(diào)制信號為u(t)時，為時，為 uFM(t)=Ucm cosct+kf 可見調(diào)頻波的相位偏

6、移為可見調(diào)頻波的相位偏移為kf ，與調(diào)制信號，與調(diào)制信號u(t)的積分成正比。的積分成正比。若將調(diào)制信號先通過積分器得若將調(diào)制信號先通過積分器得 ，然后再通過，然后再通過調(diào)相器進行調(diào)相，即可得到調(diào)制信號為調(diào)相器進行調(diào)相，即可得到調(diào)制信號為 的的調(diào)相波，即調(diào)相波，即 u(t)=Ucm cosct+kP http:/ http:/ 圖圖10-1 間接調(diào)頻原理方框圖間接調(diào)頻原理方框圖 10.4 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路10.4.1. 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路變?nèi)荻O管調(diào)頻電路1變?nèi)荻O管的特性變?nèi)荻O管的特性變?nèi)荻O管是根據(jù)變?nèi)荻O管是根據(jù)PN結(jié)的結(jié)電容隨反向電壓改變結(jié)的結(jié)電容隨反向電

7、壓改變而變化的原理設(shè)計的。在加反向偏壓時，變?nèi)荻兓脑碓O(shè)計的。在加反向偏壓時，變?nèi)荻艹尸F(xiàn)一個較大的結(jié)電容。這個結(jié)電容的大小能管呈現(xiàn)一個較大的結(jié)電容。這個結(jié)電容的大小能靈敏地隨反向偏壓而變化。正是利用了變?nèi)荻O靈敏地隨反向偏壓而變化。正是利用了變?nèi)荻O管這一特性，將變?nèi)荻O管接到振蕩器的振蕩回管這一特性，將變?nèi)荻O管接到振蕩器的振蕩回路中，作為可控電容元件，則回路的電容量會明路中，作為可控電容元件，則回路的電容量會明顯地隨調(diào)制電壓而變化，從而改變振蕩頻率，達顯地隨調(diào)制電壓而變化，從而改變振蕩頻率，達到調(diào)頻的目的。到調(diào)頻的目的。變?nèi)荻O管的反向電壓與其結(jié)電容呈非線性關(guān)系。變?nèi)荻O管的反向電

8、壓與其結(jié)電容呈非線性關(guān)系。其結(jié)電容其結(jié)電容Cj 與反向偏置電壓與反向偏置電壓ur之間有如下關(guān)系：之間有如下關(guān)系： (10-19) 式中，式中，UD 為為PN結(jié)的勢壘電壓，結(jié)的勢壘電壓，Cj0 為為ur =0時的結(jié)時的結(jié)電容電容;為電容變化系數(shù)。為電容變化系數(shù)。2調(diào)頻基本原理調(diào)頻基本原理圖圖10-2 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路變?nèi)荻O管調(diào)頻電路圖圖10-2是變?nèi)荻O管調(diào)頻器的原理電路。圖中虛線是變?nèi)荻O管調(diào)頻器的原理電路。圖中虛線左邊是一個左邊是一個LC正弦波振蕩器，右邊是變?nèi)荻O正弦波振蕩器，右邊是變?nèi)荻O管和它的偏置電路。其中管和它的偏置電路。其中Cc是藕合電容，是藕合電容，ZL為為高頻扼流圈，它對

9、高頻信號可視為開路。變?nèi)荻哳l扼流圈，它對高頻信號可視為開路。變?nèi)荻O管是振蕩回路的一個組成部分，加在變?nèi)荻O極管是振蕩回路的一個組成部分，加在變?nèi)荻O管上的反向電壓為管上的反向電壓為 ur =Vcc VB+u(t)=VQ+u(t) (10-20)式中，式中，VQ=Vcc VB是加在變?nèi)荻O管上的直流偏置是加在變?nèi)荻O管上的直流偏置電壓；電壓；u(t)為調(diào)制信號電壓。為調(diào)制信號電壓。圖圖10-3 結(jié)電容隨調(diào)制電壓變化關(guān)系結(jié)電容隨調(diào)制電壓變化關(guān)系圖圖10-3(a)是變?nèi)荻O管的結(jié)電容與反向電壓是變?nèi)荻O管的結(jié)電容與反向電壓ur的關(guān)的關(guān)系曲線。由電路可知，加在變?nèi)荻O管上的反向系曲線。由電路可知，

10、加在變?nèi)荻O管上的反向電壓為直流偏壓電壓為直流偏壓VQ和調(diào)制電壓和調(diào)制電壓u(t)之和，若設(shè)之和，若設(shè)調(diào)制電壓為單頻余弦信號，即調(diào)制電壓為單頻余弦信號，即u (t)=Umcost則則反向電壓為反向電壓為ur (t)= VQ+Um cost (10-21)如圖如圖10-3(b)所示。在所示。在ur (t)的控制下，結(jié)電容將隨時間發(fā)生的控制下，結(jié)電容將隨時間發(fā)生變化，如圖變化，如圖10-3(c)所示。結(jié)電容是振蕩器振蕩回路的一所示。結(jié)電容是振蕩器振蕩回路的一部分，結(jié)電容隨調(diào)制信號變化，回路總電容也隨調(diào)制信部分，結(jié)電容隨調(diào)制信號變化，回路總電容也隨調(diào)制信號變化，故振蕩頻率也將隨調(diào)制信號變化。只要適當(dāng)

11、選號變化，故振蕩頻率也將隨調(diào)制信號變化。只要適當(dāng)選取變?nèi)荻O管的特性及工作狀態(tài)，可以使振蕩頻率的變?nèi)∽內(nèi)荻O管的特性及工作狀態(tài)，可以使振蕩頻率的變化與調(diào)制信號近似成線性關(guān)系，從而實現(xiàn)調(diào)頻。化與調(diào)制信號近似成線性關(guān)系，從而實現(xiàn)調(diào)頻。3. 電路分析電路分析設(shè)調(diào)制信號為設(shè)調(diào)制信號為u(t)=Um cost，加在二極管上的反向直流，加在二極管上的反向直流偏壓為偏壓為 VQ，VQ的取值應(yīng)保證在未加調(diào)制信號時振蕩器的取值應(yīng)保證在未加調(diào)制信號時振蕩器的振蕩頻率等于要求的載波頻率，同時還應(yīng)保證在調(diào)制的振蕩頻率等于要求的載波頻率，同時還應(yīng)保證在調(diào)制信號信號u (t)的變化范圍內(nèi)保持變?nèi)荻O管在反向電壓下的變化范

12、圍內(nèi)保持變?nèi)荻O管在反向電壓下工作。加在變?nèi)荻O管上的控制電壓為工作。加在變?nèi)荻O管上的控制電壓為ur (t)= VQ+Um cost相應(yīng)的變?nèi)荻O管結(jié)電容變化規(guī)律為相應(yīng)的變?nèi)荻O管結(jié)電容變化規(guī)律為 當(dāng)調(diào)制信號電壓當(dāng)調(diào)制信號電壓u(t)=0時，即為載波狀態(tài)。此時時，即為載波狀態(tài)。此時ur(t)=VQ，對應(yīng)的變?nèi)荻O管結(jié)電容為，對應(yīng)的變?nèi)荻O管結(jié)電容為CjQ當(dāng)調(diào)制信號電壓當(dāng)調(diào)制信號電壓u(t)=Um cost時，時， (10-22)代入式代入式(10-22),并令并令m= Um /(UD+VQ)為電容調(diào)制度，為電容調(diào)制度，則可得則可得 (10-23)上式表示的是變?nèi)荻O管的結(jié)電容與調(diào)制電壓的上式

13、表示的是變?nèi)荻O管的結(jié)電容與調(diào)制電壓的關(guān)系。而變?nèi)荻O管調(diào)頻器的瞬時頻率與調(diào)制電關(guān)系。而變?nèi)荻O管調(diào)頻器的瞬時頻率與調(diào)制電壓的關(guān)系由振蕩回路決定。由圖壓的關(guān)系由振蕩回路決定。由圖10-2可得，振蕩可得，振蕩器振蕩回路的等效電路，如圖器振蕩回路的等效電路，如圖10-4(a)所示。所示。圖圖10-4 振蕩回路等效電路振蕩回路等效電路1)變?nèi)荻O管作為振蕩回路的總電容變?nèi)荻O管作為振蕩回路的總電容設(shè)設(shè)C1未接入未接入,Cc較大較大,即回路的總電容僅是變?nèi)荻O即回路的總電容僅是變?nèi)荻O管的結(jié)電容管的結(jié)電容,其等效回路如圖其等效回路如圖10-4(b)所示。加在所示。加在變?nèi)荻O管上的高頻電壓很小變?nèi)荻O

14、管上的高頻電壓很小,可忽略其對變?nèi)菘珊雎云鋵ψ內(nèi)荻O管電容量變化的影響二極管電容量變化的影響,則瞬時振蕩角頻率為則瞬時振蕩角頻率為 (10-24)因為未加調(diào)制信號時的載波頻率因為未加調(diào)制信號時的載波頻率 ,所以所以 （10-25）根據(jù)調(diào)頻的要求根據(jù)調(diào)頻的要求,當(dāng)變?nèi)荻O管的結(jié)電容作為回路當(dāng)變?nèi)荻O管的結(jié)電容作為回路總電容時總電容時,實現(xiàn)線性調(diào)頻的條件是容二極管的電實現(xiàn)線性調(diào)頻的條件是容二極管的電容變化系數(shù)容變化系數(shù)=2。若變?nèi)荻O管的電容變化系數(shù)若變?nèi)荻O管的電容變化系數(shù)不等于不等于2，設(shè)，設(shè)u(t)=Um cost ，則，則 可以在可以在 mcos t=0處展開成為泰勒級數(shù)，得處展開成為泰勒

15、級數(shù)，得 (10-26)通常通常m1，上列級數(shù)是收斂的。因此，上列級數(shù)是收斂的。因此,可以忽略三可以忽略三次方項以上的各項次方項以上的各項,則則 從上式可知從上式可知,對于變?nèi)荻O管調(diào)頻器對于變?nèi)荻O管調(diào)頻器,若使用的變?nèi)萑羰褂玫淖內(nèi)荻O管的變?nèi)菹禂?shù)二極管的變?nèi)菹禂?shù)2,則輸出調(diào)頻波會產(chǎn)生非線則輸出調(diào)頻波會產(chǎn)生非線性失真和中心頻率偏移。其結(jié)果如下：性失真和中心頻率偏移。其結(jié)果如下： (1). 調(diào)頻波的最大角頻率偏移調(diào)頻波的最大角頻率偏移 (10-27) (2). 調(diào)頻波會產(chǎn)生二次諧波失真調(diào)頻波會產(chǎn)生二次諧波失真,二次諧波失真的二次諧波失真的最大角頻率偏移最大角頻率偏移 (10-28)調(diào)頻波的二次

16、諧波失真系數(shù)為調(diào)頻波的二次諧波失真系數(shù)為 (10-29) (3)調(diào)頻波會產(chǎn)生中心頻率偏移，其偏離值為調(diào)頻波會產(chǎn)生中心頻率偏移，其偏離值為 (10-30)中心角頻率的相對偏離值為中心角頻率的相對偏離值為 (10-31)綜上所述，若要調(diào)頻的頻偏大，就需增大綜上所述，若要調(diào)頻的頻偏大，就需增大m，這樣，這樣中心頻率偏移量和非線性失真量也增大。中心頻率偏移量和非線性失真量也增大。在某些應(yīng)用中，要求的相對頻偏較小，而所需要在某些應(yīng)用中，要求的相對頻偏較小，而所需要的的m也就較小。因此，這時即使也就較小。因此，這時即使不等于不等于2，二次，二次諧波失真和中心頻率偏移也不大。由此可見，在諧波失真和中心頻率偏

17、移也不大。由此可見，在相對頻偏較小的情況下，對變?nèi)荻O管相對頻偏較小的情況下，對變?nèi)荻O管值的要值的要求并不嚴格。求并不嚴格。 2)變?nèi)荻O管部分接入振蕩回路變?nèi)荻O管部分接入振蕩回路變?nèi)荻O管的結(jié)電容作為回路總電容的調(diào)頻電路變?nèi)荻O管的結(jié)電容作為回路總電容的調(diào)頻電路的中心頻率穩(wěn)定度較差，這是因為中心頻率的中心頻率穩(wěn)定度較差，這是因為中心頻率fc決決定于變?nèi)荻O管結(jié)電容的穩(wěn)定性。當(dāng)溫度變化或定于變?nèi)荻O管結(jié)電容的穩(wěn)定性。當(dāng)溫度變化或反向偏壓反向偏壓VQ不穩(wěn)時，會引起結(jié)電容的變化不穩(wěn)時，會引起結(jié)電容的變化,它又它又會引起中心頻率較大變化。為了減小中心頻率不會引起中心頻率較大變化。為了減小中心頻率

18、不穩(wěn)穩(wěn),提高中心頻率穩(wěn)定度，通常采用部分接入的提高中心頻率穩(wěn)定度，通常采用部分接入的辦法來改善性能。辦法來改善性能。變?nèi)荻O管部分接入振蕩回路的等效電路如圖變?nèi)荻O管部分接入振蕩回路的等效電路如圖10-4(a)所示。變?nèi)荻O管和所示。變?nèi)荻O管和Cc串聯(lián)，再和串聯(lián)，再和C1并聯(lián)，并聯(lián)，構(gòu)成振蕩回路總電容構(gòu)成振蕩回路總電容C (10-32)加調(diào)制信號加調(diào)制信號u(t)=Um cost后，總回路電容后，總回路電容C為為 (10-33)相應(yīng)的調(diào)頻特性方程為相應(yīng)的調(diào)頻特性方程為 (10-34)從上式知，調(diào)頻特性取決于回路的總電容從上式知，調(diào)頻特性取決于回路的總電容C，而，而C可以看成一個等效的變?nèi)荻O管，可以看成一個等效的變?nèi)荻O管，C隨調(diào)制隨調(diào)制電壓電壓u(t)的變化規(guī)律不僅決定于變?nèi)荻O管的結(jié)的變化規(guī)律不僅決定于變?nèi)荻O管的結(jié)電容電容Cj隨調(diào)制電壓隨調(diào)制電壓u(t)