第8章角度調(diào)制與解調(diào)

8.1角度調(diào)制信號(hào)分析8.2調(diào)相信號(hào)產(chǎn)生方法8.3調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生方法8.4變?nèi)荻O管調(diào)頻電路8.5電抗管調(diào)頻電路8.6由調(diào)頻非正弦波信號(hào)產(chǎn)生調(diào)頻正弦波信號(hào)電路8.7間接調(diào)頻電路8.8調(diào)角信號(hào)的解調(diào)方法8.9斜率鑒頻電路8.10相位鑒頻器8.11脈沖計(jì)數(shù)式監(jiān)頻器8.1角度調(diào)制信號(hào)分析

8.1.1調(diào)頻信號(hào)與調(diào)相信號(hào)1.調(diào)頻信號(hào)為了便于理解，首先假設(shè)調(diào)制信號(hào)為單一頻率的余弦信號(hào)uΩ(t)=UΩmcosΩt

載波

uC(t)=UCmcos(ωCt+φ)

調(diào)頻是用調(diào)制信號(hào)去控制載波的頻率變化,載波頻率的變化為Δω(t)=kfuΩ(t)=kfUΩmcosΩt=ΔωmcosΩt(8.1―1)式中，kf為調(diào)頻比例常數(shù),單位為rad/(s·V),最大頻偏Δωm=kfUΩm(8.1―2)調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)角頻率

ω(t)=ωC+Δω(t)=ωC+kfuΩ(t)(8.1―3)

它的相位(8.1―4)

(8.1―5)叫做調(diào)頻指數(shù)，則時(shí)域調(diào)頻信號(hào)的表示可以寫成uFM(t)=Um0cos(ωCt+mfsinΩt+φ0)(8.1―6)

調(diào)頻信號(hào)的基本參量是振幅Um0(恒定的)、載波中心頻率ωC、最大頻偏Δωm和調(diào)頻指數(shù)mf。調(diào)頻比例常數(shù)kf是由電路決定的一個(gè)常數(shù)。在時(shí)域，調(diào)頻信號(hào)的波形如圖8.1所示。最大頻偏Δωm、調(diào)頻指數(shù)mf與調(diào)制信號(hào)的角頻率Ω及調(diào)制信號(hào)振幅UΩm的關(guān)系如圖8.2所示。圖8.1調(diào)頻信號(hào)波形圖8.2調(diào)頻信號(hào)Δωm、mf與UΩm、Ω的關(guān)系Kf,UΩm一定Kf,Ω一定

2.調(diào)相信號(hào)調(diào)相信號(hào)是用調(diào)制信號(hào)控制載波的相位變化,載波的相位變化量Δφ(t)=kpuΩ(t)=kpUΩmcosΩt=mpcosΩt(8.1―7)式中mp=kpUΩm(8.1―8)叫做調(diào)相指數(shù)(最大相偏)，單位為rad。kp是調(diào)相比例常數(shù)，單位是rad/V。調(diào)相信號(hào)的相位φ(t)=ωCt+mpcosΩt+φ0(8.1―9)

調(diào)相信號(hào)的時(shí)域表示式可以寫成

uPM(t)=Um0cos(ωCt+mpcosΩt+φ0)(8.1―10)其振幅恒定。它的瞬時(shí)角頻率(8.1―11)(8.1―12)稱為最大頻偏這種調(diào)相信號(hào)的時(shí)域波形如圖8.3所示。圖8.4示出了調(diào)相信號(hào)的mp、Δωm與Ω、UΩm的關(guān)系曲線。圖8.3調(diào)相信號(hào)波形圖8.4調(diào)相信號(hào)Δωm、mp與UΩm、Ω的關(guān)系kp,Uωm一定kp,Ω一定

相應(yīng)的調(diào)相信號(hào)

當(dāng)調(diào)制信號(hào)為任意非正弦波時(shí)，可以用一個(gè)通用的形式表示

uΩ(t)=UΩmf(t)UΩm為調(diào)制信號(hào)的幅度，f(t)是它的歸一化的通用表示式，|f(t)|≤1。因此，調(diào)制信號(hào)為任意函數(shù)的調(diào)頻信號(hào)可以寫成

8.1.2調(diào)角信號(hào)的頻譜1.單頻調(diào)制的窄帶調(diào)頻信號(hào)的頻譜根據(jù)調(diào)制指數(shù)m(mf與mp的通用表示符號(hào))的大小，調(diào)角信號(hào)可分成兩類。滿足(8.1―13)

條件的調(diào)角信號(hào)叫窄帶調(diào)角信號(hào),不滿足這個(gè)條件的調(diào)角信號(hào)叫寬帶調(diào)角信號(hào)。

引用三角函數(shù)的近似關(guān)系,當(dāng)θ≤π/6時(shí)，sinθ≈θ，cosθ≈1。因此，單一頻率調(diào)制的窄帶調(diào)頻信號(hào)的表示式可近似為(8.1―14)

圖8.5窄帶調(diào)頻信號(hào)的頻譜

根據(jù)此式，單頻調(diào)制的窄帶調(diào)頻信號(hào)的頻譜可以用圖8.5表示。信號(hào)的帶寬B=2Ω，與AM調(diào)幅波信號(hào)的帶寬相同。它與AM調(diào)幅信號(hào)的不同可通過矢量圖加以說明。圖8.6(a)示出了用載波矢量與邊帶矢量和合成得到AM調(diào)幅波的過程。由圖可見，它僅僅是幅度大小的改變，而無相位的改變。圖8.6(b)示出了用載波矢量與邊帶矢量和合成得到調(diào)頻信號(hào)的過程。由圖可見，合成矢量在相位變化的同時(shí)，振幅也在改變。其相位變化的正切

圖8.6調(diào)制信號(hào)矢量圖(a)uAM信號(hào)矢量圖；(b)uFM信號(hào)矢量圖當(dāng)Δφ(t)≤π/6時(shí)用正弦定理可證明

2.寬帶調(diào)頻信號(hào)的頻譜利用三角函數(shù)展開式，可將單頻調(diào)制的調(diào)頻信號(hào)表示式展開(8.1―15)

其中，cos(mfsinΩt)和sin(mfsinΩt)可以進(jìn)一步展開成關(guān)于Ωt的三角函數(shù)級(jí)數(shù),其系數(shù)稱為貝塞爾函數(shù)(8.1―18)

貝塞爾函數(shù)具有如下的性質(zhì)：

第1：

n為奇數(shù)時(shí),

n為偶數(shù)時(shí),

第2：當(dāng)調(diào)頻指數(shù)mf很小時(shí)第3：對(duì)任意mf值，各階貝塞爾函數(shù)的平方和恒等于1，即圖8.7前8階貝塞爾函數(shù)曲線(n為偶數(shù))圖8.7前8階貝塞爾函數(shù)曲線(n為奇數(shù))

根據(jù)上述的性質(zhì)，將式(8.1―16)、式(8.1―17)代入式(8.1―15)，再利用三角函數(shù)的積化和差公式，可以導(dǎo)出(8.1―19)偶數(shù)奇數(shù)Jn的物理含義:調(diào)制前的載波幅度Um0=1時(shí)已調(diào)頻信號(hào)各頻率分量的歸一化幅度。

把小于載波幅度Um0的百分之一的各邊頻分量忽略不計(jì)來確定調(diào)頻信號(hào)的帶寬，也就是按(8.1―20)的條件確定n的最大值nmax，則誤差為0.01的調(diào)頻信號(hào)的帶寬

若把小于調(diào)制載波幅度十分之一的邊頻分量忽略不計(jì)的來確定帶寬，即按滿足的條件確定n的最大值nmax，則誤差為0.1的調(diào)頻信號(hào)的帶寬為目前，廣泛應(yīng)用的調(diào)頻信號(hào)帶寬的計(jì)算公式是卡森公式(8.1―21)

上述三種帶寬計(jì)算方法，調(diào)頻指數(shù)mf與nmax(或L)的數(shù)值關(guān)系列于表8.1中，相應(yīng)的曲線如圖8.8所示。由圖、表可見，卡森帶寬與誤差為0.1確定的帶寬基本一致。表8.1mf與nmax的數(shù)值關(guān)系

圖8.8帶寬計(jì)算nmax(或L)與(mf)的關(guān)系曲線nmax

在mf<<1時(shí)，卡森帶寬可近似為在mf>>1時(shí)，卡森帶寬為

所以，調(diào)頻信號(hào)的帶寬可根據(jù)mf的大小，分別按照式(8.1―21)、式(8.1―22)、式(8.1―23)確定。mf=3的調(diào)頻信號(hào)的頻譜如圖8.9所示。(8.1―22)(8.1―23)圖8.9mf=3調(diào)頻信號(hào)的頻譜

3.多頻調(diào)制的調(diào)頻信號(hào)頻譜首先討論調(diào)制信號(hào)為雙頻余弦信號(hào)的情況，即則調(diào)頻信號(hào)

(8.1―24)其中其中，φ(t)=mf1sinΩ1t+mf2sinΩ2t，即用復(fù)信號(hào)表示(8.1―25)(8.1―26)(8.1―27)(8.1―28)

將式(8.1―27)、式(8.1―28)代入式(8.1―26)得由此可得雙頻調(diào)制的調(diào)頻信號(hào)展開式(8.1―29)(8.1―30)圖8.10雙頻調(diào)制mf1=1、mf2=1.5上邊帶頻率分量分布圖當(dāng)調(diào)制信號(hào)為多個(gè)頻率的正弦波之和，即

時(shí)，調(diào)頻信號(hào)的復(fù)信號(hào)表示式為(8.1―31)

卡森公式是單頻調(diào)制情況下的帶寬近似計(jì)算公式。多頻調(diào)制情況下，信號(hào)帶寬的計(jì)算采用修正的卡森公式。為此，引入一個(gè)新的參量——頻偏比峰值最大角頻偏調(diào)制信號(hào)的最高角頻率

多頻調(diào)制的調(diào)頻信號(hào)帶寬近似等于(8.1―32)(8.1―33)

它與調(diào)制信號(hào)的頻率無關(guān)。從這個(gè)角度講，頻率調(diào)制又稱為恒定帶寬調(diào)制。調(diào)頻信號(hào)的帶寬主要由調(diào)制信號(hào)的幅度決定，隨著調(diào)制信號(hào)帶寬的增加，調(diào)頻信號(hào)的帶寬變化不大。正因?yàn)檫@一特點(diǎn)，調(diào)頻體制比調(diào)相體制獲得了更廣泛的應(yīng)用。

4.調(diào)相信號(hào)的頻譜采用調(diào)頻信號(hào)的分析方法，同樣可以得到調(diào)相信號(hào)的頻譜，它與調(diào)頻信號(hào)頻譜的差異僅僅是各邊頻分量的相移不同。帶寬的計(jì)算仍可采用卡森公式。由于調(diào)相信號(hào)的最大頻偏正比于調(diào)制信號(hào)的頻率(見式8.1-12)，所以調(diào)相信號(hào)的帶寬應(yīng)按最高調(diào)制頻率確定。即實(shí)際工作中，最高調(diào)制頻率工作的時(shí)間少，大部分情況都處于調(diào)制信號(hào)頻帶的中間部分，所以相位調(diào)制不能充分利用頻帶。正因?yàn)檫@一點(diǎn)，調(diào)相體制的應(yīng)用不如調(diào)頻體制廣泛。

8.1.3調(diào)角信號(hào)的功率分布根據(jù)帕塞瓦爾公式，調(diào)角波的平均功率Pav等于各個(gè)頻率成分的平均功率之和。因此，在單位電阻上，調(diào)角信號(hào)所消耗的功率根據(jù)貝塞爾函數(shù)性質(zhì)的第3條可知

所以調(diào)角信號(hào)的平均功率

(8.1―34)

它僅與調(diào)角信號(hào)的振幅有關(guān)，而與調(diào)制指數(shù)m無關(guān)。調(diào)角信號(hào)各個(gè)頻率分量的功率分配情況是隨著調(diào)制指數(shù)m的不同而改變的。當(dāng)m=0時(shí)J0(m)=1，而其他階次的貝塞爾函數(shù)Jn(m)均為零。所以，這種情況只有載波功率，而無邊帶功率。當(dāng)m≠0時(shí)，J0(m)＜1，Jn(m)≠0。

8.3.2間接調(diào)頻法由于調(diào)相信號(hào)與調(diào)頻信號(hào)存在著內(nèi)在的聯(lián)系，因此把調(diào)制信號(hào)通過積分器之后再加到調(diào)相器中，調(diào)相器的輸出就是調(diào)頻信號(hào)，如圖8.19所示。由于這種方法是利用調(diào)相器實(shí)現(xiàn)調(diào)頻，所以把它叫做間接調(diào)頻法。圖8.19間接調(diào)頻8.2調(diào)相信號(hào)產(chǎn)生方法

8.2.1矢量合成法這是一種窄帶調(diào)相信號(hào)產(chǎn)生方法。若調(diào)相信號(hào)uPM(t)=Um0cos［ωCt+kpuΩ(t)］=Um0cos［ωCt+mpf(t)］(8.2―1)

根據(jù)窄帶調(diào)角信號(hào)的定義，(8.2―1)式可近似表示為uPM(t)≈Um0cosωCt-Um0kpuΩ(t)sinωCt(8.2―2)

由此可見，窄帶調(diào)相信號(hào)可近似由一個(gè)載波信號(hào)(Um0cosωCt)和一個(gè)雙邊帶信號(hào)(Um0kpuΩ(t)sinωCt)疊加而成。如果用矢量圖表示，載波信號(hào)矢量與雙邊帶信號(hào)矢量是正交的。雙邊帶信號(hào)矢量的長(zhǎng)度是按照kpuΩ(t)的規(guī)律變化的。窄帶調(diào)相信號(hào)矢量就是兩個(gè)正交矢量的和，這種方法如圖8.11所示。圖8.11(a)是實(shí)現(xiàn)電路框圖；圖8.11(b)示出了單一頻率調(diào)制的調(diào)相信號(hào)的矢量合成圖。根據(jù)框圖，輸出電壓(8.2―3)

圖8.11矢量合成法(a)電路框圖；(b)矢量合成圖

輸出電壓的幅值不是恒定的，存在著起伏，稱這種起伏為寄生調(diào)幅。輸出電壓的相位變化與調(diào)制信號(hào)之間不是線性關(guān)系，而是反正切的關(guān)系。這種非線性關(guān)系，使相位的變化產(chǎn)生非線性失真。調(diào)相指數(shù)mp越小，寄生調(diào)幅越小，相位失真也越小。所以這種方法是一種近似方法，而且僅僅適用于產(chǎn)生窄帶調(diào)相信號(hào)。為了獲得寬帶調(diào)相信號(hào)，往往把這種方法得到的窄帶調(diào)相信號(hào)通過倍頻器，擴(kuò)展成寬帶調(diào)相信號(hào)，如圖8.12所示。倍頻器的輸出(8.2―4)

信號(hào)的載頻與頻偏都被擴(kuò)展了n倍。倍頻后的調(diào)相信號(hào)與倍頻前的調(diào)相信號(hào)相比，它的相對(duì)頻偏(Δωm/ωC)沒有變化，而絕對(duì)頻偏(Δωm)增大了n倍，信號(hào)的帶寬也相應(yīng)展寬了n倍。圖8.12用倍頻方法擴(kuò)展帶寬

8.2.2可變相移法相移法的框圖如圖8.13所示。石英晶體振蕩器產(chǎn)生一個(gè)頻率穩(wěn)定度較高的載波電流號(hào)，并把它通過一個(gè)相移可控的網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的阻抗，它的相移受調(diào)制信號(hào)uΩ(t)控制，而且與控制電壓uΩ(t)之間呈線性關(guān)系。即φ(ω)=kpuΩ(t)=mpf(t)。當(dāng)相位φ(t)的變化速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)地小于載頻ωC時(shí)，相移網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓可近似地等于穩(wěn)態(tài)情況下的輸出電壓圖8.13相移法

可控相移網(wǎng)絡(luò)的種類很多。最常用的是LC并聯(lián)諧振回路(如圖8.14所示)?；芈返碾娙?也可以是電感)的數(shù)值受調(diào)制信號(hào)uΩ(t)的控制k為比例常數(shù)?；芈返闹C振頻率

(8.2―6)圖8.14壓控電容構(gòu)成的LC并聯(lián)諧振回路

其中，是控制電壓為零時(shí)回路的諧振頻率，稱其為靜態(tài)回路諧振頻率。當(dāng)kuΩ(t)＜C0時(shí)，引用的關(guān)系，可得(8.2―7)(8.2―8)

由式(8.2―8)可見，并聯(lián)諧振回路諧振角頻率相對(duì)變化量與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系。

LC并聯(lián)回路的阻抗

Z(ω)和φ(ω)分別是回路阻抗的模和相角。當(dāng)調(diào)制信號(hào)的頻率小于回路的諧振頻率時(shí)，也就是說回路電容的變化速度非常慢時(shí)，相對(duì)于載波，每個(gè)周期或幾個(gè)周期之內(nèi)可近似認(rèn)為并聯(lián)回路的元件數(shù)值不變。這樣載波電流iC在回路兩端建立的電壓就近似等于穩(wěn)態(tài)電壓(8.2―8)

設(shè)計(jì)使靜態(tài)回路諧振頻率ωor等于輸入載波電流的頻率ωC?；芈穼?duì)其呈現(xiàn)的阻抗為Z(ωC)，相移為φ(ωC)。輸入載波的角頻率不變，而回路諧振角頻率ω0卻在變化，因此Z(ωC)和φ(ωC)也變化。它們的變化關(guān)系可用圖8.15說明，圖中ω01,ω02,ω03是ω0變化的三個(gè)取值。在窄帶工作條件下可近似認(rèn)為

(8.2―9)(8.2―10)

Qe為回路的有載品質(zhì)因數(shù)。在|φ(ωC)|≤π/6時(shí)tanφ(ωC)≈φ(ωC)

因此回路的相移由于Δω0<<ωor，可認(rèn)為(8.2―11)其中，

輸出電壓

顯然這就是一個(gè)調(diào)相信號(hào)。這種調(diào)相信號(hào)的產(chǎn)生方法僅限于Δω0(t)<<ωor的窄帶情況，是窄帶調(diào)相信號(hào)的產(chǎn)生方法。圖8.15可控相移網(wǎng)絡(luò)阻抗相位變化關(guān)系

8.2.3可變時(shí)延法可變時(shí)延法的實(shí)現(xiàn)框圖如圖8.16所示。

由晶體振蕩器產(chǎn)生的載波電壓uC(t)通過一個(gè)延遲時(shí)間可控的延時(shí)網(wǎng)絡(luò)，延時(shí)網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓為(8.2―12)圖8.16可變時(shí)延法

如果延遲時(shí)間τ(t)受調(diào)制電壓uΩ(t)控制，并使之與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系，即

最大的延遲時(shí)間τmax=kdUΩm?？紤]到超前、滯后的變化，τmax應(yīng)該限制的范圍是8.7間接調(diào)頻電路

圖8.39(a)是用移相法構(gòu)成的調(diào)頻電路。

圖8.39用移相法實(shí)現(xiàn)調(diào)頻電路(a)電路圖；(b)相移網(wǎng)絡(luò)的等效電路圖8.40調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)框圖

圖8.40是某調(diào)頻發(fā)射機(jī)的框圖。調(diào)制信號(hào)頻率范圍是100~15000Hz。用矢量合成法形成載波中心頻率等于100kHz的調(diào)頻正弦波信號(hào)。間接調(diào)頻是mf受限制。矢量合成法限定mf≤π/6。由于調(diào)頻信號(hào)的mf與調(diào)制信號(hào)的頻率成反比，所以應(yīng)按照調(diào)制信號(hào)的最低頻率去限定最大頻偏值。100Hz限定最大Δfm≤52Hz。該矢量合成電路輸出信號(hào)的最大頻偏為24.415Hz，小于52Hz的限定值。8.3調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生方法8.3.1直接調(diào)頻法直接調(diào)頻法可分為兩種：一種是模擬調(diào)頻微分方程法，另一種是似穩(wěn)態(tài)調(diào)頻方法。1.模擬調(diào)頻積分方程法已知調(diào)頻信號(hào)(8.3―1)將它對(duì)時(shí)間t微分(8.3―3)經(jīng)過整理可得(8.3―4)(8.3―4)式是二階、線性、齊次時(shí)變微分方程。它的兩個(gè)特解是它的通解是調(diào)頻信號(hào)(8.3―5)式中，Um0和θ0是兩個(gè)積分常數(shù)，分別由uFM(0)和u′FM(0)決定。式(8.3―4)被稱為調(diào)頻微分方程。與調(diào)頻微分方程相應(yīng)的積分方程是(8.3―6)可以用模擬計(jì)算機(jī)模擬調(diào)頻積分方程，具體框圖如圖8.17所示。該模擬電路由兩個(gè)積分器、兩個(gè)乘法器和一個(gè)倒相器組成。輸入電壓u=U0+kuΩ(t)。U0為直流電壓,k為比例常數(shù),uΩ(t)=UΩmf(t)。經(jīng)過環(huán)路閉合后的輸出k1為積分器增益，kM為乘法器增益。取k1kMu(t)=ω(t)，則上式就與(8.3―6)式完全相同。環(huán)路的輸出電壓就是一個(gè)理想的調(diào)頻信號(hào)。這種產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)的方法叫模擬調(diào)頻積分方程法。用這種方法產(chǎn)生的調(diào)頻信號(hào)的角頻率是受輸入電壓u控制的(8.3―7)最大頻偏Δωm=kk1kMUΩm。兩個(gè)積分器的積分常數(shù)決定了調(diào)頻信號(hào)的幅度Um0和初始相角θ0。只有在積分常數(shù)不變的條件下，閉合環(huán)路的輸出才是理想的調(diào)頻信號(hào)，否則就會(huì)產(chǎn)生頻率的畸變和寄生調(diào)幅。圖8.17模擬調(diào)頻積分方程電路框圖2.似穩(wěn)態(tài)調(diào)頻當(dāng)Δωm<<ωC、Ω<<ωC時(shí)，調(diào)頻微分方程中的第二項(xiàng)同時(shí)滿足因此中間項(xiàng)增加或減小對(duì)整個(gè)方程影響不大。由此派生出兩個(gè)近似的調(diào)頻微分方程式把這兩個(gè)方程叫做似穩(wěn)態(tài)調(diào)頻微分方程。例如ω(t)=ωC+ΔωmcosΩt，則調(diào)頻微分方程的解若mf=5,Δωm/ωC=1/20,則上式中采用似穩(wěn)態(tài)調(diào)頻微分方程式最主要的優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)這個(gè)方程構(gòu)成的調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生電路簡(jiǎn)單。圖8.18給出了三種用似穩(wěn)態(tài)調(diào)頻微分方程構(gòu)成的調(diào)頻信號(hào)形成電路。這三個(gè)電路都是時(shí)變電路，有一個(gè)時(shí)變受控源，用它來改變調(diào)頻振蕩的瞬時(shí)頻率。讀者可根據(jù)這種方法去構(gòu)成其他的電路，下面對(duì)圖8.18所示的三個(gè)電路分別加以說明。圖8.18三種似穩(wěn)態(tài)調(diào)頻電路

再微分得到的就是似穩(wěn)態(tài)調(diào)頻微分方程(8.3―11)式中圖8.18(a)所示電路是LC0C并聯(lián)諧振回路兩端又并聯(lián)一個(gè)受控電流源u(t)iC支路，控制電壓為u(t)。寫出節(jié)點(diǎn)A的電流方程為iC+iC0+iL+u(t)iC=0由此可以導(dǎo)出(8.3―10)圖8.18(b)所示電路是由LL0C0構(gòu)成的并聯(lián)諧振回路，回路兩端并聯(lián)的受控電流源為u(t)iL。A點(diǎn)的電流方程式為(8.3―12)(8.3―13)圖8.18(c)所示電路受控電壓源與電感L串聯(lián)，因此可列出環(huán)路的電壓方程式(8.3―14)(8.3―15)上面介紹的三個(gè)電路產(chǎn)生的調(diào)頻信號(hào)其角頻率與控制電壓u是非線性關(guān)系。這種非線性關(guān)系會(huì)引起非線性失真。在什么條件下可近似認(rèn)為ω與u之間是線性關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻呢?實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻的條件，要依照具體的電路才能具體確定。如圖8.18(a)所示的電路，調(diào)頻信號(hào)角頻率如(8.3―11)式所示。設(shè)u(t)=U0+kuΩ(t)=U0+kUΩmf(t)。則(8.3―16)

用冪級(jí)數(shù)展開得(8.3―17)8.4變?nèi)荻O管調(diào)頻電路(直接調(diào)頻法)

8.4.1調(diào)頻電路的質(zhì)量指標(biāo)產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)的設(shè)備叫頻率調(diào)制器，簡(jiǎn)稱調(diào)頻器。根據(jù)上節(jié)敘述的原理可以構(gòu)成很多種調(diào)頻器。下面將分別通過幾個(gè)典型電路說明調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生原理和影響調(diào)頻信號(hào)質(zhì)量的因素。為了學(xué)會(huì)調(diào)頻電路的分析方法，掌握調(diào)頻電路的構(gòu)成原則，首先要了解調(diào)頻器的性能指標(biāo)。主要的性能指標(biāo)有：

(1)調(diào)制特性的線性。調(diào)制特性是電壓-頻率轉(zhuǎn)換特性，簡(jiǎn)稱壓控特性，如圖8.20所示。壓控特性線性越好，調(diào)頻的非線性失真越??；壓控特性曲線的線性范圍越寬，實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻的范圍也越寬，調(diào)頻信號(hào)的最大頻偏也越大。(2)壓控靈敏度。壓控靈敏度又稱為調(diào)制靈敏度，用kf表示。其定義是調(diào)制特性原點(diǎn)的斜率。(8.4―1)圖8.20壓控特性

(3)載波中心頻率的穩(wěn)定度。因調(diào)頻信號(hào)的頻率是以載波中心頻率為基準(zhǔn)變化的，若載波中心頻率不穩(wěn)，必然會(huì)帶來失真。此外，載波中心頻率不穩(wěn)還會(huì)使調(diào)頻信號(hào)的頻帶展寬，造成對(duì)鄰近頻道的干擾。(4)振幅要恒定，寄生調(diào)幅要小。

8.4.2變?nèi)荻O管特性利用可控電抗元件改變LC并聯(lián)回路的諧振頻率，可以實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制?？煽仉娍乖姆N類很多，其中最常用的是變?nèi)荻O管和電抗管。變?nèi)荻O管是利用PN結(jié)反向偏置的勢(shì)壘電容構(gòu)成的可控電容，它的表示符號(hào)如圖8.21(a)所示。變?nèi)荻O管的結(jié)電容Cj與管子兩端的反向電壓uD的關(guān)系曲線如圖8.21(b)所示。Cj與uD的關(guān)系為(8.4―2)

UB是變?nèi)荻O管的勢(shì)壘電壓，通常取0.7V左右。Cj0是uD=0時(shí)變?nèi)荻O管的結(jié)電容。uD是加在二極管兩端的反向電壓。r是變?nèi)葜笖?shù)。不同的變?nèi)荻O管由于PN結(jié)雜質(zhì)摻雜濃度分布的不同，r也不同。如擴(kuò)散型r=1/3，稱為緩變結(jié)變?nèi)荻O管；合金型r=1/2，稱為突變結(jié)變?nèi)荻O管；r=1~5之間的，稱其為超越突變結(jié)變?nèi)荻O管。圖8.21變?nèi)荻O管符號(hào)和結(jié)電容變化曲線(a)變?nèi)莨芊?hào)；(b)變?nèi)萏匦詧D8.22并聯(lián)、串聯(lián)電容對(duì)變?nèi)莨芴匦郧€的影響

變?nèi)荻O管作為可控電抗元件接入到LC振蕩回路中，如圖8.23(a)所示。變?nèi)荻O管的結(jié)電容Cj與C1、C2共同構(gòu)成LC回路的電容。變?nèi)荻O管兩端的電壓包括靜態(tài)電壓UQ和調(diào)制電壓uΩ(t)。電壓的正確饋入是保證二極管正常工作的必要前提。圖8.23(b)示出了直流饋電等效電路。根據(jù)圖示可以求得二極管靜態(tài)偏置電壓圖8.23變?nèi)荻O管構(gòu)成的直接調(diào)頻電路的LC回路-EE圖8.23變?nèi)荻O管直流饋電電路(b)和調(diào)制信號(hào)等效電路(c)圖8.24變?nèi)莨芙Y(jié)電容隨時(shí)間變化曲線

8.4.3全部接入式變?nèi)荻O管調(diào)頻電路圖8.25(a)是全部接入式變?nèi)荻O管調(diào)頻振蕩器電路。變?nèi)荻O管的直流電壓UQ從電位器R7上獲得,調(diào)制信號(hào)通過C3、L2饋入，L2是高頻扼流圈,通低頻阻高頻。C1、C2、C6~C12是高頻濾波,C4隔直流通高頻電容，高頻阻抗近似為零。R5是防止寄生振蕩電阻。C5是調(diào)頻波輸出耦合電容。L1和Cj構(gòu)成LC并聯(lián)振蕩回路。其他部分為直流供電、穩(wěn)壓電路。圖8.25全部接入式變?nèi)荻O管調(diào)頻電路(a)電路圖；(b)交流等效電路

由于變?nèi)荻O管的接入系數(shù)為1，所以稱其為全部接入式變?nèi)荻O管調(diào)頻電路。該電路的交流等效電路如圖8.25(b)所示。它是一個(gè)電感回授式三點(diǎn)式振蕩器?；芈返碾姼蠰1與變?nèi)荻O管并聯(lián)，振蕩器的工作頻率近似等于回路的自然諧振頻率，它的表示式可以寫為(8.4―3)該式稱為調(diào)頻特性方程圖8.26電壓頻率轉(zhuǎn)換框圖

8.4.4部分接入式變?nèi)荻O管調(diào)頻電路圖8.27(a)是部分接入式變?nèi)荻O管調(diào)頻電路。圖中，C3、C9、C10、C11都是高頻濾波電容。R1、R4、R5是晶體管的直流偏置電阻。R6是自偏置電阻。R2、R3是變?nèi)荻O管的靜態(tài)偏置電阻，R7是變?nèi)荻O管直流通路電阻。L3是高頻扼流圈。C8是調(diào)制信號(hào)耦合電容。

L1、C2、C4~C7、Cj構(gòu)成振蕩回路。該電路的交流等效電路如圖8.27(b)所示。由圖可見，它是電容回授式基極接地三點(diǎn)式振蕩器電路，振蕩回路如圖8.27(c)所示。圖中C1是C4、C5、C6、C7的等效電容，CΣ是回路總的等效電容。Cj與C2串聯(lián)后與回路電感L1并聯(lián)，所以變?nèi)荻O管兩端的回路接入系數(shù)小于1，因此稱此電路為部分接入式電路。振蕩器的工作頻率(8.4―7)

圖8.27部分接入式變?nèi)莨苷{(diào)頻電路8.5電抗管調(diào)頻電路8.5.1電抗管電抗管是放大管和90°相移電路組成的二端有源網(wǎng)絡(luò)。圖8.29所示的是用場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的電抗管電路。A、B兩端點(diǎn)間的阻抗(8.5―1)圖8.29電抗管電路設(shè)計(jì)使ID>>I1,從而(8.5―2)場(chǎng)效應(yīng)管的漏極電流與柵源電壓Ugs之間關(guān)系等于(8.5―3)gm是場(chǎng)效應(yīng)管的跨導(dǎo)。設(shè)計(jì)使遠(yuǎn)小于場(chǎng)效應(yīng)管的輸入阻抗，且Z1>>Z2，則(8.5―4)(8.5―5)則(8.5―6)(8.5―7)表8.2在各種情況下的等效電抗表8.5.2電抗管調(diào)頻電路圖8.30所示的是一種集成的電抗管調(diào)頻電路。圖中V1、V2和V3、V4分別構(gòu)成兩個(gè)差分放大器，V1、V2差分放大器通過變壓器耦合構(gòu)成差分振蕩器電路。V3、V4與電容C、電阻r構(gòu)成電抗管電路。V5、V6是V3、V4差分放大器的恒流源。差分振蕩器的交流等效電路如圖8.31所示。電抗管的等效電路如圖8.32所示。V3管的集電極電流設(shè)計(jì)使電阻r遠(yuǎn)小于V3管的輸入電阻，則電阻r兩端的電壓圖8.30電抗管調(diào)頻電路iC(t)是流過電容C支路的電流。小信號(hào)條件下，iC3中的交流分量其中，，則AB兩端等效的電容圖8.31圖8.30電路的交流等效電路圖8.32圖8.30電路電抗管等效電路根據(jù)電路圖可知，當(dāng)晶體管的α≈1時(shí)CAB并接于振蕩回路兩端，其電路與圖8.18(a)所示電路完全一樣，是一個(gè)典型的似穩(wěn)態(tài)調(diào)頻電路。V1管的集電極輸出回路調(diào)諧在載波中心頻率上，帶寬足夠時(shí)，輸出電壓就是調(diào)頻信號(hào)。8.6由調(diào)頻非正弦波信號(hào)產(chǎn)生

調(diào)頻正弦波信號(hào)電路

8.6.1由調(diào)頻非正弦波信號(hào)獲取調(diào)頻正弦波信號(hào)的原理調(diào)頻信號(hào)名稱的來源是根據(jù)調(diào)頻信號(hào)表示式,如(8.6―1)其中

對(duì)于變量τ，式(8.6―1)調(diào)頻信號(hào)是個(gè)余弦信號(hào)。設(shè)調(diào)頻信號(hào)的一般形式為uFM=Um0F(ωCτ)

所謂調(diào)頻非正弦波信號(hào)就是對(duì)變量τ而言,F是非正弦波，如圖8.33(b)是調(diào)頻方波信號(hào)；如圖8.33(c)為調(diào)頻三角波信號(hào)。

圖8.33各種調(diào)頻波(a)調(diào)頻正弦波；(b)調(diào)頻方波；(c)調(diào)頻三角波

調(diào)頻非正弦波信號(hào)是τ的周期信號(hào)，可以用傅氏級(jí)數(shù)展開(8.6―2)

式(8.6―2)說明，調(diào)頻非正弦波信號(hào)由調(diào)頻正弦波信號(hào)的各次諧波的和組成。各次諧波都是調(diào)頻正弦波，載波中心頻率為nωC，最大頻偏是nΔωm。它們的頻譜分布可用圖8.34表示。其中，基波分量帶寬為B1,二次諧波的帶寬為B2=2B1,三次諧波的帶寬為B3=3B1，依次類推。圖8.34調(diào)頻非正弦波各次諧波帶寬示意圖

采用濾波的方法可以從其中取出調(diào)頻正弦波信號(hào)。由圖可見，采用濾波法得到調(diào)頻正弦波的基波信號(hào)，不失真的條件是基波與二次諧波的頻譜不應(yīng)重疊，即必須滿足(8.6―3)

圖8.35給出了由調(diào)頻非正弦波獲取調(diào)頻正弦波信號(hào)的電路框圖。

圖8.35由調(diào)頻非正弦波信號(hào)形成調(diào)頻正弦波信號(hào)框圖8.6.2調(diào)頻三角波信號(hào)產(chǎn)生電路圖8.36示出了調(diào)頻三角波信號(hào)產(chǎn)生電路的框圖。以電流方式輸入，輸入電流i(t)一路加到壓控開關(guān)的端子a，另一路通過倒相器加到壓控開關(guān)的另一個(gè)端子b。壓控開關(guān)的公共刀受電壓比較器的輸出電壓控制。當(dāng)開關(guān)擲于端子a時(shí)，輸入電流i(t)被送入積分器，對(duì)電容C充電，形成輸出三角波電壓的上升段。圖8.36調(diào)頻三角波信號(hào)產(chǎn)生電路框圖

當(dāng)三角波電壓上升至電平+E時(shí)，電壓比較器輸出狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，控制壓控開關(guān)公共刀c擲向端子b，負(fù)的輸入電流(-i(t))被送入積分器，電容C反向充電，形成輸出三角波的下降段。當(dāng)三角波電壓下降至-E時(shí)，電壓比較器的輸出狀態(tài)再次發(fā)生翻轉(zhuǎn)，壓控開關(guān)的公共刀c又?jǐn)S回到端子a,從而又回到初始狀態(tài)。如此周而復(fù)始，形成三角波電壓。輸入電流越大，積分器充電(或放電)速度越快，三角波周期越??；反之，輸入電流越小，充電(或放電)速度越慢，三角波周期越長(zhǎng)。若使輸入電流隨調(diào)制信號(hào)線性變化，則輸出三角波頻率也會(huì)隨調(diào)制信號(hào)變化，從而得到調(diào)頻三角波信號(hào)。圖中各點(diǎn)的波形如圖8.37所示。通過帶通濾波器就可獲得調(diào)頻正弦波。圖8.37圖8.36各點(diǎn)波形圖8.38示出了某集成調(diào)頻三角波信號(hào)產(chǎn)生電路。V1是電壓-電流變換電路，輸入調(diào)制信號(hào)電壓uΩ(t)=UΩmf(t)通過V1轉(zhuǎn)換成電流i(t)=I0+KuΩ(t)。V2和V3是壓控開關(guān)。V4、V5是倒相器。C是積分電容。C兩端獲得的調(diào)頻三角波電壓經(jīng)V6、V7兩級(jí)射極跟隨器，由V7的射極輸出。V8、V9是電壓比較器，V10、V11是比較器的恒流源。電壓比較器的輸出經(jīng)V12、V13、V14組成的緩沖器，其輸出u2(t)加到壓控開關(guān)上，作為開關(guān)的控制電壓。圖8.38調(diào)頻三角波發(fā)生器電路壓控開關(guān)V2管基極外加電壓為EB,V3管基極輸入電壓為壓控電壓u2(t)。當(dāng)u2＜EB時(shí)，V2導(dǎo)通，V3截止，V4、V5導(dǎo)通。假設(shè)晶體管的α≈1,則V2的集電極電流iC2=i(t)，iC4=iC2。V4、V5為比例恒流源由于V3截止，所以V5的集電極電流iC5流向積分電容C，給它充電，積分電容兩端的電壓uC上升。若電容C的充電為線性充電，則積分電容兩端電壓與充電電流的關(guān)系近似為已知i(t)=I0+kuΩ(t),所以(8.6―7)對(duì)載波中心頻率在TC/2期間，uC的峰―峰幅度2UC=RC8·IK，因此可得則載波中心頻率(8.6―8)8.8調(diào)角信號(hào)的解調(diào)方法

8.8.1調(diào)相信號(hào)的解調(diào)方法調(diào)相信號(hào)的解調(diào)叫做相位檢波，簡(jiǎn)稱鑒相。它是將調(diào)相信號(hào)的相位［ωCt+mpf(t)］與載波的相位ωCt相減，取出它們的相位差mpf(t)，從而實(shí)現(xiàn)相位檢波。在無線電技術(shù)領(lǐng)域中，經(jīng)常需要把兩個(gè)信號(hào)的相位進(jìn)行比較，以判斷它們相位相關(guān)的程度或利用它們的相位差(又稱相位誤差)去實(shí)現(xiàn)控制。在相位控制系統(tǒng)中(簡(jiǎn)稱鎖相系統(tǒng))，鑒相器是必不可少的部件，所以相位檢波應(yīng)用非常廣泛。

相位檢波可以用圖8.41所示的框圖描述。輸入信號(hào)u1的相位θ1,輸入信號(hào)u2的相位θ2,在相位相減電路中相減得到相位差θe=θ1-θ2；再經(jīng)放大器放大，輸出電壓uo=kθe。因此，又可以把相位檢波電路看成是相位/電壓變換器。輸入的是相位信號(hào)，輸出的是電壓。圖8.41相位檢波器框圖

1.模擬的相位檢波方法相位的減法運(yùn)算，在時(shí)域就是信號(hào)的相乘運(yùn)算，所以相位檢波也有兩種形式：一種是乘積型相位檢波，另一種是疊加型相位檢波，如圖8.42所示。它們的框圖與同步檢波的兩種形式?jīng)]什么區(qū)別，原理也基本相同，但具體的應(yīng)用條件有所不同。在此僅就不同之處加以說明。圖8.42模擬相位檢波框圖(a)乘積型；(b)疊加型

(1)乘積型相位檢波為了能夠在輸出端能正確地鑒別兩個(gè)輸入信號(hào)相位的超前和滯后關(guān)系，兩個(gè)輸入信號(hào)必須有π/2的固定相差。即輸入信號(hào)

us=Usmsin(ωst+θ1)

本地信號(hào)

u1=U1mcos(ωst+θ2)

則圖8.42(a)所示乘積型鑒相電路的輸出電壓(8.8―1)

它是θe的奇函數(shù)。θe＞0時(shí)，uo＞0,說明us超前u1;θe＜0時(shí)，uo＜0，說明us滯后u1。輸出電壓uo與θe的關(guān)系曲線叫鑒相特性。乘積型鑒相的鑒相特性曲線為正弦形鑒相特性，如圖8.43所示。在|θe|≤π/6時(shí)(8.8―2)

在此范圍內(nèi)，uo與θe的關(guān)系可近似為線性關(guān)系，對(duì)應(yīng)的θe變化范圍稱為線性鑒相范圍。乘積型鑒相的線性鑒相范圍是±π/6(或?yàn)棣?3)。圖8.43鑒相特性

此外，為了衡量輸出電壓uo對(duì)誤差相位θe的靈敏程度，還要定義一個(gè)指標(biāo)叫鑒相靈敏度或鑒相跨導(dǎo)，用Sp表示,(8.8―3)乘積型鑒相器的線性鑒相靈敏度為

(2)疊加型鑒相同樣為了正確判別兩個(gè)信號(hào)的相位超前與滯后，輸入的兩個(gè)信號(hào)間要有固定的π/2相差。為了減少失真，輸入的兩個(gè)信號(hào)的大小應(yīng)相差較大，即必須滿足Usm>>U1m或U1m>>Usm的條件。若us(t)=Usmsin(ωst+θ1),u1(t)=U1mcos(ωst+θ2)，且U1m>>Usm，則仿照第5.5節(jié)——疊加型同步檢波的原理可導(dǎo)出(8.8―4)由于D=Usm/U1m<<1，所以(8.8―5)

2.數(shù)字相位檢波方法數(shù)字相位檢波是利用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)信號(hào)的相位比較。一些周期性信號(hào)的相位信息是寄載在過零點(diǎn)的位置上的，所以對(duì)兩個(gè)信號(hào)過零點(diǎn)的位置進(jìn)行檢測(cè)和比較，就可實(shí)現(xiàn)相位檢波。為了準(zhǔn)確提取過零點(diǎn)的信息，首先要把輸入信號(hào)變換成方波信號(hào)，之后再送到數(shù)字相位檢波電路中進(jìn)行比相。最簡(jiǎn)單的數(shù)字鑒相方法是用數(shù)字邏輯門完成的，用它構(gòu)成的相位檢波電路如圖8.44所示。圖8.44異或門比相器圖8.45異或門比相器輸出與相位的關(guān)系

由此可畫出輸出電壓uo(t)與θe的關(guān)系曲線，如圖8.46所示。由圖可知，鑒相特性為三角波，線性鑒相范圍和最大鑒相范圍都為π，鑒相靈敏度(8.8―6)圖8.46異或門比相器鑒相特性

8.8.2調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)方法調(diào)頻信號(hào)解調(diào)又稱為頻率檢波，簡(jiǎn)稱鑒頻。它是把調(diào)頻信號(hào)的頻率ω(t)=ωC+Δω(t)與載波頻率ωC比較，得到頻差Δω(t)=Δωmf(t)，如果鑒頻器的輸出信號(hào)與該頻差成正比,從而實(shí)現(xiàn)頻率檢波。在無線電技術(shù)中，經(jīng)常遇到把兩個(gè)信號(hào)的頻率進(jìn)行比較，以判斷兩個(gè)信號(hào)頻率的異同，或用它們的頻率差實(shí)現(xiàn)頻率的控制。在頻率控制系統(tǒng)中，頻率檢波電路是必不可少的部件。頻率檢波框圖可以用圖8.47表示。圖8.47頻率檢波框圖

利用線性網(wǎng)絡(luò)變換方法可實(shí)現(xiàn)頻率檢波,有兩種形式：(1)將調(diào)頻信號(hào)通過一個(gè)幅頻特性為線性的線性網(wǎng)絡(luò)，使它變成調(diào)頻/調(diào)幅信號(hào)，其振幅的變化正比于頻率的變化；之后再用包絡(luò)檢波的方法取出調(diào)制信號(hào)。這種方法實(shí)現(xiàn)的框圖如圖8.48(a)所示。圖8.48(b)是線性變換網(wǎng)絡(luò)幅頻特性H(ω)和相頻特性φ(ω)。由于這種網(wǎng)絡(luò)可以把頻率的變化轉(zhuǎn)化為振幅的變化，所以稱它為頻率-振幅變換(頻幅變換)網(wǎng)絡(luò)。圖8.48斜率鑒頻框圖及頻率振幅轉(zhuǎn)換(a)框圖；(b)頻率振幅轉(zhuǎn)換tω

設(shè)輸入的調(diào)頻信號(hào)線性變換網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性(8.8―7)

k0為幅頻特性的斜率。在滿足近似穩(wěn)態(tài)的條件下，線性變換網(wǎng)絡(luò)的輸出可認(rèn)為是穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，其表示式為(8.8―8)

由此可見，通過頻幅變換網(wǎng)絡(luò)將調(diào)頻信號(hào)的頻率的變化轉(zhuǎn)換到振幅變化上來，如圖8.49所示。實(shí)際應(yīng)用中頻幅變換網(wǎng)絡(luò)的帶寬必須大于調(diào)頻信號(hào)的帶寬，才能保證不失真的解調(diào)。頻幅變換網(wǎng)絡(luò)包絡(luò)檢波圖8.49用頻幅變換網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的頻率檢波框圖

(2)把調(diào)頻信號(hào)通過線性相頻特性網(wǎng)絡(luò)，使其變換成調(diào)頻/調(diào)相信號(hào)；附加的相位變化正比于頻率變化，之后通過相位檢波方法實(shí)現(xiàn)頻率檢波，把這種方法叫做相位鑒頻法。它的實(shí)現(xiàn)框圖如圖8.50(a)所示。圖8.50(b)是線性變換網(wǎng)絡(luò)的相頻特性φ(ω)和幅頻特性H(ω)。由于這種網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)頻率-相位的轉(zhuǎn)換，所以把它叫做頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)。在近似穩(wěn)態(tài)條件下，線性變換網(wǎng)絡(luò)的輸出可認(rèn)為是穩(wěn)態(tài)輸出，所以(8.8―10)若相位檢波電路具有線性鑒相特性時(shí)，輸出電壓(8.8―11)圖8.50相位鑒頻框圖及頻率相位轉(zhuǎn)換(a)原理框圖；(b)相頻特性和幅頻特性tω

描述各種鑒頻方法質(zhì)量的指標(biāo)主要有：鑒頻特性、鑒頻范圍、鑒頻靈敏度(或鑒頻跨導(dǎo))。鑒頻特性是輸出電壓uo與輸入信號(hào)頻差Δω之間的關(guān)系。鑒頻范圍同樣可分成線性鑒頻范圍和最大鑒頻范圍。鑒頻特性線性越好，線性鑒頻范圍越寬，這種鑒頻方法越好。鑒頻靈敏度Sf是描述輸出電壓uo對(duì)頻差Δω的靈敏程度。它的定義是(8.8―12)

8.9斜率鑒頻電路

8.9.1限幅電路為了去除調(diào)頻信號(hào)的幅度干擾,往往在進(jìn)行鑒頻之前對(duì)其進(jìn)行限幅,使其幅度為恒值。限幅電路可分為兩類：一類稱為硬限幅電路，另一類稱為軟限幅電路或動(dòng)態(tài)限幅電路。1.硬限幅電路硬限幅電路的理想限幅特性如圖8.51所示。它的表示式為(8.9―1)

圖8.51理想限幅特性

理想硬限幅器具有放大和限幅的雙重功能,要求放大量為無窮大，限幅瞬時(shí)完成。這種理想限幅特性很難實(shí)現(xiàn)。實(shí)際的硬限幅電路的限幅特性如圖8.52所示。為了使這種限幅器能近似成理想硬限幅器，通常在限幅前把輸入信號(hào)幅度放大到足夠高的電平值，這樣圖8.52就具有與圖8.51近似的限幅效果。由于這種限幅器能瞬時(shí)地把超過限幅電平的部分限幅掉，故稱為硬限幅器或瞬時(shí)限幅器。圖8.52實(shí)際硬限幅特性

常用的硬限幅器是二極管限幅電路，如圖8.53(a)所示，圖8.53(b)是這種限幅器的限幅特性。圖8.53雙二極管硬限幅器

2.軟限幅電路圖8.54所示的差分放大器是一個(gè)軟限幅電路。當(dāng)輸入電壓幅度遠(yuǎn)大于熱電壓UT(三極管常溫下為26mV)時(shí)，差分放大器工作在開關(guān)狀態(tài)，集電極電流iC2是一個(gè)調(diào)頻方波。V2管集電極負(fù)載為L(zhǎng)C并聯(lián)諧振回路，當(dāng)它調(diào)諧于載波中心頻率，帶寬大于調(diào)頻信號(hào)帶寬時(shí)，濾除其他諧波分量，在回路兩端得到的就是一個(gè)幅度恒定的調(diào)頻正弦波信號(hào)。由于這種方法是通過差分放大器大信號(hào)狀態(tài)工作而實(shí)現(xiàn)限幅的，所以稱它為軟限幅或動(dòng)態(tài)限幅，也有的稱它為振幅限幅。圖8.54差分振幅限幅器

8.9.2集成斜率鑒頻器集成斜率鑒頻器電路如圖8.55所示。圖8.55集成斜率鑒頻器圖中輸入信號(hào)

Rs為信源內(nèi)阻。L1、C1、C2構(gòu)成線性幅頻特性網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)的輸入信號(hào)是u1，輸出信號(hào)是u2。V1、V2分別構(gòu)成射極跟隨器，以隔離后續(xù)電路對(duì)線性變換網(wǎng)絡(luò)的影響。V3晶體管的發(fā)射結(jié)與電容C3和V5的輸入電阻構(gòu)成峰值包絡(luò)檢波器。V4的發(fā)射結(jié)與電容C4和V6的輸入電阻構(gòu)成另一個(gè)峰值包絡(luò)檢波器。V5、V6構(gòu)成一級(jí)差分放大器。鑒頻后的輸出電壓取自V6的集電極。

L1C1C2網(wǎng)絡(luò)是如何完成變換作用的呢?可用圖8.56說明。網(wǎng)絡(luò)輸入端AB呈現(xiàn)的阻抗圖8.56線性幅頻特性網(wǎng)絡(luò)變換過程圖8.56線性幅頻特性網(wǎng)絡(luò)變換過程兩條曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻率為

ω0=Uav=U1m-U2m

差模輸出頻幅特性鑒頻輸出波形L1C1C2網(wǎng)絡(luò)的輸入幅頻特性頻偏曲線

當(dāng)輸入信號(hào)的角頻率時(shí)，并聯(lián)回路呈現(xiàn)感性。若其感抗等于C2所呈現(xiàn)的容抗時(shí)，形成串聯(lián)諧振，串聯(lián)諧振頻率(8.9―3)當(dāng)時(shí)，產(chǎn)生并聯(lián)諧振設(shè)計(jì)ω0=ωc,最大頻偏那么隨著輸入信號(hào)頻率的變化，u1,u2的振幅就會(huì)跟隨變化，則u1,u2就是調(diào)頻調(diào)幅波圖8.57用LC并聯(lián)回路做線性幅頻特性網(wǎng)絡(luò)8.10相位鑒頻器

8.10.1乘積型相位鑒頻器圖8.58是集成的乘積型鑒頻器電路。輸入信號(hào)經(jīng)過一級(jí)射隨器V1，在電阻R1和R2上分壓取出電壓u1。C1和C、R、L并聯(lián)回路共同組成頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)的輸入電壓是u1,輸出電壓是u2。u2經(jīng)V2和R4、R5構(gòu)成的射極輸出器，輸出電壓為u4。V3、V4和V5、V6及V7、V8、V9構(gòu)成一個(gè)三差分乘法器電路。t圖8.58乘積型鑒頻器

頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)的工作原理如圖8.59所示。窄帶工作條件下，頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)的傳輸系數(shù)(8.10―1)..其中,相頻特性當(dāng)ω=ωs時(shí),φr=u2與u1正交,滿足鑒相器對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)的相位要求,相頻特性中的第二項(xiàng)是輸入信號(hào)頻率偏離ωs時(shí)產(chǎn)生u2與u1的相位差.

圖8.59頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)的工作原理(a)網(wǎng)絡(luò)電路；(b)Zi―ω曲線；(c)φr―ω曲線忽略R的Zi曲線圖8.60頻相轉(zhuǎn)換

設(shè)計(jì)ωs=ωc,可將調(diào)頻波的頻偏轉(zhuǎn)化為相偏當(dāng)該網(wǎng)絡(luò)輸入為調(diào)頻波時(shí),網(wǎng)絡(luò)輸出為調(diào)頻調(diào)相波，單端輸入的u4(與u2同相)與u3(與u1同相)在乘法器中完成鑒相，設(shè)LPF的增益為1，則輸出電壓(8.10―7)

(8.10―8)

圖8.61乘積型鑒頻器鑒頻特性

0ΔωuoΔωm

8.10.2疊加型相位鑒頻器疊加型相位鑒頻器電路形式很多，圖8.62(a)所示的是電感耦合疊加型相位鑒頻器。圖中，調(diào)頻輸入電壓晶體管V和集電極調(diào)諧回路構(gòu)成動(dòng)態(tài)限幅器(軟限幅)。L1C1并聯(lián)回路兩端得到的是幅度恒定的調(diào)頻正弦波電壓

L2C2與L1C1組成互感耦合雙調(diào)諧回路，設(shè)計(jì)為等頻、等Q，即C1=C2=C，L1=L2=L，初級(jí)回