第8章

角度調(diào)制電路1.頻率調(diào)制，簡稱調(diào)頻（FM）；2.相位調(diào)制，簡稱調(diào)相（PM）。前言：一、概述角度調(diào)制和解調(diào)電路都屬于頻譜非線性變換電路。無論是調(diào)頻還是調(diào)相最終都表現(xiàn)為已調(diào)波的總相位（角度）受到調(diào)制信號的控制，故統(tǒng)稱為角度調(diào)制。角度調(diào)制可分為兩種：調(diào)幅：將調(diào)制信號的低頻頻譜結(jié)構(gòu)線性搬移到載波附近的高頻區(qū)。載波的振幅隨調(diào)制信號的變化而變化，載波的頻率和相位不受調(diào)制信號的控制，屬于線性頻譜搬移技術(shù)。二、調(diào)幅與調(diào)角的區(qū)別：調(diào)角：已調(diào)波的頻譜結(jié)構(gòu)與原調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)完全不同。載波的振幅不變，它的頻率和相位受調(diào)制信號的控制，屬于

非線性頻譜搬移技術(shù)。第8章

角度調(diào)制電路三、調(diào)頻、調(diào)幅比較調(diào)頻優(yōu)點(diǎn)：⒈抗干擾性強(qiáng)⒉功率管利用率高⒊信號傳輸保真度高調(diào)頻缺點(diǎn)：⒈只能工作在超短波以上波段⒉電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜第8章

角度調(diào)制電路四、調(diào)頻與調(diào)相的比較在數(shù)字通信中，相位鍵控的抗干擾能力優(yōu)于頻率鍵控和幅度鍵控，因而調(diào)相制獲得廣泛應(yīng)用。在模擬通信中，系統(tǒng)帶寬相同時，調(diào)頻系統(tǒng)接收機(jī)輸出端的信噪比明顯優(yōu)于調(diào)相系統(tǒng)，故廣泛采用調(diào)頻制。廣泛用于廣播、電視、通信、遙感技術(shù)。第8章

角度調(diào)制電路58.1調(diào)角波的性質(zhì)8.1.1瞬時頻率與瞬時相位的關(guān)系結(jié)論1：瞬時頻率ω(t)是瞬時相位角θ(t)對時間的微分。結(jié)論2：瞬時相位角θ(t)是瞬時頻率ω(t)對時間的積分。68.1調(diào)角波的性質(zhì)8.1.2調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表達(dá)式及波形一、調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表達(dá)式低頻調(diào)制信號：

高頻載波信號：調(diào)頻波的定義：載波的振幅不變，載波的瞬時頻率與調(diào)制信號uΩ(t)呈線性關(guān)系。電子88.1調(diào)角波的性質(zhì)一、調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表達(dá)8.1調(diào)角波的性質(zhì)調(diào)頻信號（已調(diào)波）的表達(dá)式：8.1調(diào)角波的性質(zhì)結(jié)論1：調(diào)制信號的幅度越大，調(diào)頻指數(shù)mf

越大，調(diào)制信號的頻率越大，調(diào)頻指數(shù)mf越小，通常mf>1結(jié)論2：調(diào)制信號的幅度越大，調(diào)頻信號的調(diào)頻范圍越大，即Δωm↑。

11二、調(diào)頻波的波形128.1調(diào)角波的性質(zhì)8.1.3調(diào)相波的數(shù)學(xué)表達(dá)式及波形一、調(diào)相波的數(shù)學(xué)表達(dá)式低頻調(diào)制信號：

高頻載波信號：調(diào)相波的定義：載波振幅不變，載波的瞬時相位與調(diào)制信號uΩ(t)呈線性關(guān)系8.1調(diào)角波的性質(zhì)調(diào)相信號（已調(diào)波）的表達(dá)式：結(jié)論：

148.1調(diào)角波的性質(zhì)結(jié)論：調(diào)制信號的幅度與頻率增大→最大頻偏越大。8.1調(diào)角波的性質(zhì)二、調(diào)相波的波形三、作業(yè)：1.教材P206

填空題2.教材P206習(xí)題8.3.1-8.3.48.1調(diào)角波的性質(zhì)8.1.4調(diào)角波的頻譜與帶寬一、調(diào)角波的頻譜cos(msin

Ωt)=J0(m)+2J2(m)cos2Ωt+2J4(m)cos4Ωt+…sin(msinΩt)=2J1(m)sinΩt+2J3(m)sin3Ωt+2J5(m)sin5Ωt+…利用2個貝塞爾函數(shù)：其中Jn(m)是宗數(shù)為m的n階第一類貝塞爾函數(shù)u(t)=Ucm［J0(m)cosωct-2J1(m)sinΩtsinωct+2J2(m)cos2Ωtcosωct-2J3(m)sin3Ωtsinωct+2J4(m)cos4Ωtcosωct+…］u(t)=

Ucm{J0(m)cosωct+J1(m)［cos(ωc+Ω)t-cos(ωc-Ω)t］

+J2(m)［cos(ωc+2Ω)t+cos(ωc-2Ω)t］

+J3(m)［cos(ωc+3Ω)t-cos(ωc-3Ω)t］

+J4(m)［cos(ωc+4Ω)t+cos(ωc-4Ω)t］+…}貝塞爾函數(shù)帶入調(diào)角波表達(dá)式得：第一類貝塞爾函數(shù)曲線mJn(m)m8.1調(diào)角波的性質(zhì)體會：由調(diào)角波的表達(dá)式和貝塞爾函數(shù)的特點(diǎn),可以看出單頻調(diào)角信號頻譜具有以下幾個特點(diǎn):u(t)=

Ucm{J0(m)cosωct+J1(m)［cos(ωc+Ω)t-cos(ωc-Ω)t］

+J2(m)［cos(ωc+2Ω)t+cos(ωc-2Ω)t］

+J3(m)［cos(ωc+3Ω)t-cos(ωc-3Ω)t］

+J4(m)［cos(ωc+4Ω)t+cos(ωc-4Ω)t］+…}(1)由載頻和無窮多組上、下邊頻組成,這些頻率分量滿足

ωc±nΩ,振幅為Jn(m)Ucm,n=0,1,2,…。Ucm是調(diào)角信號振幅。(2)當(dāng)n為偶數(shù)時,兩邊頻分量振幅相同,符號相同；當(dāng)n為奇數(shù)時,兩邊頻分量振幅相同,符號相反。8.1調(diào)角波的性質(zhì)(3)各階貝塞爾函數(shù)隨m增大變化的規(guī)律均是衰減振蕩,而各邊頻分量振幅值與對應(yīng)階貝塞爾函數(shù)成正比。m↓→邊頻分量越少，但對應(yīng)振幅越大即“少”而“大”

m↑→邊頻分量越多，但對應(yīng)振幅越小即“多”而“小”(4)

m值的增大,具有較大振幅的邊頻分量數(shù)目增加,載頻分量振幅呈衰減振蕩趨勢,在個別地方(如m=2.405,5.520時),載頻分量為零。(5)若調(diào)角信號振幅不變,m值變化,則總平均功率不變等于載頻的平均功率,但載頻與各邊頻分量的功率將重新分配。21調(diào)角波的頻譜mmmmm載頻分量不存在8.1調(diào)角波的性質(zhì)(6)

調(diào)角波的能量大部分都集中在載波附近一定范圍內(nèi)。工程上認(rèn)為：當(dāng)n>m+1時，∣Jn(m)∣<0.1，此范圍內(nèi)的有效頻帶寬為8.1

調(diào)角波的性質(zhì)上述特點(diǎn)充分說明調(diào)角是完全不同于調(diào)幅的一種非線性頻率變換過程。顯然,作為調(diào)角的逆過程,角度解調(diào)也是一種非線性頻率變換過程。

對于由眾多頻率分量組成的一般調(diào)制信號來說,調(diào)角信號的總頻譜并非僅僅是調(diào)制信號中每個頻率分量單獨(dú)調(diào)制時所得頻譜的組合,而且另外又新增了許多頻率分量。例如,若調(diào)制信號由角頻率為Ω1,Ω2的兩個單頻正弦波組成,則對應(yīng)調(diào)角信號的頻率分量不但有ωc±nΩ1和ωc±nΩ2,還會出現(xiàn)ωc±nΩ1±pΩ2,n、p=0,1,2,…。8.1調(diào)角波的性質(zhì)三、課堂練習(xí)：1.教材P207

習(xí)題8.3.18.3.22.教材P207

習(xí)題8.3.38.3.48.3

調(diào)頻方法概述1.調(diào)制特性：以調(diào)波的瞬時頻率變化與調(diào)制信號成線性關(guān)系。2.調(diào)制靈敏度：單位調(diào)制電壓所產(chǎn)生的頻率偏移要大，具有較高的調(diào)制靈敏度。3.最大頻率偏移與調(diào)制信號的頻率無關(guān)。4.頻率穩(wěn)定度：為調(diào)制的載波頻率（即已調(diào)波的中心頻率）要穩(wěn)定，即具有一定的頻率穩(wěn)定度。4.無寄生調(diào)幅或寄生調(diào)幅要小。前言：調(diào)頻電路的性能指標(biāo)：8.3

調(diào)頻方法概述一、調(diào)頻電路的分類直接調(diào)頻：根據(jù)調(diào)頻信號的瞬時頻率隨調(diào)制信號成線性變化這一基本特性,利用調(diào)制信號直接控制自激振蕩電路的振蕩頻率。這是實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的最直接方法,故稱為直接調(diào)頻。1.直接調(diào)頻2.間接調(diào)頻。

若先對調(diào)制信號uΩ(t)進(jìn)行積分,因此,將調(diào)制信號積分后調(diào)相,是實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的另外一種方式,稱為間接調(diào)頻。或者說,間接調(diào)頻是借用調(diào)相的方式來實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。(2)

間接調(diào)頻然后將u1(t)作為調(diào)制信號對載頻信號進(jìn)行調(diào)相,則可得到:

可知,對于uΩ(t)來說,上式是一個調(diào)頻信號表達(dá)式。8.3

調(diào)頻方法概述8.3

調(diào)頻方法概述一、變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路1.變?nèi)荻O管的符號與特性二極管是單向?qū)щ娫魧⑵浞聪蚱?，并始終控制在截止區(qū)時，PN結(jié)的結(jié)電容的大小隨反向控制電壓的變化而變化，因此PN結(jié)二極管可制成變?nèi)荻O管。調(diào)制信號uΩ(t)

保證管子始終處于截止?fàn)顟B(tài)的直流電源E>UΩm變?nèi)荻O管8.4

變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路Cj0——為未外加電壓時的結(jié)電容(u=0)UD——PN結(jié)勢壘電位差（硅管0.4-0.7v、鍺管0.2-0.3v）γ——結(jié)電容變化指數(shù)，由結(jié)的類型和摻雜濃度決定。變?nèi)荻O管的電容看：教材P1923.變?nèi)荻O管的結(jié)電容變?nèi)荻O管的調(diào)頻電路γ>1超突變結(jié)突變結(jié)緩變結(jié)看：教材P194-

P195優(yōu)點(diǎn)：電路簡單、頻偏大缺點(diǎn)：振蕩（中心）頻率不穩(wěn)定2.變?nèi)荻O管的調(diào)頻電路的優(yōu)缺點(diǎn)（補(bǔ)充內(nèi)容）3.變?nèi)荻O管調(diào)頻電路實(shí)例：8.4

變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路故變?nèi)荻O管的實(shí)際電容值會受到高頻振蕩的影響。若高頻振蕩電壓振幅太大,還可能使疊加后的瞬時電壓造成變?nèi)荻O管正偏。采用兩個變?nèi)荻O管對接,從圖(b)所示高頻等效電路可知,兩管對于高頻振蕩電壓來說是串聯(lián)的,故加在每個管上的高頻振蕩電壓振幅減半。注意：2.對于直流偏壓和低頻調(diào)制電壓來說,兩管是并聯(lián)關(guān)系,

故工作狀態(tài)不受影響。這種方式的缺點(diǎn)是調(diào)頻靈敏度有所降低,因?yàn)閮勺內(nèi)莨艽?lián)后總結(jié)電容減半。8.4

變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路8.4

變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路1.在變?nèi)荻O管的直流偏壓上不僅加有低頻調(diào)制電壓,而且疊加有回路里的高頻振蕩電壓。注意：一、間接調(diào)頻的優(yōu)點(diǎn)：調(diào)制器與振蕩器是分開的，對振蕩回路影響小，頻率穩(wěn)定度高。二、間接調(diào)頻的原理：二、石英晶體振蕩器直接調(diào)頻：見教材P197-P1988.5

石英晶體直接調(diào)頻電路8.7

調(diào)相電路8.7

調(diào)相電路關(guān)鍵：調(diào)相電路如何實(shí)現(xiàn)？實(shí)現(xiàn)調(diào)相的目標(biāo)：

信號的相位移⊿Φ與調(diào)制信號cosΩt成線性關(guān)系。8.7

調(diào)相電路8.7

調(diào)相電路實(shí)現(xiàn)調(diào)相的方法：第一類：可變移相法。第二類：可變時延法第三類：矢量合成法三、變?nèi)荻O管調(diào)相電路（可變移相法）8.7

調(diào)相電路設(shè)調(diào)制信號uΩ=UΩmcosΩt經(jīng)4.7μF電容耦合到變?nèi)荻O管上,

則由電感L和變?nèi)荻O管組成的LCj回路的中心角頻率ω(t)將隨調(diào)制電壓而變化。顯然：調(diào)制信號隨時間變化→電容Cj變化→LCj的諧振頻率變化→載波信號ωc≠LCj的諧振頻率→回路處于失諧狀態(tài)。8.7

調(diào)相電路由于m<1,因此可忽略m2及其高次項(xiàng)，于是可得：瞬時角頻率差為：對LC并聯(lián)諧振回路的分析,當(dāng)失諧不大時,回路輸出電壓與輸入電流的相位差可近似表示為:Δφ(t)=-arctan

當(dāng)變?nèi)荻O管相移網(wǎng)絡(luò)的可變中心角頻率ω(t)對于輸入載波角頻率ωc失諧不大時,載波信號通過相移網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的相移可近似表示?？梢姡合辔灰屁S

Φ與調(diào)制信號呈線性關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了調(diào)相。變?nèi)荻O管相移網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)線性調(diào)相,但受回路相頻特性非線性的限制,必須滿足mp≤,調(diào)制范圍很窄,屬窄帶調(diào)相。注意：本質(zhì)上就是利用并聯(lián)諧振回路的頻率和相位呈線性關(guān)系。8.7

調(diào)相電路8.7.3矢量合成法調(diào)相電路：工作原理：見教材P2068.7

調(diào)相電路第9章調(diào)角波的解調(diào)前言：一、調(diào)角波的解調(diào)任務(wù)：

在調(diào)角波中調(diào)制信號寄存于已調(diào)波的瞬時頻率或瞬時相位變化中，解調(diào)的任務(wù)就是把已調(diào)波的瞬時頻率或者瞬時相位的變化轉(zhuǎn)化為電壓變化。即：頻率轉(zhuǎn)化為電壓→鑒頻（對調(diào)頻信號的解調(diào)）相位轉(zhuǎn)化為電壓→鑒相（對調(diào)相信號的解調(diào)）二、實(shí)現(xiàn)鑒頻的基本方法振幅鑒頻器(斜率鑒頻器)：把等幅的調(diào)頻波變成調(diào)頻調(diào)幅波，然后振幅檢波得到原調(diào)制信號。相位鑒頻器：把等幅的調(diào)頻波變成調(diào)頻調(diào)相波，然后相位檢波（鑒相）得到原調(diào)制信號。三、對鑒頻的基本要求看：教材P2119.2鑒相器一、常用的鑒相器：1.乘積型鑒相器：第9章調(diào)角波的解調(diào)2.門電路鑒相器：調(diào)角波的解調(diào)三、乘積型相位鑒頻器(教材P211)調(diào)角波的解調(diào)1.相位檢波器的原理：關(guān)鍵：參考信號ur(t)與調(diào)相信號同頻正交調(diào)角波的解調(diào)濾掉其中的高頻成分得：顯然：uo與調(diào)制信號uΩ(t)不呈線性關(guān)系調(diào)角波的解調(diào)若：∣φ(t)

∣≤

，可見：輸出信號與調(diào)制信號呈線性關(guān)系，實(shí)現(xiàn)相位的解調(diào)。9.2.2門電路鑒相器：見教材P215

9.3.1鑒頻器實(shí)現(xiàn)鑒頻的三種思路：見教材P2169.3.1雙失諧回路鑒頻器第9章調(diào)角波的解調(diào)uFM-AMuΩ(t)uFM(t)一、失諧回路鑒頻器的整體思路模型二、單失諧回路斜率鑒頻器鑒頻的目標(biāo)：頻率與電壓呈線性關(guān)系。⒈調(diào)頻波變換為調(diào)幅—調(diào)幅波第9章調(diào)角波的解調(diào)——把FM波轉(zhuǎn)換為FM-AM波最簡便的方法是利用失諧的LC調(diào)諧回路，即FM信號的中心頻率處在LC回路幅頻特性曲線的傾斜部分。6.3

調(diào)角波的解調(diào)回憶：并聯(lián)諧振曲線選頻特性曲線N(ω)Q1ω0ω原理：FM波瞬時頻率隨調(diào)制信號變化→LC回路阻抗變化→LC

回路輸出電壓幅度隨調(diào)制信號變化→FM-AM波第9章調(diào)角波的解調(diào)調(diào)頻波變換為調(diào)頻—調(diào)幅波原理圖調(diào)角波的解調(diào)并聯(lián)諧振曲線調(diào)頻波頻率曲線調(diào)頻—調(diào)幅波曲線輸出電壓振幅曲線調(diào)角波的解調(diào)單失諧回路斜率鑒頻器的缺點(diǎn)：單個LC回路的鑒頻線性范圍小、靈敏度不理想。實(shí)際中應(yīng)用較多的是兩個單失諧回路組成的雙失諧回路鑒頻器。調(diào)角波的解調(diào)三、雙失諧回路鑒頻器頻率-幅度變換電路包絡(luò)檢波變換電路uo=u01-u023.為使鑒頻特性曲線對稱，還應(yīng)使

f01-fC=fC-f02。調(diào)角波的解調(diào)雙失諧回路鑒頻器的條件：1.回路Ⅰ的諧振頻率fC

＜f01

，回路Ⅱ的諧振頻率fC

＞f02

。2.為保證鑒頻的線性范圍，調(diào)f01、f02，使f01-

f02

＞2⊿fmaxu02u01f02f01鑒頻特性曲線在載頻fc上疊加調(diào)制信號回路Ⅱ的諧振曲線回路Ⅰ的諧振曲線Ⅰ、Ⅱ回路疊加后的諧振曲線頻率轉(zhuǎn)化為的電壓信號雙失諧回路鑒頻器原理理解要點(diǎn)：調(diào)角波的解調(diào)1.當(dāng)輸入調(diào)頻波的頻率f02<f<fc

時，

u01≈0，u02>>u01且由于uo=u01-u02,uo≈-u02

。u02u01f02f012.當(dāng)輸入調(diào)頻波的頻率fc

<f<f01時，

u02≈0，u01>>u02且由于uo=u01-u02,uo≈u01

。3.因此雙失諧斜率鑒頻器的鑒頻特性在頻帶寬度、線性范圍、靈敏度等方面有較大改進(jìn)，應(yīng)用較廣！雙失諧回路鑒頻器實(shí)際電路：見教材p218圖9.10調(diào)角波的解調(diào)一、相位鑒頻器的思路模型（補(bǔ)充內(nèi)容）頻率—相位變換網(wǎng)絡(luò)有:

單諧振回路、耦合回路或RLC電路9.3.2相位鑒頻器并聯(lián)諧振回路的相頻特性對實(shí)現(xiàn)頻率—相位變換的線性網(wǎng)絡(luò),要求移相特性曲線在w=wc時的相移量為0,且在wc附近特性曲線近似為直線.只有當(dāng)輸入調(diào)頻波的瞬時頻率偏移最大值⊿wm比較小時,變換網(wǎng)絡(luò)才可不失真地完成頻率—相位變換.調(diào)角波的解調(diào)調(diào)角波的解調(diào)二、相位鑒頻器的種類1.乘積型相位鑒頻器2.疊加型相位鑒頻器目標(biāo)：把瞬時相位的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化三、乘積型相位鑒頻器(已講過原理)四、疊加型鑒頻器（見：教材P219）1.疊加型相位鑒頻器實(shí)現(xiàn)模型移相網(wǎng)絡(luò)調(diào)角波的解調(diào)四、疊加型鑒頻器（見：教材P219

）以互感耦合型鑒相器為例1.電路：互感耦合式調(diào)頻-調(diào)幅電路包絡(luò)檢波電路Lc高頻扼流圈的阻抗比Cc、C4阻抗高得多，保證U1全部加在Lc上。L2、C2調(diào)諧于fc