第6章67611频谱变换电路.ppt

在通信系统中，角度及解调电路不同于频谱搬移电路。它在通信系统中，角度及解调电路不同于频谱搬移电路。它是用低频信号去调制高频振荡的相角，或是从已调波中解出是用低频信号去调制高频振荡的相角，或是从已调波中解出调制信号所进行的频谱变换，这种变换不是线形变换，而是调制信号所进行的频谱变换，这种变换不是线形变换，而是非线形变换。因此，非线形变换。因此，我们把角度调制及调角波的解调电路称我们把角度调制及调角波的解调电路称为频谱非线形变换电路为频谱非线形变换电路。调频（）调频（）：如果高频振荡器的频率变化量和调制信号：如果高频振荡器的频率变化量和调制信号成成正正比，则称调频。比，则称调频。调相（）调相（）：如果高频振荡器的相位变化量和调制信号：如果高频振荡器的相位变化量和调制信号成成正正比，则称调相。由于频率的变化和相位的变化都表现为比，则称调相。由于频率的变化和相位的变化都表现为总相角的变化，因此，将总相角的变化，因此，将调频和调相统称为调角调频和调相统称为调角。.调角波的基本性质调角波的基本性质 式中，式中，Am为简谐振荡的幅度，为简谐振荡的幅度，为简谐振荡的总相角为简谐振荡的总相角 式中式中 为瞬时角频率，为瞬时角频率，为初始相位。为初始相位。6.7.1 6.7.1 瞬时相位和瞬时频率的概念瞬时相位和瞬时频率的概念 对于简谐振荡可以写成一般形式对于简谐振荡可以写成一般形式(t)Aa(t)mcos t dt(t)dt t dttt00)(t0如果如果 是随时间变化的，瞬时相位为是随时间变化的，瞬时相位为 00t dttt)(t一般表达式为一般表达式为 00cost dtAtatm6.7.2 6.7.2 调相波和调频波调相波和调频波 调相调相高频振荡瞬时相位的变化量与调制信号成正比。高频振荡瞬时相位的变化量与调制信号成正比。根据定义调相波的表达式为根据定义调相波的表达式为(t)uktUupccmPMcos(t)t(t)ukt(t)pcpc tp maxtppk可见可见为比例系数；为比例系数；为瞬时相位偏移；为瞬时相位偏移；称为最大相移，或称调制指数，以称为最大相移，或称调制指数，以mp表示表示瞬时角频率为：瞬时角频率为：)()()()(tdttdukdttdtpcpc于是于是dttduktpp)()(式中，为瞬间相位偏移，即相式中，为瞬间相位偏移，即相对于的偏移。的最大值称为最大相移，习惯上对于的偏移。的最大值称为最大相移，习惯上又称调频指数，用又称调频指数，用m mf f表示，即表示，即调频波的表达式为调频波的表达式为)()(cos0tuktt)dt(uktUufftfccmFMfkf fftmax maxtukff为比例系数；为比例系数；表示瞬时角频率相对于的偏移表示瞬时角频率相对于的偏移称为最大角偏移，简称频偏称为最大角偏移，简称频偏当当00时，时，可得调频波的瞬时相位可得调频波的瞬时相位(t)tt)dt(ukt(t)fctfc0t)dt(uk(t)tff0tc(t)fmax0td)t(ukmtff直接调频就是用调制信号去控制高频振荡器的振荡频率，直接调频就是用调制信号去控制高频振荡器的振荡频率，使它不失真地反映调制信号的变化规律使它不失真地反映调制信号的变化规律。因此，凡是能直接。因此，凡是能直接影响振荡频率的元件或参数，只要用调制信号去控制，使振影响振荡频率的元件或参数，只要用调制信号去控制，使振荡频率的变化量能随调制信号而线形变化，都可以完成直接荡频率的变化量能随调制信号而线形变化，都可以完成直接调频的任务。调频的任务。在正弦波振荡器中，由于其振荡频率主要取决于振荡在正弦波振荡器中，由于其振荡频率主要取决于振荡回路的电感量和电容量，所以在振荡回路中接入可控电抗回路的电感量和电容量，所以在振荡回路中接入可控电抗器，就可以实现直接调频。器，就可以实现直接调频。6.8 6.8 直接调频电路直接调频电路可控电抗器的种类很多，有声波控制的电容式话筒或驻极可控电抗器的种类很多，有声波控制的电容式话筒或驻极体话筒，有电压控制的变容二极管和电抗管，还有电流控制体话筒，有电压控制的变容二极管和电抗管，还有电流控制的可变电感等。只要将可控电抗器接入振荡器的振荡回的可变电感等。只要将可控电抗器接入振荡器的振荡回路，就能利用振荡器产生调频波。路，就能利用振荡器产生调频波。6.6.1.1变容二极管调频电路变容二极管调频电路变容二极管是利用变容二极管是利用pnpn结的结电容随反向电压（反偏）变化结的结电容随反向电压（反偏）变化这一特性制成的一种电压控制的可控电抗器这一特性制成的一种电压控制的可控电抗器。将变容二极管。将变容二极管接入振荡器的振荡回路，用调制电压去控制变容管的电接入振荡器的振荡回路，用调制电压去控制变容管的电容量，从而控制振荡器的振荡频率达到调频的目的。容量，从而控制振荡器的振荡频率达到调频的目的。变容二极管结电容（势垒电容）可用下式表示变容二极管结电容（势垒电容）可用下式表示)1(0DjjVuCC变容管加上偏置电压和调制电压后，总的控制电压为变容管加上偏置电压和调制电压后，总的控制电压为tUV(T)UVumQQcos由以上两式得由以上两式得t)m(C )VVtU()VV(C)VtUV(CVu(CCcjQQDmDQjDmQjDjjcos1cos11 cos1)10001.变容管作为振荡回路的总电容变容管作为振荡回路的总电容下图为变容二极管接入振荡回路的交流等效电路。下图为变容二极管接入振荡回路的交流等效电路。22)1()(1(1)(xVVtuLCxcQDcj设振荡频率近似等于振荡回路的振荡频率，且忽略加在变设振荡频率近似等于振荡回路的振荡频率，且忽略加在变容管上的高频电压。则瞬时角频率为容管上的高频电压。则瞬时角频率为.变容管部分接入振荡回路变容管部分接入振荡回路 为了提高载波频率稳定度，往往采用变容管部分接入振为了提高载波频率稳定度，往往采用变容管部分接入振荡回路的办法。荡回路的办法。振荡回路电容的变化量和调制信号的关系。有振荡回路电容的变化量和调制信号的关系。有tttKftfc3cos2coscos)(3210jQQjQCCCpCCpK22226.6.晶体振荡器直接调频电路晶体振荡器直接调频电路在某些实际情况下，为了满足中心频率稳定度较高的要在某些实际情况下，为了满足中心频率稳定度较高的要求，有时采用石英晶体振荡器直接调频电路。求，有时采用石英晶体振荡器直接调频电路。晶体振荡器有两种：一种是工作在石英晶体的串联振荡频晶体振荡器有两种：一种是工作在石英晶体的串联振荡频率上，晶体等效为一个短路元件，起着选频的作用；另一种率上，晶体等效为一个短路元件，起着选频的作用；另一种是工作于晶体串联和并联谐振频率之间，晶体等效为一个高是工作于晶体串联和并联谐振频率之间，晶体等效为一个高品质因数的电感元件，作为振荡元件之一。品质因数的电感元件，作为振荡元件之一。通常是利用变容二极管控制后一种晶体振荡器的振荡频率通常是利用变容二极管控制后一种晶体振荡器的振荡频率来实现调频来实现调频。如果电容二极管与石英晶体串联，其等效电路和电抗特性如果电容二极管与石英晶体串联，其等效电路和电抗特性如下图所示。如下图所示。利用这个原理，用调制信号改变利用这个原理，用调制信号改变j j的方法可以改变晶体振的方法可以改变晶体振荡器的振荡频率，从而达到调频的目的。由于荡器的振荡频率，从而达到调频的目的。由于j j与石英晶体与石英晶体串联，而串联，而f fq q和和f fp p又靠得近，因而调频的频偏又靠得近，因而调频的频偏 很小，相对很小，相对频偏只能达到频偏只能达到.左右。左右。cff 6.6.电容话筒调频电路电容话筒调频电路电容花筒在声波作用下，内部的金属薄膜产生振动，会引电容花筒在声波作用下，内部的金属薄膜产生振动，会引起薄膜与另一电极之间电容量的变化。如果把电容式话筒直起薄膜与另一电极之间电容量的变化。如果把电容式话筒直接接到振荡器的谐振回路中，作为回路电抗就可构成调频电接接到振荡器的谐振回路中，作为回路电抗就可构成调频电路。路。下图是电容式话筒调频发射机实例。下图是电容式话筒调频发射机实例。6.6.电抗管调频电路电抗管调频电路电抗管与变容管一样，也是一种电压控制的可控电抗器。电抗管与变容管一样，也是一种电压控制的可控电抗器。受控源可以是电子管、晶体管和场效应管。受控源可以是电子管、晶体管和场效应管。下图为场效应管下图为场效应管构成的电抗管原理图。构成的电抗管原理图。在直接调频电路中，为了提高中心频率的稳定度必须采取在直接调频电路中，为了提高中心频率的稳定度必须采取一些措施。在这些措施中，即使对晶体管振荡器直接调频，一些措施。在这些措施中，即使对晶体管振荡器直接调频，其中心频率稳定度有不如不调频的晶体振荡器的频率稳定度其中心频率稳定度有不如不调频的晶体振荡器的频率稳定度高，而且起相对频移太小。若调制不在晶体振荡器进行，而高，而且起相对频移太小。若调制不在晶体振荡器进行，而是在其后的某一级放大器中进行，将调制信号积分以后对晶是在其后的某一级放大器中进行，将调制信号积分以后对晶振送来的载波进行调相，对积分前的信号（即调制信号）而振送来的载波进行调相，对积分前的信号（即调制信号）而言，就可以得到调频波了，这就是言，就可以得到调频波了，这就是间接调频间接调频。显然，这时。显然，这时中中心频率稳定度就等于晶体振荡器的频率稳定度心频率稳定度就等于晶体振荡器的频率稳定度。.间接调频电路间接调频电路间接调频的关键电路是调相电路间接调频的关键电路是调相电路，下面仅介绍常用的变容，下面仅介绍常用的变容二极管调相电路。二极管调相电路。将变容二极管接在高频放大器的谐振回路里，就可构成变将变容二极管接在高频放大器的谐振回路里，就可构成变容二极管调相电路。电路中，由于调制信号的作用使回路谐容二极管调相电路。电路中，由于调制信号的作用使回路谐振频率改变，当载波通过这个回路时由于失谐而产生相移，振频率改变，当载波通过这个回路时由于失谐而产生相移，从而获得调相。从而获得调相。下图是单级谐振回路变容管调相电路。下图是单级谐振回路变容管调相电路。上图（上图（a a）中，变容管的电容）中，变容管的电容j j和电感组成谐振回路，和电感组成谐振回路，作为变容相移网络。作为变容相移网络。和和是谐振贿赂输入和输出端上的是谐振贿赂输入和输出端上的隔离电阻，隔离电阻，是偏压电源与调制信号源之间的隔离电阻。是偏压电源与调制信号源之间的隔离电阻。三个三个.电容对高频短路，而对调制信号开路。电容对高频短路，而对调制信号开路。下图是采用三级单回路级联构成的电路。下图是采用三级单回路级联构成的电路。图中，每个回路都由变容管调相电路，而各变容管的电容图中，每个回路都由变容管调相电路，而各变容管的电容均受同一调制信号调变。每个回路的值可由电阻均受同一调制信号调变。每个回路的值可由电阻、调节，以使三个回路产生相等的相移。为了减少调节，以使三个回路产生相等的相移。为了减少各回路的相互影响，各级回路之间都用各回路的相互影响，各级回路之间都用p p的小电容耦的小电容耦合。这样，电路总相移近似等于三级回路相移之和。因此，合。这样，电路总相移近似等于三级回路相移之和。因此，电路可在电路可在范围内得到线形调相。范围内得到线形调相。6.106.10 调频波的解调调频波的解调 调角波包括调频波和调相波调角波包括调频波和调相波。其中。其中,调频波的解调称为频调频波的解调称为频率检波率检波,简称鉴频简称鉴频;完成鉴频功能的电路称为鉴频器完成鉴频功能的电路称为鉴频器;调相波调相波的解调称为相位检波的解调称为相位检波,简称鉴相简称鉴相,完成鉴相功能的电路称为鉴完成鉴相功能的电路称为鉴相器。它们的作用都是从已调波中检出反映在频率或相位相器。它们的作用都是从已调波中检出反映在频率或相位变化上的调制信号变化上的调制信号,但是所采用的方法却不尽相同。但是所采用的方法却不尽相同。在调频波中在调频波中,调制信息包含在高频振荡频率的变化量中。调制信息包含在高