高频电子线路第6章ppt课件.ppt
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1、第6章 角度调制与解调电路,怎样用低频调制信号去控制载波信号的频率或相位?什么是角度调制?角度调制和解调的基本特性是什么?调角波信号的定义、表达式、波形、频谱的基本特征是什么?典型的角度调制电路的结构、工作原理、分析方法和性能特点是什么?,6.1 调角信号的基本特性,角度调制是用调制信号去控制载波信号频率或相位变化的一种信号变换形式。如果控制的是频率称为调频(FM),如果控制的是相位称为调相(PM),调频和调相通称为角度调制。在角度调制过程中,载波信号的幅度都不受调制信号的影响。调频信号的解调称为鉴频,调相信号的解调称为鉴相。它们都是从已调信号中还原出原调制信号。,调幅与调频广播,其中调频及调
2、相统称为角度调制,简称调角。,用 称为调幅,(AM),设任意一高频信号 为载波信号,用 称为调频,(FM),用 称为调相,(PM),1.调频信号的时域分析,(1) 调频波的表达式,设:单音信号 ,,调频波的瞬时角频率为,未调载波电压为,是单位调制电压产生的频率偏移量,也称调频灵敏度,有时用 来表示。,6.1.1 调角波的表达式,调频波的相位 是角频率 对时间的积分,,(调频指数 ),则调频波的一般表达式为,瞬时角频率,称为中心频率,调频波的波形图,中心频率,最大角频偏,最大相位偏移,(2) 调频信号的基本参数,为载波频率(中心频率),是调制信号的角频率,是相对于载频的最大角频偏,另外 称为调制
3、指数或最大相位偏移,和 是调频信号的重要参数。,(调相指数 ),调相波的瞬时相位为,2. 调相波,设:单音信号 ,,未调载波电压为,调相波的一般表达式为,(最大角频偏 ),调相波的角频率为:,Jn(Mf)是宗数为Mf的n阶第一类贝塞尔函数,若n=0, 为载波分量,将调频波展开为傅里叶级数,6.1.2 调角波信号的频谱和带宽,将式 进一步展开,有,调频波是由 和无数边频 组成,这些边频对称地分布在载频两边,其幅度决定于调制指数 。,频带宽度,实际,Mf5单音调频波的频谱,例如:在调频广播系统中,,调频信号所占频带比调幅信号宽得多,调频信号的载波一般选在超高频段。,对于多音调制信号的频带宽度,角度
4、调制属于频谱的 非线性变换,能量关系,调频前后,总能量不变,仅是各个分量分配到的能量发生变化。,6.2 调频电路,6.2.1调频的主要性能指标,1. 调制特性,2. 调制灵敏度,3. 最大频偏,4. 频率稳定度,6.2.2 直接调频电路,用调制信号直接控制振荡器的瞬时频率变化的方法称为直接调频法。,如果受控振荡器是产生正弦波的LC振荡器,则振荡频率主要取决于谐振回路的电感和电容,那么将调制信号去控制可变电感或可变电容,就可以使振荡频率按调制信号的规律变化,实现直接调频。,可变电抗的器件很多,其中应用最广的是变容二极管。,1. 变容二级管的特性,利用PN结反相偏置时,势垒电容随外加反偏电压变化的
5、机理,在制作工艺上进行处理,可使二极管的势垒电容随反偏电压呈现较大的变化。这样制作的电容可视为一压控电容,在调频振荡器中起到可变电容的作用。,变容二极管,其结电容 与反偏电压的关系为:,其中: v 为外加电压,VB 为PN结内建电位差,Cj (0) 为 v=0 时的结电容,n 为变容管的变容指数,其大小与制造工艺有关。,变容二极管电容随外电压变化曲线,为了保证变容二极管在调制过程中保持反偏,必须加一个大于Vm的反向偏压VQ,所以外加电压为,若,其中:,称为调制指数。,为 时的结电容。,将此变容二极管接入振荡回路,根据 的变化,将会引起 的变化,进而引起回路振荡频率的变化,从而实现调频。,2.调
6、频电路的主要性能指标,(1) 线性调制特性 已调波的瞬时频率与调制信号成比例地变化。,(2) 中心频率稳定 未调制时的频率c,即中心频率具有一定的稳定度。,(3) 频偏 要大,(4) 调制灵敏度高 单位调制电压产生的频率偏移称为调制点灵敏度,通常 用 或 来估算。,(1) 变容管全部接入振荡回路,用调制信号去控制高频信号的瞬时频率,使其随调制信号作线性变化的电路。,振荡回路由L、Cj构成,C1为高频耦合电容,L1为高频扼流圈,C2为高频旁路电容。,3.变容管的直接调频电路,高频通路,直流和调制频率通路,原理电路,式中 为振荡器的中心频率。,若 ,则有,为线性调频。,最大角频偏,一般情况下, 将
7、,按幂级数展开,并忽略高次项,得,中心频率漂移,二次谐波,最大角频偏,角频偏,变容二极管结电容变化曲线,中心频率产生漂移,(2) 变容管部分接入的直接调频,变容管作为振荡回路总电容时,调制信号对振荡频率的调变能力强,灵敏度高,较小的m值能产生较大的相对频偏。但同时,因外界因素变化引起VQ的变化时,造成载波频率的不稳定也相对增大。 为了克服这些缺点,一般采用变容管部分接入的振荡回路。,变容管部分接入的振荡回路,振荡频率为,其中,在采用变容管部分接入振荡回路的直接调频电路中,选用n2的变容管,并反复调节C1、C2和VQ的值,就能在一定的调制电压范围内使n2,获得近似线性调频。,当C1和C2调整到最
8、佳值时,最大角频偏为,式中,其中,电路组成,1.变容管全部接入,2.变容管部分接入,4.变容管直接调频电路举例,(1)变容管全部接入,高频通路,(2)变容管部分接入,高频通路,5.晶体振荡直接调频电路,晶体直接调频原理图,晶体振荡器直接调频电路,为了得到中心频率稳定度更高的调频信号,采用间接调频法。间接调频法就是利用调相的方法来实现调频。,定义:若用 信号实现调相,实际上对 而言是实现调频,则称为间接调频。,6.2.3 间接调频电路,当 时,,相角,并联谐振回路的相频特性,将载波信号 通过一个相移受调制信号 控制的网络,即可实现调相。,可变移相电路的实现框图,移相法调相电路,变容二极管管调相电
9、路,调相电路,等效电路,调相过程:,当 时,,当 时,,将 代入,得,单级变容管调相电路输出表达式:,RC 积分网络,条件:,单级变容间接调频电路,设输入信号电压,单级变容间接调频电路,R3C3等效为一积分电路,当 时,,满足,多极变容管调相电路(以三级为例),在单级调相电路中 ,为了增大MP,必须采用多级单回路变容二极管调相电路。,三级变容间接调频,最大值为,6.2.4 扩展最大频偏的方法,最大频偏是频率调制器的主要性能指标,在实际调频设备中,如果需要的最大频偏不能由调频电路达到,则如何扩展最大频偏是设计调频设备的关键问题。,1.基本概念,设一调频波的瞬时角频率为,将其n 倍频后得,可见,倍
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