笫6章 调制与解调,6.1 幅度调制 6.2 角度调制 6.2.1 角度调制的基本概念 6.2.2 频率调制信号的性质 6.2.3 实现频率调制的方法与电路 6.2.4 调频波的解调方法与电路,2,3,3,6.2.3 实现频率调制的方法与电路,直接调频 间接调频,6.2.3.1 实现方法,6.2.3.2 调频电路的技术指标,6.2.3.3 变容二极管直接调频电路,1、调制特性 2、调制灵敏度 3、最大频偏fm 4、中心频率稳定度,6.2.3.5 间接调频,1、变容二极管的特性 2、变容二极管调制特性分析 3、变容二极管的调制电路分析 4、变容二极管调制的优缺点,间接调频的优缺点 变容二极管调相电路 矢量合成法调相电路 频偏扩展的方法,6.2.3.4 其他直接调频电路,晶体振荡器直接调频电路,6.2.3 实现频率调制的方法与电路（续1）,1、直接调频： 直接调频就是直接使振荡器的振荡频率随调制信号成线性关系变化。,特点：可变电抗在振荡回路中（变容二极管）。 优点：易于得到比较大的频偏。 缺点：中心频率的稳定度不易做得很高。,5,6.2.3 实现频率调制的方法与电路（续2）,2、间接调频： 利用调频波与调相波之间的关系，先将调制信号进行积分处理，再进行调相而得到调频波。,特点：可变电抗不在振荡回路中，而在振荡器后级。 优点：载波中心频率稳定度较好。 缺点：频偏小。,6,7,6.2.3.2 调频电路的主要技术指标,1、调制特性： 振荡器的频率偏移与调制电压的关系称为调制特性。 在一定电压范围内，调制特性应近似为直线特性。,2、调制灵敏度： 调制电压变化单位数值所产生的频率偏移称为调制灵敏度。,8,6.2.3.2 调频电路的主要技术指标（续1）,3、最大频偏fm ： 在调制电压作用下，所能达到的最大频率偏移。 不同的调频系统对最大频偏有不同的要求： 调频广播：75kHz；无线电话：5kHz。,4、中心频率稳定度： 调频信号的瞬时频率是以稳定的中心频率（载波频率）为基准变化的。 如果中心频率不稳定，就有可能使调频信号的频谱落到接收机通带范围之外，以致不能保证正常通信。,6.2.3.3 变容二极管直接调频电路,（1）变容二极管的特性 变容是利用PN结来实现的。 PN结的电容包括势垒电容和扩散电容两部分。 变容利用的是势垒电容，所以PN结是反向偏置的。,V = 0时变容管的等效电容为C0。 变容指数为，它是一个取决于PN结的结构和杂质分布情况的系数（缓变结，=1/3；突变结，=1/2；超突变结，=2）。 接触电位差为，硅管约为0.7V，锗管约为0.2V 。,C0,10,10,（2）变容二极管的调制特性分析,加到变容管两端的电压，由三部分组成： 偏置电压 （直流） 调制电压 （低频） 回路振荡电压 （高频）,附图一,通常，回路振荡电压幅度较小，可以认为变容管所呈现的电容主要由偏置电压和调制电压决定； 假定调制信号为单频余弦信号， 则加于变容管两端的电压近似为：,11,11,（2）变容二极管的调制特性分析（续1）,（2）变容二极管的调制特性分析（续2）,式中： 表示变容管在只有偏置电压VB作用时所 呈现的电容； 为电容调制度为，因 ，故 mC 1。,13,13,（2）变容二极管的调制特性分析（续3）,振荡频率的表示式为：,于是调制特性为：,返回,可展开为：,14,14,（2）变容二极管的调制特性分析（续4）,上式表明： 有与调制信号成正比的成分； 有常数成分，产生了中心频率的偏移； 有与调制信号频率各次谐波成比例的成分，从而可能使频率调制过程产生非线性失真。,为了减小非线性失真，在变容管调频电路中，总是设法使变容管工作在=2（超突变结）的区域。,例题1：,求调频波的中心频率 ； 最大频偏； 和 。,（3）变容二极管的调制电路分析,16,16,例题1解：,调频波的中心频率：,最大频偏：,c,c,17,17,（3）变容二极管的调制电路分析（续）,返回,R1, R2, R3, LP3 晶体管直流偏置,LP2,C9,避免高频振荡 进入音频调制源,音频调制信号通过LP1, LP2加到变容管上,C7,C8,LP4,电源滤波,LP1,Ed,变容管直流偏置,18,18,（3）变容二极管的调制电路分析（续）,电路特点： 两个变容二极管，并且同极性相对接，通常称为背靠背联接。 对振荡信号来说，两只变容管是串联的，每个变容管上所加有的振荡电压仅为谐振回路两端电压的一半。,上图,当加于变容管两端振荡电压幅度较大时，变容管可能工作于导通状态，这将降低回路的Q值 。,对B-B端加入的直流偏置电压和调制电压来说，两只变容管相当于并联。,19,19,（4）变容二极管直接调频电路的优缺点： 优点：电路简单，变容管本身体积小；工作频率高；易于获得较大的频偏。 缺点：由于偏置电压漂移、温度变化等会改变变容管呈现的电容，从而影响中心频率的稳定度等；在频偏较大时，非线性失真较大。 为了减小非线性失真，在变容管调频电路中，总是设法使变容管工作在=2（超突变结）的区域。 采用两个变容二极管背靠背联接电路，可以减弱变容管对回路Q值的影响。 可采用晶体振荡器直接调频电路来提高中心频率稳定度。但晶体振荡器直接调频相对频偏很小，通常只有10-4量级。,20,6.2.3.4 其他直接调频电路,晶体振荡器直接调频电路,电路特点： 电路中晶体当等效电感元件用。 工作频率在 fq 和 fp 之间。 两个谐振频率十分接近。 虽频偏小，但中心频率稳定度高。,21,21,晶体振荡器直接调频电路（续2）,晶体振荡器直接调频电路： 电路中晶体当等效电感元件用； 两个谐振频率十分接近； 虽频偏小，但中心频率稳定度高。 加大频偏的措施：串电感，并电感。,0,频偏加大。,22,晶体振荡器直接调频电路（续3）,加大频偏的措施：串电感，并电感。,0,当工作频率很高时， ， 支路呈电感， 再并电感 ，频偏加大。,23,晶体振荡器直接调频电路（续1）,举例：无线话筒发射机,输出回路调谐在振荡器三次谐波100MHz上,预加重网络,24,24,6.2.3.5 间接调频,优点：载波中心频率稳定度较好； 缺点：频偏较小。 调相器的类型： 载波通过失谐回路法（调制系数小：/6以内）； 矢量合成法（又称阿姆斯特朗法，调制系数小：/12以内）； 脉冲调相法,25,（1）变容二极管调相电路,载波,调制信号,+9v,输出,变容二极管的调制特性为：,载波频率为 f0 ，回路失谐，则并联回路失谐产生的相移是（失谐较小）：,并联回路产生的相移是按调制信号的规律变化。（即调相）,26,（2）矢量合成法调相电路,获取高频率稳定度的窄带信号,获取需要的频偏,窄带调角信号可以通过倍频器获得宽带调角信号。 下面以产生FM信号为例来说明，如图示。,频谱搬移到工作频段,0 , (t),N (t),N0 ,NBFM,倍频N,f(t),NBFM信号的瞬时频率 (t)= 0 +kFMf(t),经N次倍频后的频率 (t)=N (t)=N 0+NkFMf(t),（3）频偏扩展的方法,倍频将利用非线性器件来实现，这样将产生一些不需要的频率分量，载频也不一定为合适的频率，因此，倍频器之后通常有移频网络以保证获得正确载频的WBFM信号。,最后输出的频率 (t)=N 0+NkFMf(t) r,28,28,例：,已知调频广播的频率范围为88108MHz，某调频广播 发射机要求FM频偏为75KHz，调制信号的最高频率为 15KHz，第一载频为200KHz，频偏为25Hz，试问： 1）倍频次数N=? 2）是否需要移频网络？,解：1） 由题意fmax=75KHz，第一次调频频偏25Hz,于是有： N=7510/25=3000,2）倍频后： fN = 200 10 3000=600 MHz,需要做下变频。,29,实现频率调制的方法与电路小结,实现方法： 间接调频 直接调频 调频电路的技术指标： 1、调制特性 2、调制灵敏度 3、最大频偏fm 4、中心频率稳定度,30,30,实现频率调制的方法与电路小结（续1）,变容二极管直接调频电路 变容二极管的调制特性分析 变容二极管的调制电路分析 变容管两端三部分电压的分析 两个变容二极管的背靠背联接 变容二极管直接调频电路的优缺点 其他直接调频电路 晶体振荡器直接调频电路 间接调频电路 变容二极管调相电路 矢量合成法调相电路 频偏扩展的方法,31,31,6.2.4 调频波的解调方法与电路,6.2.4.1 解调方法,6.2.4.2 频率解调器的技术指标,6.2.4.3 频率解调器电路电路,32,32,6.2.4 调频波的解调方法与电路,6.2.4.1 解调方法（四种）,1、利用锁相环路实现解调。有关这种解调方法的内 容将在第7章锁相环路中讨论。,2、利用调频波的过零信息实现解调： 因为调频波的频率是随调制信号变化的，所以它们在相同的时间间隔内过零点的数目将不同；当瞬时频率高时，过零点的数目就多；瞬时频率低时，过零点的数目就少； 利用调频波的这个特点，可以实现解调。例如BE1调制度测量仪。,33,33,6.2.4 调频波的解调方法与电路,6.2.4.1 解调方法（四种）,1、利用锁相环路实现解调,2、利用调频波的过零信息实现解调,3、将调频波变换为调相调频波，使相位的变化与瞬时频率的变化成正比，然后用相位检波器解调。,34,34,将调频波变换为调相调频波方框图如下图所示：,为了实现调频波到调相调频波的变换，通常是用将调频波延时 t0 时间的方法； 在 t0 满足一定条件时，可以得到相位变化与瞬时频率变化成正比的调相调频波；,由单频余弦信号对载波调频所得到的调频信号，,如果t0的值较小，t0 0.2(rad)，即要求延时t0 0.2/， 则上式可展开并简化为：,其中前面为原调频信号的全相角； 而后面则为一附加相位，该附加相位与调制信号成正比。因此，这个附加相位部分包含了调制信号的信息。 该式表明，调频波延时 t0 后，得到一个调相-调频波。,再将其延时 t0 后可表示为：,36,36,6.2.4 调频波的解调方法与电路,6.2.4.1 解调方法（四种）,1、利用锁相环路实现解调,2、利用调频波的过零信息实现解调,3、将调频波变换为调相调频波，使相位的变化与瞬时频率的变化成正比，然后用相位检波器解调。,4、将等幅调频波变换为幅度变化与频率变化成正比的调幅-调频波，然后用幅度检波器解调。,37,将等幅调频波变换为幅度变化与频率变化成正比的调幅-调频波。这种方法的方框图如下图所示：,因为调频波的频率变化与调制信号成正比，所以变换后信号的幅度变化也与调制信号成正比； 然后用幅度解调器解调，即可得到所需信号。 为了实现调频波到调幅调频波的变换，可以采用： 时间域微分（差分）的办法；（相位鉴频器） 频率域微分（差分）的办法。（双失谐回路鉴频器）,38,调频波变换为调幅-调频波的时间域微分方法,t,39,CAD10 _（补充）,单频正弦信号调制的调频波的频谱分析,时,习题： 6-14，6-15，6-17，6-23，例题,40,40,1.编写第一类Bessel函数与mF(010)的函数关系图。,提示：利用MATLAB中的第一类贝塞尔函数Besselj求得 Jn(mF)的值。 Jn(mF) = Besselj (n,mF),2.画出mF = 0.5, 1.0, 3.0, 5.0时，单频正弦调制的调频波