通信电路ch06_4

1笫6章调制与解调6.1调制的基本概念6.2幅度调制6.2.1标准幅度调制与解调6.2.2抑制载波调幅、单边带调幅和残留边带调幅6.2.3正交幅度调制与解调6.2.4数字信号调幅6.3角度调制6.3.1角调调制的基本概念6.3.2频率调制信号的性质6.3.4实现频率调制的方法与电路6.3.5调频波的解调方法与电路6.4数字信号的相位调制26.3.4.1变容二极管直接调频电路（1）变容二极管的特性变容管是利用半导体PN结的势垒电容随反向电压变化制成的一种二极管变容管PN结必须反向偏置V为变容管两端加的电压，V=0时变容管的等效电容为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缓变结变容管，其=1/3；突变结变容管，其=1/2；超突变结变容管，其=2。接触（内建）电位差为，硅管约为0.7V，锗管约为0.2V)1(0VCC0VC0C0C3（2）加在变容二极管两端的电压加到变容管两端的电压，它由三部分组成：偏置电压调制电压回路振荡电压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v为：BV)(tvfBV)(tvftVtvmfcos)(tVVvmBcos4（3）变容二极管作为振荡回路总电容变容二极管作为振荡回路总电容的调频原理分析：假定振荡器的振荡频率由该回路决定。为变容二极管的电容，则回路的谐振频率也即振荡器的振荡频率为)1(0VCCctVVvmBcoscCcLCf215变容二极管电容随调制电压而变化得：)1(0'0BVCCBVBmcVVmBmVV1cm)cos1(]cos1[)1(]cos)1[()cos1('0000tmCtVVVCtVVCtVVCCcBmBmBmBc式中：表示变容管在只有偏置电压作用时所呈现的电容。该电容参与决定调频波的中心频率称为电容调制度，因，故。6（4）变容二极管的调制特性分析可得振荡频率的表示式为：可展开为：1)2)(1(!31)1(!211)1(32xxnnnxnnnxxn]2cos)12(8)12(8cos21[])cos)(12(2!21cos21[222tmmtmftmtmffccccccc利用展开式：22/'0]cos1[]cos1[2121tmftmLCLCfcccC'0(1cos)ccCCmt7变容二极管的调制特性分析可得调制特性为：上式表明：有与调制信号成正比的成分（频率）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，从而使频率调制过程产生了非线性失真tmmtmfffccccc2cos)12(8)12(8cos222ccmfmf2最大频偏(cos)2ccmtf2((1))82ccmf2((1)cos2)82ccmtf]2cos)12(8)12(8cos21[])cos)(12(2!21cos21[222tmmtmftmtmffccccccc提高mc、fc可增大绝对频偏。Mc大失真大。8变容二极管的调制特性分析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的区域,得到实际调频电路中变容管上还作用着高频振荡电压，会影响调频线性、振荡幅度（产生寄生调幅）、中心频率稳定度等实际调频电路中使变容管部分接入振荡回路－－频偏会减小)cos1(tmffcc2CCCCCCCC221选变容管，并调C1、C2和VB以得好的线性222/'0]cos1[]cos1[2121tmftmLCLCfcccC96.3.4.2变容二极管的调频电路变容二极管的调频电路组成：LC振荡器（一般三点式）＋变容管控制电路变容管控制电路：偏置电压（反偏）电路和将调制信号有效加至变容管上的电路变容管控制电路原则：不影响振荡器的正常工作。振荡信号也不影响控制电路电路中常常采用高频扼流圈及隔直电容、滤波电容10例190MHz变容二极管调频电路例190MHz调频电路11例1电路的高频等效电路90MHz调频电路的高频等效电路(b)12例2背靠背变容二极管调频电路例25CA1C1D2C1PLPF1000K1dE)(tvf3C4C6C7C8C9CPF10PF15PF15PF33PF1000PF1000PF1000PF10002PL3PL4PLL2R3RK3.4K10VVCC122D'A'BB1R100K返回13电路中几个电感的作用：振荡回路中的电感与C3、C4、C5、D1、D2构成选频网络决定频率，并为晶体管提供直流通路；：高频扼流圈，与一起为晶体管提供直流偏置通路，对高频开路，降低对振荡回路的影响；：高频扼流圈，为变容管提供直流偏置，在振荡频率点上开路，消除偏置电阻对振荡回路的影响；：高频扼流圈，为两个变容管提供直流通路，为调制信号提供通路，在振荡频率点上开路，阻断调制信号源及偏置电阻对振荡回路的影响，同时阻断振荡信号对调制信号源的影响；：高频扼流圈，和C7、C8共同构成电源滤波，阻断电源干扰对振荡回路的影响，同时阻断振荡信号进入电源L3pL1pL321,,RRR3R4pL2pL14背靠背变容二极管调制电路的特点电路特点：两个变容二极管同极性对接，称为背靠背联接。对振荡信号，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。背靠背联接可改善寄生调幅。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。产生寄生调幅。对从B-B’端加入的直流偏置电压和调制电压两只变容管相当于并联。两管所处的偏置点和受调状态是相同的。总电容变化范围减小，频偏减小，线性好。L1D2D3C5CA'A2C1D2D'BB15例3：求1、画出变容管直流通路、调制通路、调频电路的高频等效电路。2、调频波的中心频率；最大频偏；输出和加在变容管上的电压的表示式。cf)(tvO)(tvCPFC40为0.2vrms)(102cos2)(3Vttvfcf0.260.340.490.310.130.04)(tvO已知：频谱图及返回1返回216例3（续1）（a）高频等效电路(b)变容管的直流通路（c）变容管的调制信号通路17例3（续2）调频波的中心频率：最大频偏：由频谱图思考：若已知调制信号幅度频偏如何求？求求变容管上所加电压有三部分：偏置电压、调制信号、高频振荡52CPFMHZfc10FFmBWF8)1(21.03FmKHZFmfFm3)(]102sin3102cos[2.02)(37Vtttvo)(]102sin3102cos[2.02)102cos(24)(373VttttvC)(tvO)(tvC*频谱图上有数值时答案是唯一的。？18变容二极管直接调频电路的优缺点（1）变容二极管直接调频电路的优缺点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产生了中心频率的偏移。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的区域。（变容管部分接入振荡回路）用两个变容二极管背靠背联接电路或变容管部分接入振荡回路这可以减弱变容管对回路Q值的影响，减小寄生调幅用晶体振荡器直接调频电路2196.3.4.3晶体振荡器直接调频电路电路中晶体当等效电感元件用工作频率在和之间变容管改变了晶体等效电抗值，使频率改变两个谐振频率十分接近频偏小，但中心频率稳定度高1C2CDTJqXCXqLqC0CCCqfpfqqqCLf210021CCCCLfqqqpqqppffff2120晶体调频电路扩大频偏方法1--串电感晶体与变容二极管串联中心频率稳定度提高，频偏很小（相对频偏10-4量级）CC'qf)(fX0qfpff'qf'qqffqqff''qfqLqC0CL0qfpf'qf)(fXL调频时，瞬时频率可在与之间变，所以频偏加大。随变'qfpf（3）加大频偏的措施：串电感，或并电感21晶体调频电路扩大频偏方法2--并电感加大频偏的措施：并电感当工作频率很高时，，支路呈电感，再并电感调频时，瞬时频率可在之间变，频偏可加大qfqLqC0CLqLqCLppff'0qfpff)(fX'pf'pf22晶体调频电路扩大频偏方法3—倍频工作频率:100MHz.Q1低频放大,Q2接成皮尔斯振荡器等效电路如图(b),Q2集电极回路调谐在晶体振荡频率的三次谐波上,在晶体振荡频率处可视为短路.振荡平衡时Q2集电极电流含丰富谐波,回路选出三次谐波完成三倍频功能.－－载波和频偏都扩大了三倍。(振荡部分)无线话筒发射机236.3.4.4间接调频－－关键是调相器先将调制信号进行积分处理，再进行调相而得到调频波，其方框如下图所示调相器：载波通过失谐回路矢量合成法优点：载波中心频率稳定度较好缺点：频偏小（受调相器线性的限制）24（1）*变容二极管调相电路（指导书p276-279)电路组成：L和变容二极管构成谐振回路，为隔离电阻，将谐振回路的输入与输出端隔离。同时还将输入载波电压变换为谐振回路的激励电流，是变容管控制电路中的偏压1R2R1R1()ccviR源与调制信号之间的隔离电阻，、、、为隔直电容，对高频短路。若调制信号则当时，构成积分电路，实际加到变容管上的调制信号电压为4R1C2C3C4C()cosmvtVt341RC3R4C'004343411()()()sintTmVvtitdtvtdttCRCRC3()()vtitR充电电流25变容二极管调相电路工作原理变容管接在谐振回路里，因调制信号的作用，变容管结电容发生变化使回路的谐振频率改变，当载波通过这个回路时，因失谐而产生相移，获得调相。高频等效电路0000()(1sin)()2crtmtt加调制信号后谐振回路的中心频率为忽略了的二次及二次方以上各项cm0'01LC'34()mmcBBVVmVRCV电容调制度26变容二极管调相电路原理（续）当载波电流激励谐振回路时cos()ccmciItjLC()()cos[()]ocmcczcvtIZt()cZ()zc和分别是谐振回路在处的阻抗的模和相移c00()()arctan[2]()czcLtQt0000(())()()arctan[2]arctan[2]()()cczcLLccttQQtt0c当满足条件时，由于上式简化为：()6zc0()ct0sin()2()22sinsincczcLLLcpccrmttQQQrmtmtpLcmQrm为最大相移27三级变容管间接调频电路每个回路都由变容管调相，各变容管受同一调制信号调变。调节电阻调节QL，以使三个回路产生相等的相移。减小各个回路之间的相互影响，采用1pF的小电容耦合。电路总相移近似等于三级回路相移之和。积分电路由电阻和电容组成加到电容的电压即为变容管的调制电压－积分后的值。三级变容管间接调频电路1(470)Rk'(30.02)cCFcC'()vt28（2）矢量合成法（阿姆斯特朗法）调相电路)cossin(sin)coscos(cos)coscos()(tmttmttmttvpcpcpcPM