1、第第6 6章章 模拟角度调制与解调电路模拟角度调制与解调电路6.1 概述概述6.2 角度角度调制与解制与解调原理原理6.3调频电路路6.4 鉴频电路路6.5角度角度调制和解制和解调电路的路的实用用电路路举例例6.6 集成集成调频、鉴频电路芯片介路芯片介绍26.1 概概 述述回回顾问题：（第：（第5章章 调幅系幅系统概念）概念）2.“调制制”与与“解解调”的方式有哪些？的方式有哪些？1.“调制制”与与“解解调”的的过程如何程如何实现？3.“调制制”对应的波形特征？的波形特征？4.4.调制器、解制器、解调器器在无在无线电收收发系系统中的中的位置？位置？3控制控制调调制制低频信号低频信号高频信号高频
2、信号（载波）（载波）载波的参数载波的参数已调波已调波幅度调制（简称幅度调制（简称“调幅调幅”，AM）频率调制（简称频率调制（简称“调频调频”，FM）相位调制（简称相位调制（简称“调相调相”，PM）幅度幅度 频率频率 相位相位角度调制角度调制相角相角6.26.2角度调制与解调原理角度调制与解调原理6.2.1.调角信号的角信号的时域特性域特性 调频信号：信号：非非线性性调制制：频率率调制制 相位相位调制制 非非线性性调制中，瞬制中，瞬时频率和瞬率和瞬时相位之相位之间的关系的关系 设载波波 调制信号制信号 ，调制后制后 瞬瞬时频率率 瞬瞬时相位相位 瞬瞬时相位是瞬相位是瞬时频率的率的积分分瞬瞬时频率
3、是瞬率是瞬时相位的相位的导数数调频波及其数学表达式调频波及其数学表达式 定定义 载波信号的瞬波信号的瞬时频率随率随调制信号制信号线性性变化。化。Kf调频系数，是一个由系数，是一个由调频电路决定的常数。路决定的常数。瞬瞬时相位相位 调频信号的数学表达式信号的数学表达式 相关参数相关参数 角角频率的最大偏移（率的最大偏移（最大最大频偏偏）调频指数指数（最大相移最大相移）2.2.调相信号调相信号设高频载波为调制信号为 调相信号的瞬时相位为瞬时频率 Kp调相系数，取决于调相电路。2.2.调相信号调相信号 调相信号的数学表达式相信号的数学表达式 相关参数相关参数 角角频率的最大偏移（率的最大偏移（最大最
4、大频偏偏）调相指数相指数（最大相移最大相移）表表6 61 1 调频信号和调相信号比较（调频信号和调相信号比较（单音调制单音调制）调频信号调频信号调相信号调相信号瞬时频率瞬时频率瞬时相位瞬时相位最大频偏最大频偏最大相移最大相移数学表达式数学表达式单音调制时的调频和调相信号波形单音调制时的调频和调相信号波形11 调频与与调相的关系相的关系总结 载波信号：波信号：1.调制指数制指数调频时调相相时 2.最大最大频率偏移率偏移频偏偏与调制信号振幅与调制信号振幅成正比，频率成成正比，频率成反比。反比。与调制信号频率无关。与调制信号频率无关。与调制信号的幅度成与调制信号的幅度成正比，与其频率无关正比，与其频
5、率无关FMPM12 FM与与PM的共同点的共同点频偏（即最大频率偏移）频偏（即最大频率偏移）与调制指数与调制指数m 之间都满足：之间都满足：6.2.26.2.2调角信号的频谱调角信号的频谱 讨论单音音调制的情况制的情况 1.1.窄窄带调频（NBFM）：）：mf1其中，其中，这里，里，Jn(mf)是以是以mf为参数的参数的n阶第一第一类贝塞塞尔函数函数，其其值有曲有曲线和函数表可和函数表可查。c 由图可见：由图可见：阶数数n或数或数值mf越大，越大，Jn(mf)的的变化范化范围越小；越小；Jn(mf)随随mf的增大作正的增大作正负交替交替变化；化；mf在某些数在某些数值上，上，Jn(mf)为0，
6、例如，例如 mf=2.40，5.52，8.65，11.79时，J0(mf)为0。图6-6 6-6 贝塞塞尔函数曲函数曲线 贝塞尔函数具有下列性质：贝塞尔函数具有下列性质：因此，因此，调频波的数学表达式可表示波的数学表达式可表示为ccccc可以看出单频调角信号频谱具有以下几个特点可以看出单频调角信号频谱具有以下几个特点:1.1.由由载频和无和无穷多多组上上、下下边频组成成,这些些频率分量率分量满足足 振振幅幅为：（n=0,1,2,)n=0,1,2,)。是是调角信号振幅角信号振幅当当n n为偶数偶数时,两两边频分量振幅相同分量振幅相同,相位相同相位相同;当当n n为奇数奇数时,两两边频分量振幅相同
7、分量振幅相同,相位相反。相位相反。2.M2.M确定后确定后,各各边频分量振幅分量振幅值不是随不是随n n单调变化化,且有且有时候候为零零.因因为各各阶贝塞塞尔函数随函数随M M增大增大变化的化的规律均是衰减振律均是衰减振荡,而各而各边频分量振幅分量振幅值与与对应阶贝塞塞尔函数成正比。函数成正比。3.3.随着随着M M值的增大的增大,具有具有较大振幅的大振幅的边频分量数目增加分量数目增加,载频分量分量振幅呈衰减振振幅呈衰减振荡趋势,在个在个别地方地方(如如 M=2.405 M=2.405、5.5205.520时),),载频分量分量为零。零。4.4.若若调角信号振幅不角信号振幅不变,不任不任M M
8、值怎怎样变化化,总功率不功率不变,且等于且等于载波功率波功率P PC.C.但但载频与各与各边频分量的功率将重新分配分量的功率将重新分配.对于任何于任何M M值,均有均有:6.2.36.2.3调角信号的带宽调角信号的带宽根据根据调角信号的角信号的频谱特点可以看到特点可以看到,虽然理然理论上它的上它的频带无限无限宽，但具有但具有较大振幅的大振幅的频率分量率分量还是集中在是集中在载频附近附近,且上下且上下边频在在振振幅上是幅上是对称的。称的。单音音调制制调频波的波的频谱具有以下特点：具有以下特点：1.1.窄窄带调频（NBFM）：）：mf1时，B=2(mf+1)F2f，由于，由于f与与F无关，所无关，
9、所以以B近似与近似与F无关无关。因此，。因此，FM被称被称为恒定恒定带宽调制制。对于于PM波波 当当mp1时，B2f，此，此时f=KpUm，与，与成正成正比，即比，即PM信号的信号的带宽随随调制信号制信号频率而近似率而近似线性性变化化。因此，因此，在模在模拟调制制时，除利用除利用调相来相来获得得FM信号外，信号外，很少采用很少采用PM调制。制。调角波的功率调角波的功率 单音音调制制时，因此，因此，调角波的平均功率角波的平均功率利用利用贝塞塞尔函数的性函数的性质，则调角波的平均功率角波的平均功率为 因此，因此，调制的制的过程是一个信号功率重新分配的程是一个信号功率重新分配的过程程。ccc例例6.
10、16.1已知音频调制信号的最低频率已知音频调制信号的最低频率 =20Hz,=20Hz,最高频率最高频率 =15 =15 kHz,kHz,若要求最大频偏若要求最大频偏 =45kHz,=45kHz,求出相应调频信号的调频指数求出相应调频信号的调频指数带宽带宽BWBW和带宽内各频率分量的功率之和和带宽内各频率分量的功率之和(假定调频信号总功率为假定调频信号总功率为1 1 1W),1W),画出画出F=15kHzF=15kHz时对应的的频谱图,并求出相并求出相应调相信号的相信号的调相相指数指数 、带宽和最大和最大频偏。偏。解：解：调频信号的调频指数Mf 与调制频率成反比,即：查表可得:J0(3)=-0.
11、261,J1(3)=0.339,J2(3)=0.486,J3(3)=0.309,J4(3)=0.132,由此可画出对应调频信号带宽内的频谱图,共9条谱线。调频信号是等幅波，故单位负载情况下功率调频信号是等幅波，故单位负载情况下功率 与振幅与振幅 的关的关系式为系式为 =/2 =/2。由。由于调频信号总功率为于调频信号总功率为1W,1W,故故 带宽内功率之和内功率之和：调相信号相信号：故：故：若若调相信号最大相信号最大频偏限制在偏限制在45kHz45kHz以内以内,则带宽仍仍为120kHz,120kHz,与与调频信号相同信号相同,但各但各调制制频率率对应的最大的最大频偏偏变化很大化很大,最小者最
12、小者仅60Hz60Hz。6.2.4 调角信号的调制原理调角信号的调制原理1 1、调频原理原理实现频实现频率率调调制的方式一般有两种：一是直接制的方式一般有两种：一是直接调频调频,二是二是间间接接调频调频。（1 1）直接）直接调频 调制信号直接控制决定振制信号直接控制决定振荡器振器振荡频率的某个参数，使率的某个参数，使振振荡器瞬器瞬时频率随率随调制信号大小制信号大小线性性变化。化。直接直接调频的的电路基路基础是一个振是一个振荡器器电路。路。其其优点是点是能能够获得得较大的大的频偏偏，缺点是，缺点是频率率稳定度定度较低低。（2 2）间接调频）间接调频 间接接调频就是利用就是利用调相来相来实现调频，
13、其框，其框图为先先对调制信号制信号 进进行行积积分分,得到得到 ,然后然后将将u u1 1(t)(t)作作为调为调制信号制信号对载频对载频信号信号进进行行调调相相。间接接调频的振的振荡器和器和调制器是分开的，因此制器是分开的，因此可以可以获得得较高的高的频率率稳定度定度。但受。但受线性性调制的限制，制的限制，相移、最大相移、最大频偏都偏都较小，小，通常通常不能不能满足要求，足要求，因此需加倍因此需加倍频器，以器，以扩展展频偏。偏。积分器分器 相位相位调制器制器 倍倍频器器 载波波2.2.调相原理调相原理实现相相位位调制制的的基基本本原原理理是是使使角角频率率为 的的高高频频载载波波 通通过过一
14、一个个可可控控相相移移网网络络,此此网网络络产产生生的的相相移移 受受调调制制电电压压 控控制制,满满足足 的关系的关系。6.2.5 6.2.5 调角信号的解调原理调角信号的解调原理1.鉴相原理 采用乘积鉴相是最常用的方法。若调相信号为：同步信号与载波信号相差/2,为：则：用用低低通通滤滤波波器器取取出出 中中的的低频分量：低频分量：正交乘积鉴相原理图正交乘积鉴相原理图2.2.鉴频原理原理由于随调制信号 成线性变化的瞬时角频率与相位是微分关系而相位与电压又是三角函数关系,因此要从调频信号中直接提取与 成正比的电压信号很困难。通常采用两种间接方法：先将调频信号通过频幅转换网络变成调频先将调频信号
15、通过频幅转换网络变成调频调幅信号调幅信号然后利用包络检波的方式取出调制信号。然后利用包络检波的方式取出调制信号。先将先将调频信号通信号通过频相相转换网网络变成成调频调相信号相信号然后利用然后利用鉴相方式取出相方式取出调制信号。制信号。调频-调幅信号幅信号 调频-调相信号相信号6.3 6.3 调频电路调频电路6.3.1 6.3.1 调频电路的性能指路的性能指标 1.1.调频线性特性性特性 调制特性是描述瞬制特性是描述瞬时频率偏移率偏移f(t)随随调制制电压u(t)变化的特性，要求它在特定化的特性，要求它在特定调制制电压范范围内是内是线性的。性的。2.2.调频灵敏度灵敏度 单位位调制信号制信号电压
16、变化所化所产生的生的频率偏移，用率偏移，用S表示。表示。在在线性性调频范范围内，内，S相当于相当于Kf。3.3.最大线性调制频偏（简称最大线性频偏）最大线性调制频偏（简称最大线性频偏）实际电路的路的调频特性从整体上看是非特性从整体上看是非线性的性的,其中其中线性部分能性部分能够实现的最大的最大频偏称偏称为最大最大线性性频偏。由公式：偏。由公式：及及 得得：最最大大频偏偏与与调频指指数和数和带宽都有密切关系：都有密切关系：当当Um一定，在一定，在调制信号制信号频率范率范围内，内，fm应保持不保持不变。例例：调频广广播播系系统的的要要求求是是75kHz，调频电视伴伴音音系系统的的要要求求是是 50
17、 kHz。4.4.载波波频率率稳定性定性 调频广播系广播系统要求要求载频漂移不超漂移不超过2kHz，调频电视伴伴音系音系统要求要求载频漂移不超漂移不超过500Hz。6.3.2 直接调频电路直接调频电路1.1.变容二极管容二极管调频电路路 （1 1）.变容二极管（回容二极管（回顾第四章第四章4.54.5节 压控振控振荡器）器）利用利用PN结的的势垒电容随反偏容随反偏压大小而大小而变化的特性而制化的特性而制成的一种半成的一种半导体二极管，它是一种体二极管，它是一种电压控制可控制可变电抗元件。抗元件。（2 2）.结电容与反向容与反向电压u的关系的关系 其中，其中，u0时的的结电容，容，PN结的的势垒
18、电位差，位差，变容指数，取决于容指数，取决于 PN结的工的工艺结构。构。由于由于变容二极管接在振容二极管接在振荡器回路中，其器回路中，其结电容成容成为回路回路电容的一部分容的一部分。式中 当当调制制电压u加在加在变容二极管上容二极管上 使加在使加在变容二极管上的反向容二极管上的反向电压受受u控制；控制；从而使得从而使得变容二极管的容二极管的结电容容Cj受受u控制控制；则回路回路总电容容C也要受也要受u控制控制；最后使得振最后使得振荡器的振器的振荡频率受率受u控制，即控制，即瞬瞬时频率随率随u的的变化而化而变化化。称为电容调制指数称为电容调制指数 是归一化调制信号电压,当|x|1。变容指数n=2
19、时：角频偏：其中其中：是是 =0时的振荡角频率时的振荡角频率,即调频电路中即调频电路中心角频率心角频率线性调频线性调频n2n2时时线性角频偏部分线性角频偏部分非线性失真和载频偏移随着非线性失真和载频偏移随着m m 的增大以及的增大以及n n与与2 2之间差值之间差值的增大而增大的增大而增大统一的最大线性角频偏表达式和调频灵敏度表达式分别为：当n确定之后,最大相对线性角频偏 与电容调制度m成正比，虽然增大m会增加最大相对角频偏,但也会增加非线性失真和减小载频稳定度,所以,最大相对角频偏受m的限制。在实际电路中在实际电路中,常采用变容二极管常采用变容二极管部分接入回路的方式部分接入回路的方式,变容
20、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 存在问题：存在问题：叠加在叠加在变容二极管两端的高容二极管两端的高频电压不不仅影响振影响振荡频率随率随调制制电压的的变化化规律，而且律，而且还影响振影响振荡幅度和幅度和频率率稳定度等定度等性能。性能。变容管部分接入振荡回路（小频偏）变容管部分接入振荡回路（小频偏）实际应用中，常采用如右用中，常采用如右图所示的所示的电路：路：其中：其中：C2的作用：的作用：使使变容二极管部分接入振容二极管部分接入振荡回路，回路，提高中心提高中心频率的率的稳定性；定性；由于由于C2的分的分压，加到，加到变容二极管上的高容二极管上的高频振振荡电压也也相相应减小。
21、减小。问题：电容容C1可不可以不加，可不可以不加，为什么要加什么要加C1？因因为高高频电路中存在分布路中存在分布电容，加大容，加大C1提高提高稳定性，但定性，但频偏减小。偏减小。分析思路分析思路：变容二极管上需加固定偏容二极管上需加固定偏压及及u；变容二极管是高容二极管是高频振振荡电路的一部分。路的一部分。C2 对音音频和直流容抗大，可看作开路。和直流容抗大，可看作开路。ZL 对音音频和直流容抗忽略不和直流容抗忽略不计，可看作短路。，可看作短路。变容二极管调频原理电路变容二极管调频原理电路音频时等效电路音频时等效电路高高频时等效等效电路路2.2.晶振变容二极管调频电路晶振变容二极管调频电路 用
22、用调制制信信号号控控制制变容容二二极极管管的的结电容容，以以引引起起晶晶体体等等效效电抗的抗的变化，从而使振化，从而使振荡频率受率受调制信号控制。制信号控制。晶晶振振的的频率率控控制制范范围很很窄窄,仅在在串串联谐振振频率率 与与并并联谐振振频率率 之之间,所所以以晶晶振振调频电路路的的最最大大相相对频偏偏 只只能能达到达到0.01%0.01%左右左右,最大最大线性性频偏偏 也就很小。也就很小。晶体振晶体振荡器器调频，可以，可以获得得较高的中心高的中心频率率稳定度，但定度，但相相对频偏很小（偏很小（104量量级）。）。因此，利用晶体振因此，利用晶体振荡器直接器直接调频产生生FM信号信号时必必须
23、扩展展频偏，方法有两种：偏，方法有两种：利用倍利用倍频和混和混频器分器分别扩展展绝对频偏和相偏和相对频偏；偏；在晶体支路中串在晶体支路中串联一个小一个小电感，使晶体的感，使晶体的串串联谐振振频率从率从 fs 降低到降低到 fs1，扩展展 fs到到 fp 之之间的范的范围。3.3.扩展直接调频电路最大线性频偏的方法扩展直接调频电路最大线性频偏的方法 如要求进一步扩展最大线性频偏,可以采用倍频和混频的方法。设调频电路产生的单频调频信号的瞬时角频率为：经过n倍频电路之后,瞬时角频率变成：n倍频电路可将调频信号的载频和最大频偏同时扩大为原来的n倍,但最大相对频偏仍保持不变。将瞬时角频率为 的调频信号与
24、固定角频率为 的高频正弦信号进行混频,则差频为:混频能使调频信号最大频偏保持不变,最大相对频偏发生变化。如果将直接调频电路的中心频率提高为原来的如果将直接调频电路的中心频率提高为原来的n n倍倍,保持最大相保持最大相对频偏不变对频偏不变,则能够直接得到瞬时角频率为则能够直接得到瞬时角频率为 的调频信号的调频信号,这这样可以省去倍频电路。样可以省去倍频电路。扩展直接调频电路最大线性频偏原理图扩展直接调频电路最大线性频偏原理图 6.3.3 间接调频电路间接调频电路1.1.变容二极管相移网容二极管相移网络 根据并根据并联LCLC回路阻抗的幅回路阻抗的幅频特性和相特性和相频特性特性,将将输入入视为电流
25、流信号信号,输出出视为电压信号信号,我我们来来讨论以下三种不同的情况。以下三种不同的情况。(1)若LC回路中心角频率恒定为 ,输入载波的角频率 =,则称回路处于谐振状态,输出载波信号的频率不变,相移为零。(2)若LC回路中心角频率仍恒定为 ,输入是载频 =的等幅单频调频电流信号,瞬时角频偏为 ,则回路处于失谐状态,如下图(a)所示。由于由于 附近的幅频特性曲线较平坦附近的幅频特性曲线较平坦,故阻抗的幅值变化不大故阻抗的幅值变化不大.若若令输入电流振幅恒定为令输入电流振幅恒定为I,I,输出电压最大变化量为输出电压最大变化量为 附近的相频特附近的相频特性曲线较陡峭性曲线较陡峭附近附近的相频特性曲线
26、较的相频特性曲线较陡峭陡峭,故产生的相移故产生的相移变化变化 很大，最很大，最大变化量为大变化量为输出电压的相位与输出电压的相位与输入电流的相位有输入电流的相位有一个最大相移为一个最大相移为 的相位差的相位差(3)(3)与情况与情况(2)(2)相反相反,若输入是角频率恒定为若输入是角频率恒定为 的载波信号的载波信号,LC,LC回回路的中心角频率路的中心角频率 发生变化发生变化,满足满足 ,且且 =，如图，如图(b)(b)所示所示,显然显然,回路也处于失谐状态回路也处于失谐状态,不过是由于回路阻抗特性曲线的左不过是由于回路阻抗特性曲线的左右平移而产生的右平移而产生的.这时输出电压的振幅变化与相位
27、变化与情况这时输出电压的振幅变化与相位变化与情况(2)(2)完全相似，从上图完全相似，从上图(b)(b)可以很清楚地看到。可以很清楚地看到。变容二极管相移网络属于第（3）种情况。现在来分析这种情况下输出信号的相移表达式输入载波角频率 =，所以瞬时角频率差为:对LCLC并联谐振回路的分析得知,当失谐不大时,回路输出电压与输入电流的相位差可近似表示为:当当|(t)|/6|(t)|/6时时,有近似式有近似式变容二极管相移网络能够实现线性调相,但受回路相频特性非线性的限制,必须满足 /6,调制范围很窄,属窄带调相.为了增大调相指数,可以采用多个相移网络级联方式,各级之间用小电容耦合，上图是三级单回路变
28、容二极管相移网络,可产生的最大相偏为/2.其中22k可调电阻用于调节各回路的 值,使三个回路产生相同的相移。由由得得：2.2.扩展简接调频电路最大线性频偏的方法扩展简接调频电路最大线性频偏的方法 为了扩展间接调频电路的最大线性频偏,同样可以采用倍频和混频的方法。下面是采用倍频和混频相结合扩展频偏方法的电路原理框图。例例6.2 6.2 已知调制信号频率范围为已知调制信号频率范围为40Hz40Hz15kHz,15kHz,载频为载频为90MHz,90MHz,若要若要求用间接调频的方法产生最大频偏为求用间接调频的方法产生最大频偏为75kHz75kHz的调频信号的调频信号,其中调相其中调相电路电路 ,如
29、何实现？如何实现？解：(1)若单独进行调相,则 的调相电路对于最低调制频率 和最高调制频率 能够产生的频偏是不同的,分别为:(2)现采用包括调相电路在内的间接调频电路,则产生调频信号的最大相偏 就应该是内部调相电路实际最大相偏只有最小调制频率 分量获得的 最大.因为只有 分量才能获得0.5.间接调频电路可获得的最大线性频偏为：因为间接调频电路仅能产生最大频偏为因为间接调频电路仅能产生最大频偏为20Hz20Hz的调频信号的调频信号,与要与要 求求75kHz75kHz相差甚远相差甚远.采用在较低载频 上进行调频,然后用倍频方法同时增大载频与最大频偏。要求的相对频偏为：故：由于24 kHz作为载频太
30、低,因此可采用倍频和混频相结合的方法实现。p首先用间接调频电路在120kHz载频上产生 =18.3Hz(=0.46)的调频信号,然后经过四级四倍频电路,可得到载频为30.72MHz,=4.685kHz的调频信号,再和p =36.345MHz的本振进行混频,得到载频为5.625MHz,最大频偏仍为4.685kHz的调频信号,最后经过两级四倍频电路,就能得到载频为90MHz,=75kHz的调频信号了6.46.4鉴频电路鉴频电路6.4.1鉴频电路的主要性能指标1.1.鉴频线性特性：性特性：鉴频电路输出低频解调电压与输入调频信号瞬时频偏的关系称为鉴频特性,理想的鉴频特性应是线性的。实际电路的非线性失真
31、应该尽量减小。2.2.鉴频线性范性范围:输入调频信号的瞬时频率是在载频(c)附近变化,故鉴频特性曲线位于载频附近,其中线性部分大小称为鉴频线性范围。3.3.鉴频灵敏度灵敏度:单位频偏所产生输出电压 的大小4.4.鉴频频带宽度度B B 2f6.4.26.4.2 LCLC回路的频幅和频相转换特性回路的频幅和频相转换特性p 实现鉴频的方法：的方法：1.1.将将调频波通波通过频率率-幅度幅度变换网网络变成幅度随瞬成幅度随瞬时频率率变化的化的调幅幅调频波波，再，再经包包络检波器波器检出出调制信号。制信号。2.2.将将调频波通波通过频率率-相位相位变换网网络变成成调频调相波相波，然后通然后通过相位相位检波
32、器波器检出出调制信号。制信号。1.LC1.LC并联回路的频相转换特性并联回路的频相转换特性 调频信号通过参数恒定的LC回路后,其振幅和相位都发生了变化考虑到正交乘积鉴相的需要,为了获得 90的固定相移,可以在LC并联回路输入端串联一个小电容,整个频相转换网络可看作是一个分压网络。网络电压网络电压传输函数传输函数 若 =0，即输入信号角频率为 ，则 此时网络相当于一个 90相移器。网络的相移函数为：若 时，输出信号的相位为（为输入单频信号相位）由上，输出信号产生了由上，输出信号产生了9090固定相移，而且产生了一个与调制信固定相移，而且产生了一个与调制信号号 成正比的瞬时相移成正比的瞬时相移,所
33、以称此网络为所以称此网络为9090频相转换网络。频相转换网络。输出是一个调频输出是一个调频调相调相信号。信号。2.LC2.LC并并联回路的回路的频幅幅转换特性特性 a.a.斜率斜率鉴频器的理器的理论模型模型 b.b.单失失谐回路斜率回路斜率鉴频器器 （1 1）电路形式与工作原理路形式与工作原理 调频调幅幅变换器器实际上是上是 一个以一个以LCLC回路回路为负载的的调 谐放大器，但放大器，但回路失回路失谐；波形波形变换原理：原理：利用利用谐振回路振回路对不同不同频率呈率呈现不同阻抗的不同阻抗的传输特性。特性。鉴频特性分析鉴频特性分析 鉴频灵敏度的大灵敏度的大小与小与变换器幅器幅频特性特性f0处的
34、斜率成正比的斜率成正比斜斜率率鉴频器；器；变换器幅器幅频特性特性线性范性范围较窄，若要增窄，若要增大，就要降低大，就要降低LC回路的回路的Q值，但又使，但又使鉴频灵敏度降低；灵敏度降低；对输入信号寄生入信号寄生调幅没有抑制幅没有抑制作用。作用。3.LC3.LC频幅、频相转换特性分析中应注意的几个问题频幅、频相转换特性分析中应注意的几个问题 LC频幅、频相转换网络是线性网络,对调频信号的频谱结构不会产生变化,但由于其中每个频率分量的振幅受到不同程度的衰减,相位产生不同大小的偏移,所以输出调频信号的振幅不再是恒定的,相位也发生了变化。换言之,调频信号的频谱既没有产生线性搬移,更没有发生非线性变换,
35、而仅仅是其中各个频率分量的振幅和相位发生了不同的变化而已。在实际调频通信接收系统中,鉴频电路输入调频信号的最大相对频偏并不很大。例如广播电视伴音系统为：50 kHz/6.5MHz0.77%,调频广播系统为：75 kHz/10.7 MHz0.70%。其中6.5 MHz、10.7 MHz分别是相应系统的中频。6.4.3 6.4.3 斜率鉴频电路斜率鉴频电路 利用频幅转换网络将调频信号转换成调频调幅信号,然后再经过检波电路取出原调制信号,这种方法称为斜率鉴频,1.差分峰值鉴频电路前图是差分峰值鉴频电路原理图。这种电路便于集成前图是差分峰值鉴频电路原理图。这种电路便于集成,仅仅LCLC回路元件需外接回
36、路元件需外接,为了了扩大大线性性转换范范围,提高提高鉴频鉴频灵敏度灵敏度,在在图图中中L L1 1C C1 1并并联回路上又添加了一个回路上又添加了一个电容容C C2 2,一起一起组组成了成了频频幅幅转换转换网网络络。检检波部分由差分峰波部分由差分峰值值包包络检络检波器波器组组成。成。考考虑到到V V1 1、V V2 2基极基极输入入电阻非常大阻非常大,故故输输入入调频调频信号信号u us s在在负载上上产生的生的电压u u1 1的振幅的振幅U U1m1m主要由主要由电抗曲抗曲线X X1 1+X+X2 2决定。决定。当当=2 2时,L,L1 1C C1 1C C2 2处于串于串联谐振振,等效阻
37、抗最小等效阻抗最小,故故U U1m1m最小；最小；当当=1 1时,L,L1 1C C1 1C C2 2处于并于并联谐振振,等效阻抗最大等效阻抗最大,故故U U1m1m最大。最大。从从V2V2基极朝左看基极朝左看时时，由于源，由于源电电阻阻RsRs很小，近似短路，故很小，近似短路，故C C2 2上上电压u u2 2的振幅的振幅U U2m2m主要由主要由电抗曲抗曲线X X1 1XX2 2决定。当决定。当=2 2时,L,L1 1C C1 1C C2 2处于并于并联谐振振,故故U U2m2m最大；最大；当当=1 1时,L,L1 1C C1 1C C2 2等效等效容抗很小容抗很小,故故U U2m2m很小
38、。很小。U U1m1m、U U2m2m随随变化的曲线如下图（变化的曲线如下图（a)a)所示。所示。调频信号调频信号u us s经经L L1 1C C1 1C C2 2网络转换成两个不同的调频网络转换成两个不同的调频调调幅信号幅信号u u1 1和和u u2 2。p uo与调频信号瞬时频偏(t)之间满足关系式：p 是差分峰值鉴频电路鉴频灵敏度。p 在=（1+2）/2附近，此鉴频特性线性较好,且鉴频灵敏度比单个LC并联回路有所提高。2.2.参差调谐鉴频器（双失谐回路斜率鉴频器）参差调谐鉴频器（双失谐回路斜率鉴频器）（1 1）电路路 初初级LC回路回路调谐在在输入入调频信号的中心信号的中心频率率fc上
39、，次上，次级上下两个上下两个回路分回路分别调谐在在f1和和f2上。上。设f1fc，f2 fc时，U1U2，Uo为正正值；f fc时，U1U2，Uo为负值。（3 3）优缺点）优缺点 优点点 鉴频灵敏度灵敏度较高，其高，其输出出电压比比单失失谐回路斜率回路斜率鉴频器器的的输出大一倍。出大一倍。缺点缺点 要求上下两个回路要求上下两个回路严格格对称，三个回路要分称，三个回路要分别调谐到三到三个不同的准确个不同的准确频率上，率上，给实际调整增加了困整增加了困难。6.4.46.4.4相位鉴频器相位鉴频器 相位相位鉴频器由两部分器由两部分组成：成：将将调频信号的瞬信号的瞬时频率率变化化变换到附加相移上的到附
40、加相移上的频相相转换网网络；检出附加相移出附加相移变化化的的相位相位检波器波器。相位相位检波器波器又称又称鉴相器相器，有，有乘乘积型型和和叠加型叠加型两种两种实现电路。路。频相相变换包包络检波器波器频相相变换低通低通滤波器波器双差分正交移相式鉴频电路如下图所示的双差分正交移相式鉴频电路如下图所示的9090频相转换网络和双频相转换网络和双差分乘积鉴相器组成差分乘积鉴相器组成,1.1.电路路 调频信号经V1射随后,一路是大信号u1从V7单端输入,另一路是小信号u4经C1、L、C和R组成的90频相转换网络后得到调频调相信号u5,再经V2射随后得到u2,从V3、V6的基极双端输入,V4,V5的基极是固
41、定偏置。在在u u1 1、u u2 2满足线性输入条件下满足线性输入条件下,乘法器输出为：乘法器输出为：pk为乘法器增益。其中低频分量为：当|1|/6时：从以上可以看出,产生一个与调频信号有90固定相移的调频调相信号的目的是使乘法器输出的低频分量与正弦函数成线性关系,以便从中取出与瞬时角频偏 成正比的电压分量。6.4.5 6.4.5 限幅电路限幅电路 已调波信号在发送、传输和接收过程中,不可避免地要受到各种干扰。有些干扰会使已调波信号的振幅发生变化,产生寄生调幅。调幅信号上叠加的寄生调幅很难消除。由于调频信号原本是等幅信号,故可以先用限幅电路把叠加的寄生调幅消除,使其重新成为等幅信号，然后再进
42、行鉴频。1.1.限幅目的限幅目的 调频信号若采用斜率鉴频,需要把调频信号转换成调频调幅信号,显然,寄生调幅会叠加在调频调幅信号的振幅上,因此在振幅检波时会产生失真。若采用相位鉴频,仅在调频信号振幅U1、U2恒定的情况下,鉴频后的信号uo才与原调制信号u成线性关系,所以寄生调幅对U1，U2的影响也会使uo产生失真。2.2.电路电路 (a)(b)在图(a)中,V1和V2一正一反地并接在谐振电路二端.如果信号足够大谐振电路电压高,则二个二极管在正负半周交替导通，起限幅作用.在图(b)是一个带有偏压的二极管限幅电路,当谐振电路的交流电压幅值超过二极管的反向偏压时,二个二极管交替导通.在集电极电压正半周
43、,V2导通,负半周V1导通.当二极管导通时,起限幅作用.这种电路的限幅电压较高,约为E Ed d/2/2。6.4.6 6.4.6 加重电路与静噪电路加重电路与静噪电路1.1.预加重、去加重电路预加重、去加重电路p分析表明，在鉴频电路输出端，噪声功率谱密度与频率平方成正比，即大部分噪声功率分布在高频段，而话音、音乐等信号能量大部分却处于低频段，两者正好相反。为了改善高频段的信噪比，可以在鉴频电路输出端采用具有低通性质的网络滤除高频段噪声。但是这样一来，信号的高频部分也同时受到衰减，产生了失真。p预加重：发射时预先“加重”调制信号的高频分量(a)。p去加重：接收时去除解调信号中“加重”了的高频分量
44、(b)。2.2.静噪电路静噪电路p当调频接收机没有信号输入或信噪比很小时，由于鉴频器对输入信噪比有门限要求（即门限效应），故此时鉴频器输出的噪声很大，所以应将后面的音频功放关闭。当有信号输入，且信噪比较大时，鉴频器输出噪声明显下降，此时再将音频功放开启。实现以上功能的电路就是静噪电路。通常采用在鉴频器之前或之后用低通滤波器提取信号或噪声的平均电平，并根据其电平大小来控制音频功放的关闭和开启。6.5 6.5 角度调制和解调电路的实用电路举例角度调制和解调电路的实用电路举例p1.无线调频话筒电路 电路分为振荡,倍频,功率放大三级.电路中V1、C2C6、R2、R3及L1组成电容三点式振荡器,其振荡频
45、率主要由C3,C4和L1的参数决定,其振荡频率为4454MHz,该信号从L1的中心抽头处输出,再经过C7耦合至V2放大,由C8和L2选出4454MHz的二倍频信号,即88108MHz,此信号由C9耦合至V3进行功率放大，V3由3只3DG12三极管并联组成，可扩大输出功率。6.5.2 6.5.2 调频型无线耳机发射电路调频型无线耳机发射电路电路分为振荡和信号放大部分电路分为振荡和信号放大部分.L1,C2.L1,C2C5,V1C5,V1等组成改进型电容三点等组成改进型电容三点式振荡器式振荡器,采用该改进型的电容三点式振荡器采用该改进型的电容三点式振荡器,频率稳定性好频率稳定性好.振荡振荡器的频率主
46、要由器的频率主要由L1L1和和C2C2决定决定,通过微调通过微调L1,L1,可以覆盖可以覆盖8888108MHz108MHz范围。范围。音频信号经音频信号经R6,C11R6,C11耦合至耦合至V1V1的基极的基极,V1,V1的的,极间电容随音频电压极间电容随音频电压的变化而引起振荡频率的变化，实现频率调制。的变化而引起振荡频率的变化，实现频率调制。6.5.36.5.3晶振式调频发射机电路晶振式调频发射机电路电路中电路中J,VD1,L1,C3J,VD1,L1,C3C5,VC5,V组成晶体振荡电路组成晶体振荡电路.由于石英晶体由于石英晶体J J的频的频率稳定性好率稳定性好,受温度影响也较小受温度影
47、响也较小,所以广泛用于无绳电话及所以广泛用于无绳电话及AVAV调制调制器中器中.V1.V1是是292936MHz36MHz晶体振荡三极管晶体振荡三极管,发射极输出含有丰富的谐波发射极输出含有丰富的谐波成分成分,经经V2V2放大后放大后,在集电极由在集电极由C7,L2C7,L2构成谐振于构成谐振于8888108MHZ108MHZ的网络的网络选出选出3 3倍频信号倍频信号(即即8787108MHZ108MHZ的信号最强的信号最强),),再经再经V3V3放大放大,L3,C9,L3,C9选选频后得到较理想的调频频段信号。频后得到较理想的调频频段信号。6.6 6.6 集成调频、鉴频电路芯片介绍集成调频、
48、鉴频电路芯片介绍 6.6.1 MC2833 6.6.1 MC2833调频电调频电路路MC2833内部包括话筒放大器,射频压控振荡器,缓冲器,两个辅助晶体管放大器等几个主要部分,需要外接晶体,LC选频网络以及少量电阻,电容和电感.它电源电压范围较宽,为2.89.0 V.当电源电压为4.0 V,载频为16.6MHz时,最大频偏可达10 kHz,调制灵敏度可达15HzmV,输出最大功率为10mW(50负载).话筒产生的音频信号从脚输入,经放大后去控制可变电抗元件。6.6.2 MC3361B FM6.6.2 MC3361B FM解调电路解调电路 p采用二次混频,将输入调频信号的载频先变换到10.7MH
49、z的第一中频,然后降到455kHz的第二中频,再进行鉴频.该FM中频电路系列芯片比FM接收电路系列芯片缺少射频放大和第一混频电路,而FM接收电路系列芯片则相当于一个完整的单片接收机,两个系列均采用双差分正交移相式鉴频方式。p从脚输入第一中频为10.7 MHz的调频信号，与10.245MHz的晶振进行第二次混频,产生的455 kHz调频信号从脚外接的带通滤波器FL1取出,然后由脚进入限幅放大器。脚外接的LC并联网络和片内的10 pF小电容组成90频相转换网络。相位鉴频器解调出音频分量由片内放大器放大后,从脚输出，其中一路由外接R3、C7组成的去加重电路送往音频功放，另一路进入脚内的放大器。pMC
50、3361B采用了噪声型静噪电路，由V19V30组成的反相放大器、V31V35组成的静噪触发器和10、11、12、14脚外接元件构成。10、11脚内接反相放大器，与外接元件R4、R5、R6、C9和C10组成了带通滤波器。其中小电容C9阻止音频分量通过，小电容C10对高频分量提供负反馈通路，从而衰减了高频分量。所以，带通滤波器取出的是位于音频以上一个频率区间内的纯噪声分量。79本章小结本章小结（1）调频信号的瞬时频率变化 与调制电压成线性关系，调相信号的瞬时相位变化 与调制电压成线性关系,两者都是等幅信号。对于单频调频或调相信号来说,只要调制指数相同,则频谱结构与参数相同,均由载频与无穷多对上下边
