角度調(diào)制電路PPT課件VIP

1、第一節(jié)第一節(jié) 概述概述)(tu)(tu)(tu高頻振蕩的振幅不變，而角度隨調(diào)制信號 按一定關(guān)系變化。二、角度調(diào)制的優(yōu)點與用途1.優(yōu)點:抗干擾能力強，載波功率利用系數(shù)高。2.作用:調(diào)頻主要用于調(diào)頻廣播、廣播電視、通信與遙控遙測等。調(diào)相主要用于數(shù)字通信。高頻振蕩的振幅不變，而其瞬時頻率隨調(diào)制信號 線性關(guān)系變化，這樣的已調(diào)波稱為調(diào)頻波，常用FM表示。高頻振蕩的振幅不變，而其瞬時相位隨調(diào)制信號 線性關(guān)系變化。這樣的已調(diào)波稱為調(diào)相波，常用PM表示。角度調(diào)制分為相位調(diào)制和頻率調(diào)制兩類，統(tǒng)稱為調(diào)角。一、角度調(diào)制電路的功能與分類1.角度調(diào)制2.角度調(diào)制的分類3.相位調(diào)制4.頻率調(diào)制第1頁/共36頁第二節(jié)第二節(jié)

2、 調(diào)角波調(diào)角波的基本性質(zhì)的基本性質(zhì)tUtuccmccos)(cmUc一、調(diào)角波的數(shù)學(xué)表示式 1.調(diào)相波數(shù)學(xué)表示式cmmUU)()(tuKttpcdttdukdttdtpc)()()(pk)(cos)(cos)(tuktUtUtupccmcm 振幅不變 瞬時相位 瞬時角頻率 式中， 為比例常數(shù)，單位是rad/v。設(shè)載波振蕩信號電壓為 其中 為載波振幅， 為載波角頻率。 調(diào)制信號調(diào)相波的一般表示式根據(jù)調(diào)相波的定義)(tu第2頁/共36頁cmmUU)()(tuktfcttfcttuktttt00d)(d)()(fkd)(cos)(cos)(0tfccmcmttuktUtUtu根據(jù)調(diào)頻波定義 振幅不變

3、 瞬時角頻率 瞬時相位 式中， 為比例常數(shù)，單位是rad/sv調(diào)頻波的一般表示式2.調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式tUtuccmccos)(cmUc設(shè)載波振蕩信號電壓為 其中 為載波振幅， 為載波角頻率。 調(diào)制信號)(tu第3頁/共36頁二、調(diào)角波的基本性質(zhì)max0d)(tffttukmmax)(tukmppfm調(diào)頻波的調(diào)頻指數(shù)pm2.調(diào)角波的調(diào)制指數(shù)調(diào)制指數(shù)的定義調(diào)角波的最大相移定義為調(diào)制指數(shù)。cos()mcPUt ku t0cos( )dtmcfUtku t t( )cPtk ut0( )dtcftkuttd( )dPCutkt( )cfk utmax( )Pk utmax0d)(tfttukm ax

4、d( )dPutktmax( )fk ut調(diào)相波調(diào)頻波數(shù)學(xué)表示式瞬時相位瞬時角頻率最大相移最大頻移調(diào)相波的調(diào)相指數(shù)3.調(diào)角波的最大頻移m調(diào)相波的最大頻移pmmax)(dttdukppm調(diào)頻波的最大頻移fmmax)(tukffm1.調(diào)相波與調(diào)頻波的比較見右表第4頁/共36頁tUtumcos)(tUtuccmccos)(coscoscoscos)(tmtUtUktUtupccmmpccmsincossincosdcoscos)(0tmtUtUktUttUktUtufccmmfccmtmfccm若已知調(diào)制信號 ,載波信號為 。 4、單音頻調(diào)角信號的性質(zhì)ppmmffmm 調(diào)相波數(shù)表示式： 調(diào)相波數(shù)表示

5、式:ppmmk UmffUmk 結(jié)論:調(diào)相波 與調(diào)制信號頻率無關(guān)，最大頻移 與調(diào)制信號頻率成正比； 調(diào)頻波的 與調(diào)制信號頻率成反比，最大頻移 與調(diào)制信號頻率無關(guān)。 調(diào)相波和調(diào)頻波的最大頻移 均等于調(diào)制指數(shù)m與調(diào)制頻率的乘積。fmpmpmfmmmm即第5頁/共36頁)sinsin(sin)sincos(cossincos)(tmtUtmtUtmtUtufccmfccmfccm122cos)(2)()sincos(nfnfoftnmJmJtm012) 12sin()(2)sinsin(nfnftnmJtmmu (t)=Ucostcos(sin)sin(sin)ffmtmt和式中， 可展開為傅里葉級

6、數(shù))(fnmJfm其中，n為正整數(shù)， 是以 為參數(shù)的n階第一類貝塞爾函數(shù)。tmJUtucfocmcos)()(tmJUtmJUcfcmcfcm)cos()()cos()(11tmJUtmJUcfcmcfcm)2cos()()2cos()(22 載頻 第一對邊頻 第二對邊頻三、調(diào)角波的頻譜1、單頻調(diào)制時，調(diào)相波與調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式相似，它們具有相同的頻譜，故分析時以單頻調(diào)制的調(diào)頻波為例進行說明2、調(diào)制信號是 的調(diào)頻波為第6頁/共36頁第一類貝塞爾函數(shù)曲線)(mJn)(mJn)(pfmmm或)(mJnmn )(mJn實際應(yīng)用中，由于邊頻分量的振幅與 有關(guān)，而 在 一定時，隨n的增加， 的數(shù)值雖有起

7、伏，但總趨勢是減小。當(dāng) 時， 數(shù)值很小。如圖所示。所以忽略振幅小的邊頻分量，頻譜寬度就為有限值。c)(fnmJ)(fnmJfm各邊頻分量的振幅取決于 ，而 與 有關(guān)。注意：對于調(diào)相波，其頻譜結(jié)構(gòu)與調(diào)頻波相似。3、調(diào)頻波頻譜的特點 以載頻 為中心，由無數(shù)對邊頻分量組成。它不是調(diào)制信號頻譜的簡單搬移。理論上看，調(diào)角波的頻譜包含無限多對邊頻分量，頻譜寬為無限大。4、調(diào)角波的頻譜寬度第7頁/共36頁振幅比邊頻次數(shù)Jn(0.5)Jn(1)Jn(2)Jn(3)Jn(4)Jn(5)Jn(6)Jn(7)00.9390.7650.224-0.260-0.397-0.1780.1510.30010.2420.44

8、00.5770.339-0.066-0.328-0.277-0.00520.0300.1150.3530.4860.3640.047-0.243-0.30130.0030.0200.1290.3090.4300.3640.115-0.16840.0030.0340.1320.2810.3910.3580.15850.0070.0430.1320.2610.3620.34860.0010.0110.0490.1310.2460.33970.0030.0150.0530.1300.23480.0040.0180.0570.12090.0060.0210.056100.0020.0070.02411

9、0.008第8頁/共36頁對于高質(zhì)量的通信系統(tǒng)，以忽略振幅小于0.01Ucm 的邊頻分量決定頻譜寬度。1( )0.01 ,( )0.01nnJmJm若滿足則頻譜寬為 B=2nF式中，F(xiàn)為調(diào)制信號頻率。 n可查表。中等質(zhì)量通信系統(tǒng)，以忽略振幅小于0.1Ucm的邊頻分量來決定頻譜寬度當(dāng) 時 恒小于0.1。因此有效頻譜寬度為 1 mn)(mJnFmBCR) 1(2第9頁/共36頁 四、角度調(diào)制電路的功能1、調(diào)相電路的功能將輸入調(diào)制信號和載波信號通過電路變換成高頻調(diào)相波。調(diào)相電路功能的頻譜表示輸入輸出頻譜表示法調(diào)相電路mp =1ccc2c 調(diào)相電路mp=2c圖7-2 調(diào)相電路功能的頻譜表示cc2c 3

10、c )coscos()(tmtUtupccmtUtuccmccos)(tUtuncos)(若輸入調(diào)制信號 ，且載波信號為 時，其輸出調(diào)相波 。第10頁/共36頁 調(diào)頻電路功能的頻譜表示2、調(diào)頻電路的功能將輸入調(diào)制信號和載波信號通過電路變換成高頻調(diào)頻波。輸入輸出頻譜表示法。調(diào)頻電路mf=1ccc2c 調(diào)頻電路mf=2c圖7-3 調(diào)頻電路功能的頻譜表示cc2c 3c tUtuccmccos)(tUtuncos)(若輸入調(diào)制信號 ，且載波信號為 時，其輸出調(diào)頻波 。)sincos()(tmtUtufccm第11頁/共36頁第三節(jié)第三節(jié) 調(diào)頻方調(diào)頻方法概述法概述二、調(diào)頻方法分類 調(diào)頻方法可分為直接調(diào)頻

11、和間接調(diào)頻兩大類。三、直接調(diào)頻原理 1、利用調(diào)制信號直接控制振蕩器的振蕩頻率，使其不失真地反映調(diào)制信號變化規(guī)律。 2、實際應(yīng)用中，是用調(diào)制信號去控制決定振蕩器振蕩頻率的振蕩回路的可變電抗值。 從而使振蕩器的瞬時頻率按調(diào)制信號變化規(guī)律線性改變。)()(tuktfcfkmf1、具有線性的調(diào)制特性。即 。4、未調(diào)制的載波頻率（即已調(diào)波的中心頻率）應(yīng)具有一定的頻率穩(wěn)定度。5、無寄生調(diào)幅或寄生調(diào)幅盡可能小。3、最大頻率偏移 與調(diào)制信號頻率無關(guān)。2、具有較高的調(diào)制靈敏度。即 要大，單位調(diào)制電壓產(chǎn)生的振蕩頻率偏移要大。一、對調(diào)頻電路的要求第12頁/共36頁 間接調(diào)頻原理方框圖d)(cos)(0tfccmtt

12、uktUtu1、由調(diào)頻波的一般表示式)(tutttu0d)()(tu)(tu2、將調(diào)制信號 先通過積分電路得到 ，然后進行相位調(diào)制，輸出電壓 對 是調(diào)頻波,稱其為間接調(diào)頻。3、間接調(diào)頻電路的載波振蕩器可采用頻率穩(wěn)定度很高的晶體振蕩器，其載波頻率穩(wěn)定變高。四、間接調(diào)頻原理第13頁/共36頁第四節(jié)第四節(jié) 變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路直接調(diào)頻電路一、變?nèi)荻O管的特性1、變?nèi)荻O管是根據(jù)PN結(jié)的結(jié)電容隨反向電壓變化而變化的原理設(shè) 計的一種特殊二 極管。它的極間結(jié)構(gòu)、伏安特性與一般檢波二極 管沒有多大差別。2、變?nèi)荻O管應(yīng)用時，只能加反向電壓。反向電壓的變化能使變?nèi)?二極管結(jié)電容隨其變化。3、變?nèi)荻?/p>

13、極管的反向電壓與其結(jié)電容的關(guān)系為0(1)jjDCCuUDUu0jC0u式中， 為PN結(jié)的勢壘電壓； 為反向電壓； 為 時的結(jié)電容； 為電容變化系數(shù)。 第14頁/共36頁二、變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的基本原理2、變?nèi)荻O管是振蕩回路的一個組成部分。加在變?nèi)荻O管的反向電壓為)()(tuVtuVVuQBcc式中， 是加在變?nèi)荻O管的直流偏置電壓； 為調(diào)制信號電壓QV)(tuL1C1LC正弦波振蕩器變?nèi)荻O管和它的偏置電路第15頁/共36頁 結(jié)電容隨調(diào)制電壓變化關(guān)系3、，調(diào)制信號 反向電壓為變?nèi)荻O管結(jié)電容 將在 的控制下隨時間變化。則振蕩器的振蕩頻率要隨 變化。只要電路參數(shù)選取合適,是能夠?qū)崿F(xiàn)線性調(diào)

14、頻。tUtumcos)(tUVtumQcos)(jC)(tu)(tu第16頁/共36頁三、電路分析1、在反向電壓 作用下，變?nèi)荻O管的電容值u (t)jC0( )1jjDCCu tUjQCDQjjQUVCC10tmCVUtUUVUCVtUVCCjQQDmDQDjdmQjjcos1cos1cos100)/(QDmVUUm 變?nèi)荻O管的結(jié)電容表示式載波狀態(tài)時變?nèi)荻O管的結(jié)電容( )0,( )Qutu tV載波狀態(tài)時，則調(diào)制狀態(tài)時變?nèi)荻O管的結(jié)電容jC式中， 為電容調(diào)制度。 第17頁/共36頁 振蕩回路的等效電路當(dāng)振蕩回路中的 未接入， 較大時，即回路的總電容僅是變?nèi)荻O管的結(jié)電容，等效回路如圖所示

15、。調(diào)變?nèi)荻O管上的高頻電壓很小，忽略其對變?nèi)荻O管電容量變化的影響。1CcC瞬時振蕩頻率為211)cos1 ()cos1 (111)(tmtmCLCLtcjQjjQcCL1/10)(tu式中：為時的載波頻率。2、變?nèi)荻O管作為回路總電容實現(xiàn)調(diào)頻第18頁/共36頁實現(xiàn)線性調(diào)頻的條件222)(1cos1)cos1 ()(QDcQDmccVUtutVUUtmt結(jié)論:當(dāng) 時，能實現(xiàn)線性調(diào)頻。 2當(dāng) 時，會產(chǎn)生什么影響？22cos1tm0costm3222112222221cos1coscoscos22!3!mtmtmtmt 通常 ，可以忽略三次方以上各項，則1m22222( )(1cos)12 21c

16、oscos11cos1cos222!8 228 2ccctmtmtmtmmtmt 由于 可以在 處展開成泰勒級數(shù)，得第19頁/共36頁結(jié)論:當(dāng)變?nèi)荻O管作為回路總電容時， 調(diào)頻波會產(chǎn)生中心頻率偏離和非線性失真.會產(chǎn)生如下影響：2調(diào)頻波的中心頻率會產(chǎn)生偏移。其偏移量為ccm2128cm22128cm2當(dāng)調(diào)頻電路要求的相對頻偏較小時，m值很小，電路對 的要求不嚴格。 例如，調(diào)頻廣播 ，要求最大頻偏 。MHz10888cfKHz75mf)104 . 1106 . 1 (133m 很小。對應(yīng)中心頻率偏移量和非線性失真量很小，故對 的要求不嚴格。顯然，當(dāng)調(diào)頻電路的相對頻偏較大時，對 的要求就應(yīng)嚴格些。

17、2調(diào)頻波的最大頻偏調(diào)頻波會產(chǎn)生非線性失真。其二次諧波失真最大頻偏第20頁/共36頁變?nèi)荻O管全部接入時( , 作為回路總電容)調(diào)頻電路的特點:2jC優(yōu)點:調(diào)頻靈敏度高, 頻偏很大缺點:中心頻率穩(wěn)定度不好DQcfUVkDQmccUVUjcLCf1變?nèi)荻O管作為回路總電容實現(xiàn)調(diào)頻時，由于變?nèi)荻O管的結(jié)電容隨溫度、偏置電壓的不穩(wěn)會引起結(jié)電容變化。因此其中心頻率穩(wěn)定度差。第21頁/共36頁3、變?nèi)荻O管部分接入振蕩回路變?nèi)荻O管作為回路總電容的等效回路如圖 所示?；芈房傠娙?為C11/(1cos)/(1cos)cjcjQcjcjQC CC CmtCCCCCCCmt相應(yīng)的調(diào)頻特性方程為jQcjQcCtm

18、CCCCLCLt)cos1 (11)(1111(1cos)cjQcjQCCCCmtC 與 是同數(shù)量級的小電容ccjc第22頁/共36頁四、應(yīng)用舉例1、8MHz變?nèi)荻O管調(diào)頻振蕩電路 8MHz變?nèi)荻O管調(diào)頻振蕩電路第23頁/共36頁12RR、上圖是一個8MHz變?nèi)荻O管調(diào)頻振蕩電路和高頻等效電路。變?nèi)荻O管的直流偏壓由 和電位器W組成分壓電路供給。偏置電壓為-4V時， 。而偏置電壓由（0-8）V變化時， 為（23060）PF。jCPFCj100調(diào)制信號通過 和高頻扼流圖ZL加到變?nèi)荻O管上。加在變?nèi)荻O管上電壓為直流偏置電壓與調(diào)制信號電壓之和。1C電路為電容三點式振蕩電路，振蕩頻率為CLfc12

19、1jCCCCCCC1111111165987電路中心頻率為8MHz，最大線性頻偏為200kHz。其中第24頁/共36頁2、某通信機中的變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 變?nèi)荻O管調(diào)頻振蕩電路第25頁/共36頁高頻扼流圖 對直流和調(diào)制信號短路，而對載頻開路。因而加在兩個變?nèi)荻O管上的反向電壓是相同的。3、變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的優(yōu)缺點優(yōu)點：電路簡單，工作頻率高，易于獲得大的頻偏。在頻偏小時，非線性失真很小。所需調(diào)制信號功率很小。缺點：中心頻率穩(wěn)定度不高。頻偏較大時，非線性失真較大。12ppLL、上圖所示是電容三點式振蕩電路，通過變?nèi)荻O管的電容變化實現(xiàn)調(diào)頻。本電路的特殊點是采用了兩個變?nèi)荻O管，并且同極性相對

20、接的方式接入振蕩回路。由于回路中兩個二極管代替一個二極管，使得每個變?nèi)荻O管兩端的高頻電壓減小。這樣就減小了高頻電壓對變?nèi)荻O管總電容的影響。第26頁/共36頁第五節(jié)第五節(jié) 石英晶體振蕩石英晶體振蕩器直接調(diào)頻器直接調(diào)頻 一、穩(wěn)定調(diào)頻振蕩器中心頻率的辦法 1、對石英晶體振蕩器進行直接調(diào)頻； 2、采用自動頻率微調(diào)電路； 3、利用鎖相環(huán)路穩(wěn)頻。 二、晶體振蕩器直接調(diào)頻的主要形式晶體振蕩器采用變?nèi)荻O管實現(xiàn)調(diào)頻的形式有兩種1、變?nèi)荻O管與并聯(lián)型晶 體振蕩器的晶體相串聯(lián)2、變?nèi)荻O管與并聯(lián)型晶 體振蕩器的晶體相并聯(lián)第27頁/共36頁三、 實際電路舉例無論變?nèi)荻O管的接入方式是與晶體串聯(lián)或并聯(lián)，晶體在電路

21、中必須等效為電感。因此，振蕩頻率的變化范圍要小于 。其最大頻偏)(qpff qqqpmfccfff041)(21最大相對頻偏041ccffqqm由于 ，故最大相對頻偏很小。 0ccq第28頁/共36頁第六節(jié)第六節(jié) 調(diào)調(diào)相電路相電路 一、調(diào)相方法的分類 1、可變移相法調(diào)相； 2、可變時延法調(diào)相； 3、矢量合成法調(diào)相。2、基本原理 將載波振蕩信號通過一個受調(diào)制信號電壓控制的相移網(wǎng)絡(luò)，即可實現(xiàn)調(diào)相?？煽叵嘁凭W(wǎng)絡(luò)有多種實現(xiàn)電路，其中應(yīng)用最廣的是由變?nèi)荻O管組成的相移網(wǎng)絡(luò)， 例如由電感L和變?nèi)荻O管組成的單調(diào)諧回路。1、組成方框圖二、可變移相法調(diào)相電路晶體振蕩器可控移相網(wǎng)絡(luò)調(diào)相波第29頁/共36頁下圖所示是變?nèi)荻O管單調(diào)諧回路調(diào)相電路。其中可控相移網(wǎng)絡(luò)是由變?nèi)?二極管和電感L組成的單調(diào)諧回路，諧振頻率的控制是由調(diào)制信號 來實現(xiàn)。)(tu頻率為