单元十调频.pptx

商丘职业技术学院本讲导航教学内容教学内容教学内容教学内容教学目的教学目的单元十单元十角度调制角度调制1.1.了解瞬时频率和瞬时相位了解瞬时频率和瞬时相位2.2.掌握调频波的基本性质掌握调频波的基本性质 3.3.掌握调相波的基本性质掌握调相波的基本性质 10.110.1调角波的基本性质调角波的基本性质商丘职业技术学院教学重点教学重点教学重点教学重点教学难点教学难点教学难点教学难点1.1.调频波的基本性质调频波的基本性质 单元十单元十角度调制角度调制2.2.调相波的基本性质调相波的基本性质 1.1.调频波的基本性质调频波的基本性质 2.2.调相波的基本性质调相波的基本性质 商丘职业技术学院 在在无无线线电电通通信信中中，角角度度调调制制是是一一种种重重要要的的调调制制方方式式，角角度度调调制制电电路路属属于于频频率率非非线线性性变变换换电电路路，有有较较强强的的抗抗干干扰扰和和噪噪声声能能力力，广广泛泛应应用用于于各各种种无无线线电电通通信和各种仪器仪表中。信和各种仪器仪表中。角角度度调调制制使使高高频频信信号号的的频频率率或或相相位位按按调调制制信信号号的的规规律律变变化化而而变变化化，但但振振幅幅又又保保持持不不变变的的一一种种调调制制方方式。式。单元十单元十角度调制角度调制商丘职业技术学院一、角度调制类型一、角度调制类型频率调制频率调制：简称调频（：简称调频（FM）它是指载波的角频率随它是指载波的角频率随调制信号的变化规律变化调制信号的变化规律变化。相位调制相位调制：简称调相（：简称调相（PM）它是指载波的相位随调它是指载波的相位随调制信号的变化规律变化。制信号的变化规律变化。10.110.1调角波的基本性质调角波的基本性质单元十单元十角度调制角度调制 角角度度调调制制属属于于频频谱谱的的非非线线性性变变换换，即即已已调调波波信信号号的的频频谱谱结结构构不不再再保保持持原原调调制制信信号号频频谱谱的的内内部部结结构构，且且调调制制后后的的信信号号带带宽宽比比原原调调制制信信号号带带宽宽大大得得多多。虽虽然然角角度度调调制制信信号号频频带带的的利利用用率率不不高高，但但其其抗抗干干扰扰和和噪噪声声的的能能力较强，广泛地应用于无线电通信设备中。力较强，广泛地应用于无线电通信设备中。商丘职业技术学院调频（调频（FMFM）：载波的幅度不变，而瞬时角频）：载波的幅度不变，而瞬时角频率率W Wf f（t t）随调制信号）随调制信号u u作线性变化。作线性变化。1.1.数学表达式数学表达式 设载波为：设载波为：u uC CU UCmCmcoswcoswC Ct t；调制信号为：调制信号为：u uU Ummcostcost 其瞬时角频率其瞬时角频率 单元十单元十角度调制角度调制二、调频波的基本性质二、调频波的基本性质商丘职业技术学院w wC C：载波角频率，即调频波中心角频率：载波角频率，即调频波中心角频率 k kf f：调频灵敏度，表示单位调制信号幅度引：调频灵敏度，表示单位调制信号幅度引起的频率变化，单位起的频率变化，单位rad/s.Vrad/s.V或或Hz/VHz/V w wfmfm：调频波最大角频偏，表示：调频波最大角频偏，表示FMFM波频率摆动的波频率摆动的幅度，幅度，w wfmfm=k=kf f U Umm mf为调频系数为调频系数(指数指数)，是调频时在载波信号，是调频时在载波信号的相位上附加的最大相位偏移，的相位上附加的最大相位偏移，其值与其值与Um成成正比，而与正比，而与成反比，成反比，单位为单位为rad,rad,其值可以其值可以大于大于1。单元十单元十角度调制角度调制商丘职业技术学院根据根据 可得可得：则：则：调频波的一般数学表达式：调频波的一般数学表达式：单元十单元十角度调制角度调制其中其中 商丘职业技术学院 表表示示调调频频波波的的相相移移，它它反反映映调调频频信信号号的的瞬瞬时相位按调制信号时间积分的规律变化。时相位按调制信号时间积分的规律变化。以以上上分分析析说说明明：在在调调频频时时，瞬瞬时时角角频频率率的的变变化化与与调调制制信信号号成成线线性性关关系系，瞬瞬时时相相位位的的变变化化与与调调制制信信号号的积分成线性关系。的积分成线性关系。单元十单元十角度调制角度调制商丘职业技术学院2.2.波形波形单元十单元十角度调制角度调制由由上上图图可可以以看看出出，调调频频波波的的波波形形是是等等幅幅的的疏疏密密波波，已已调调波波的的频频率率反反映映了了调调制制信信号号的的变变化化规规律律。调调频频时时，频频偏偏反反映映调调制制信信号号的的变变化化规规律律，而而相相偏偏正正比比于于调调制制信信号号的积分。的积分。商丘职业技术学院3.3.频谱频谱单元十单元十角度调制角度调制调频波的数学表达式为：调频波的数学表达式为：利用三角函数变换公式利用三角函数变换公式 将将上上式变换成式变换成 商丘职业技术学院单元十单元十角度调制角度调制根据贝塞尔理论中，可得下述关系：根据贝塞尔理论中，可得下述关系：将将两两式式代入上式，得：代入上式，得：商丘职业技术学院 可以看到，单频信号调制的调频波，其频谱是由可以看到，单频信号调制的调频波，其频谱是由载波分量和无数对边频分量载波分量和无数对边频分量 所组成，所组成，各分量各分量的间隔为的间隔为。其中，当其中，当n n为奇数时，信号的上、下边为奇数时，信号的上、下边频分量的振幅相等，极性相反；当频分量的振幅相等，极性相反；当n n为偶数时，信号为偶数时，信号上、下边频分量振幅相等，极性相同上、下边频分量振幅相等，极性相同 。第第n n个边频个边频分量的振幅为分量的振幅为 。根据贝塞尔函数的特性。根据贝塞尔函数的特性可知，边频分量的振幅随着可知，边频分量的振幅随着n n的增大而趋于减小的增大而趋于减小.单元十单元十角度调制角度调制商丘职业技术学院其频谱如图所示其频谱如图所示 单元十单元十角度调制角度调制图图8-2 8-2 调频波的频谱图调频波的频谱图商丘职业技术学院 调频指数越大，具有较大振幅的边频分量就越调频指数越大，具有较大振幅的边频分量就越多；对于某些值，载波或某些边频分量的振幅为零。多；对于某些值，载波或某些边频分量的振幅为零。因此，调频波是一种调制信号的频谱进行特定的非因此，调频波是一种调制信号的频谱进行特定的非线性变换的已调波，而调频电路则是一种频谱非线线性变换的已调波，而调频电路则是一种频谱非线性变换电路。性变换电路。单元十单元十角度调制角度调制商丘职业技术学院 由于调频波的频谱包含无数对边频分量，因此理由于调频波的频谱包含无数对边频分量，因此理论上它的频带宽度（带宽）应为无限大。实际上，对论上它的频带宽度（带宽）应为无限大。实际上，对于任一给定的于任一给定的m mf f值，高到一定次数的边频分量的振幅已值，高到一定次数的边频分量的振幅已经小到可以忽略，以致滤除这些边频分量对调频波形经小到可以忽略，以致滤除这些边频分量对调频波形不会产生显著的影响。因此，调频波和频带宽度实际不会产生显著的影响。因此，调频波和频带宽度实际上可以认为是有限的。通常规定将振幅小于未调制载上可以认为是有限的。通常规定将振幅小于未调制载波振幅的波振幅的10%10%的边频分量略去不计，保留下来的频谱分的边频分量略去不计，保留下来的频谱分量就确定了调频波和频带宽度（带宽），它可用下式量就确定了调频波和频带宽度（带宽），它可用下式进行估算：进行估算：单元十单元十角度调制角度调制4.4.通频带通频带商丘职业技术学院 f fbw bw 2F2F（窄带调角信号）（窄带调角信号）当当m mf f远小于远小于1 1时：时：当当m mf f远大于远大于1 1时：时：f fbwbw2m2mf fF=2fF=2fm m（宽带调角信号宽带调角信号）5.5.功率关系功率关系 单元十单元十角度调制角度调制调频波的平均功率等于各个频率分量平均功率调频波的平均功率等于各个频率分量平均功率之和，因此，单位电阻上的平均功率为之和，因此，单位电阻上的平均功率为商丘职业技术学院 由于边频分量包含有用信息，这样便有利提高调由于边频分量包含有用信息，这样便有利提高调频系统接收机输出端的信噪比。可以证明，频系统接收机输出端的信噪比。可以证明，调频指数调频指数越大，调频波的抗干扰能力越强，但是，调频波占有越大，调频波的抗干扰能力越强，但是，调频波占有的有效频带宽度也就越宽。因此，调频制抗干扰能力的有效频带宽度也就越宽。因此，调频制抗干扰能力的提高是以增加有效带宽为代价的。的提高是以增加有效带宽为代价的。单元十单元十角度调制角度调制 在在U Ucmcm一定时，调频波的平均功率也就一定，且等一定时，调频波的平均功率也就一定，且等于未调制时的载波功率，其值与于未调制时的载波功率，其值与m mf f无关无关.改变改变mf仅引仅引起各个分量之间的功率重新分配。这样可适当选择起各个分量之间的功率重新分配。这样可适当选择m mf f的大小，使载波分量携带的功率很小，绝大部分功的大小，使载波分量携带的功率很小，绝大部分功率由边频分量携带，从而极大地提高调频系统设备率由边频分量携带，从而极大地提高调频系统设备的利用率。的利用率。商丘职业技术学院调相（调相（PMPM）：载波的幅度不变，而瞬时相位）：载波的幅度不变，而瞬时相位pp（t t）随调制信号）随调制信号u u作线性变化作线性变化。1.1.数学表达式数学表达式 其瞬时相位其瞬时相位 三、调相波的基本性质三、调相波的基本性质单元十单元十角度调制角度调制设载波为：设载波为：u uC CU UCmCmcoswcoswC Ct t；调制信号为：调制信号为：u uU Ummcostcost 商丘职业技术学院w wC C：载波角频率：载波角频率 k kp p：调相灵敏度，表示单位调制信号幅度：调相灵敏度，表示单位调制信号幅度 引起的相位变化，单位引起的相位变化，单位rad/Vrad/V m mp p：调相系数，即最大相位偏移，表示：调相系数，即最大相位偏移，表示PMPM 波相位摆动的幅度，波相位摆动的幅度，m mp p=k=kp pU Umm 单位为单位为radrad w wpmpm：PMPM波最大角频偏波最大角频偏 w wpmpm=m=mp p=k=kp pU Umm调相系数调相系数单元十单元十角度调制角度调制根据根据 可得可得：商丘职业技术学院则可得调相波的数学表达式为：则可得调相波的数学表达式为：其中其中 单元十单元十角度调制角度调制调相波的一般数学表达式：调相波的一般数学表达式：表表示示调调相相波波的的相相移移，它它反反映映调调相相信信号号的的瞬瞬时时相相位位按按调制信号的规律变化。调制信号的规律变化。以以上上分分析析说说明明：在在调调相相时时，瞬瞬时时相相位位的的变变化化与与调调制制信信号号成成线线性性关关系系，瞬瞬时时角角频频率率的的变变化化与与调调制制信信号号的的导数成线性关系。导数成线性关系。商丘职业技术学院2.2.波形波形单元十单元十角度调制角度调制由由上上图图可可以以看看出出，调调相相波波的的波波形形是是等等幅幅的的疏疏密密波波。调调相相时时，相相偏偏反反映映调调制制信信号号的的变变化化规规律律，而而频频偏偏正正比比于于调调制制信信号号的导数。的导数。商丘职业技术学院3.3.频谱频谱单元十单元十角度调制角度调制由由于于单单频频信信号号调调制制时时调调频频波波和和调调相相波波的的数数学学表表达达式式很很相相似似（两两者者相相位位只只相相差差90900 0），则则它它们们的的频频谱谱结结构构也也很很相相似似，而而且且它它们们的的分分析析方方法法也也是是相相同同的的，因因此此，前前面面分分析析调调频频波波的的频频谱谱，对对调调相波也是适用的。相波也是适用的。图图8-4 8-4 调相波频谱图调相波频谱图商丘职业技术学院与调频时的计算方法致。与调频时的计算方法致。5.5.功率关系功率关系 在在UcmUcm一定时，调相波的平均功率也就一定，且一定时，调相波的平均功率也就一定，且等于未调制时的载波功率，其值与等于未调制时的载波功率，其值与m mp p无关无关 4.4.通频带通频带单元十单元十角度调制角度调制商丘职业技术学院 在模拟信号调制中，可以证明当系统带宽相在模拟信号调制中，可以证明当系统带宽相同时，调频系统接收机输出端的信号噪声比明显同时，调频系统接收机输出端的信号噪声比明显优于调相系统，因此，目前在模拟通信中，仍广优于调相系统，因此，目前在模拟通信中，仍广泛采用调频制而较少采用调相制。不过，在数字泛采用调频制而较少采用调相制。不过，在数字通信中，相位键控的抗干扰能力优于频率键控和通信中，相位键控的抗干扰能力优于频率键控和幅度键控，因而调相在数字通信中获得了广泛的幅度键控，因而调相在数字通信中获得了广泛的应用。应用。单元十单元十角度调制角度调制商丘职业技术学院1.1.调频信号与调相信号的相同之处在于：调频信号与调相信号的相同之处在于：二者的频率和相位都随调制信号而变化二者的频率和相位都随调制信号而变化,均产生频偏与相偏。均产生频偏与相偏。二者都是等幅信号二者都是等幅信号2.2.调频信号与调相信号的区别在于：调频信号与调相信号的区别在于：二者的频率和相位随调制信号变化的规律不一二者的频率和相位随调制信号变化的规律不一样样,但由于频率与相位是微积分关系但由于频率与相位是微积分关系,故二者故二者是有密切联系的。是有密切联系的。四、调频波与调相波的比较四、调频波与调相波的比较单元十单元十角度调制角度调制商丘职业技术学院单元十单元十角度调制角度调制商丘职业技术学院从表中可以看出从表中可以看出,调频信号的调频指调频信号的调频指数数m mf f与调制频率有关与调制频率有关,最大频偏与调最大频偏与调制频率无关制频率无关,而调相信号的最大频偏而调相信号的最大频偏与调制频率有关与调制频率有关,调相指数调相指数m mP P与调制与调制频率无关。频率无关。单元十单元十角度调制角度调制商丘职业技术学院单元十单元十角度调制角度调制调频制与调幅制的比较调频制与调幅制的比较在通信设备中，采用调频制与采用调幅制相比，具有在通信设备中，采用调频制与采用调幅制相比，具有下述的特点。下述的特点。1.1.调频制的抗干扰能力强调频制的抗干扰能力强这是因为调频波比调幅波具有更大的携带有用信号的这是因为调频波比调幅波具有更大的携带有用信号的边频功率，所以它的信噪比大，抗干扰能力就强。边频功率，所以它的信噪比大，抗干扰能力就强。干扰的表现是引起寄生调幅和寄生调频。对于调幅接收机，寄干扰的表现是引起寄生调幅和寄生调频。对于调幅接收机，寄生调频干扰对它不起作用，寄生调幅干扰却无法消除。显然，调生调频干扰对它不起作用，寄生调幅干扰却无法消除。显然，调幅系数幅系数mama越大，调幅接收机的抗干扰能力越强，但由于越大，调幅接收机的抗干扰能力越强，但由于mama必须小必须小于于1 1，所以它的抗干扰能力较差。对于调频接收机，寄生调幅干，所以它的抗干扰能力较差。对于调频接收机，寄生调幅干扰可通过限幅器除去（因调频波是等幅波），寄生调频干扰却无扰可通过限幅器除去（因调频波是等幅波），寄生调频干扰却无法消除，同样，调频指数法消除，同样，调频指数mfmf越大，调频接收机的抗干扰能力越强。越大，调频接收机的抗干扰能力越强。由于一般由于一般mfmf可远大于可远大于1 1，所以它的抗干扰能力很强。，所以它的抗干扰能力很强。商丘职业技术学院单元十单元十角度调制角度调制 2.2.调频发射机的功率放大管利用率高调频发射机的功率放大管利用率高由于调幅波的平均功率由于调幅波的平均功率PavPav与与mama有关，故应按有关，故应按mama可可能的最大值选用功率放大管，而在实际工作时能的最大值选用功率放大管，而在实际工作时mama较较小，所以造成功率放大管利用率低。而调频波的平小，所以造成功率放大管利用率低。而调频波的平均功率均功率PavPav保持不变，使得功率放大管能按其实际保持不变，使得功率放大管能按其实际需要选取，利用率就高。需要选取，利用率就高。3.3.调频制信号传输的保真度高调频制信号传输的保真度高因为调频制比调幅制抗干扰能力强，又允许占有较因为调频制比调幅制抗干扰能力强，又允许占有较宽的频带，传输的调制信号频率范围也较大，所以宽的频带，传输的调制信号频率范围也较大，所以调频制信号传输的保真度高。调频制信号传输的保真度高。商丘职业技术学院单元十单元十角度调制角度调制 4.4.调频制信号必须工作在超短波以上的波段调频制信号必须工作在超短波以上的波段因为调频信号所占的频带宽，若在中、短波段因为调频信号所占的频带宽，若在中、短波段工作，则这些波段容纳的电台数目很有限，所工作，则这些波段容纳的电台数目很有限，所以必须工作在超短波以上的波段，这也使调频以必须工作在超短波以上的波段，这也使调频信号传送的距离很近（可采用卫星通信）。信号传送的距离很近（可采用卫星通信）。5.5.调频接收机比调幅接收机的设备复杂。调频接收机比调幅接收机的设备复杂。商丘职业技术学院本讲小结单元十单元十角度调制角度调制1.1.调频波的基本性质调频波的基本性质 2.2.调相波的基本性质调相波的基本性质 3.3.调频波与调相波的比较调频波与调相波的比较 商丘职业技术学院本讲作业单元十单元十角度调制角度调制1.1.设载频设载频fcfc12MHz12MHz，载波振幅，载波振幅UcmUcm5V5V，调制，调制信号信号u(t)=1.5cos210u(t)=1.5cos2103 3t t，调频灵敏度，调频灵敏度kfkf25kHz/V25kHz/V，试求：，试求：（1 1）调频表达式）调频表达式 ；（2 2）调制信号频率和调频波中心频率；（）调制信号频率和调频波中心频率；（3 3）最大频偏、调频系数和最大相偏；最大频偏、调频系数和最大相偏；商丘职业技术学院本讲导航教学内容教学内容教学内容教学内容10.210.2调角电路调角电路 教学目的教学目的单元十单元十角度调制角度调制1.1.掌握调频电路掌握调频电路 2.2.了解调相电路了解调相电路 商丘职业技术学院教学重点教学重点教学重点教学重点教学难点教学难点教学难点教学难点1.1.直接调频电路直接调频电路 单元十单元十角度调制角度调制2.2.调相电路调相电路 调相电路调相电路 商丘职业技术学院10.2.1 调频电路调频电路 实现调频和调相的电路或部件，我们称为调角实现调频和调相的电路或部件，我们称为调角电路，它包含了电路，它包含了调频电路和调相电路调频电路和调相电路。10.2 10.2 调角电路调角电路单元十单元十角度调制角度调制 因为频率调制不是频谱线性搬移过程，它的因为频率调制不是频谱线性搬移过程，它的电路就不能采用乘法器和线性滤波器来构成，而电路就不能采用乘法器和线性滤波器来构成，而必须根据调频波的特点，提出具体实现的方法。必须根据调频波的特点，提出具体实现的方法。对于调频电路的对于调频电路的性能指标性能指标，一般有以下几方面的，一般有以下几方面的要求：要求：商丘职业技术学院1具有线性的调制特性具有线性的调制特性 已调波的瞬时频率偏移与调制信号电压的关系已调波的瞬时频率偏移与调制信号电压的关系称为调制特性称为调制特性。在一定的调制电压范围内，尽量。在一定的调制电压范围内，尽量提高调频电路调制特性线性度，这样才能保证不提高调频电路调制特性线性度，这样才能保证不失真地传输信息。失真地传输信息。单元十单元十角度调制角度调制 单位调制电压变化所产生的振荡频率偏移称单位调制电压变化所产生的振荡频率偏移称为调制灵敏度为调制灵敏度。提高灵敏度，可提高调制信号的。提高灵敏度，可提高调制信号的控制作用。控制作用。2具有较高的调制灵敏度。具有较高的调制灵敏度。商丘职业技术学院3最大频率偏移与调制信号频率无关最大频率偏移与调制信号频率无关 f fm m=k=kf fU Umm 在正常调制电压作用下，所能达到的最大频在正常调制电压作用下，所能达到的最大频率偏移称为最大频偏率偏移称为最大频偏。它是根据对调频指数的要。它是根据对调频指数的要求确定的，要求其数值在整个调制信号所占有的求确定的，要求其数值在整个调制信号所占有的频带内保持恒定。不同的调频系统要求有不同的频带内保持恒定。不同的调频系统要求有不同的最大频偏。最大频偏。单元十单元十角度调制角度调制 未调制的载波频率就是调频波的中心频率未调制的载波频率就是调频波的中心频率。为保证接收机能正常接收调频信号，要求调频电为保证接收机能正常接收调频信号，要求调频电路中心频率要有足够的稳定度。路中心频率要有足够的稳定度。4未调制的载波频率应具有一定的频率稳定度未调制的载波频率应具有一定的频率稳定度.5无寄生调幅或寄生调幅尽可能小无寄生调幅或寄生调幅尽可能小商丘职业技术学院一、直接调频电路一、直接调频电路实现调频的方法可分为实现调频的方法可分为直接调频和间接调频直接调频和间接调频两大类。两大类。单元十单元十角度调制角度调制根据调频信号的瞬时频率随调制信号成线性变化根据调频信号的瞬时频率随调制信号成线性变化这一基本特性，可以这一基本特性，可以将调制信号作为压控振荡器的控将调制信号作为压控振荡器的控制电压，直接控制主振荡回路元件的参数制电压，直接控制主振荡回路元件的参数L或或C，使其，使其产生的振荡频率随调制信号规律而变化产生的振荡频率随调制信号规律而变化，压控振荡器，压控振荡器的中心频率即为载波频率。显然，这是实现调频的最的中心频率即为载波频率。显然，这是实现调频的最直接方法，故称为直接调频。直接方法，故称为直接调频。商丘职业技术学院最常用的直接调频电路是变容二极管调频电路。最常用的直接调频电路是变容二极管调频电路。1变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路单元十单元十角度调制角度调制变容二极管的特性变容二极管的特性:变容二极管是根据变容二极管是根据PN结的结结的结电容随反向电压改变而变化的原理设计的一种二极管。电容随反向电压改变而变化的原理设计的一种二极管。它的极间结构、伏安特性与一般检波二极管没有多大它的极间结构、伏安特性与一般检波二极管没有多大差别。不同的是在加反向偏压时，变容二管呈现一个差别。不同的是在加反向偏压时，变容二管呈现一个较大的结电容。这个结电容的大小能灵敏地随反向偏较大的结电容。这个结电容的大小能灵敏地随反向偏压而变化。正是利用了变容二极管这一特性，将变容压而变化。正是利用了变容二极管这一特性，将变容二极管接到振荡器的振荡回路中，作为可控电容元件，二极管接到振荡器的振荡回路中，作为可控电容元件，则回路的电容量会明显地随调制电压而变化，从而改则回路的电容量会明显地随调制电压而变化，从而改变振荡频率，达到调频的目的。变振荡频率，达到调频的目的。商丘职业技术学院变容二极管的反向电压与其结电容呈非线性关系。变容二极管的反向电压与其结电容呈非线性关系。其结电容其结电容Cj与反向偏置电压与反向偏置电压u之间有如下关系：之间有如下关系：单元十单元十角度调制角度调制式中，式中，UD 为为PN结的势垒电压，结的势垒电压，Cj0 为为 u=0时的时的结电压；结电压；为电容变化系数。为电容变化系数。Cj相当于可变电容相当于可变电容.商丘职业技术学院电路如下电路如下:高频振荡通路高频振荡通路(b);低频控制电路低频控制电路(c)将变容二极管接入将变容二极管接入LC正弦振荡器的谐振回路中正弦振荡器的谐振回路中(VCO),图中，图中，L和变容二极管组成谐振回路，虚方框为和变容二极管组成谐振回路，虚方框为变容二极管的控制电路。变容二极管的控制电路。UQ用来提供变容二极管的反向用来提供变容二极管的反向偏压，其取值应保证变容二极管在调制信号电压的变化偏压，其取值应保证变容二极管在调制信号电压的变化范围内，始终工作在反向偏置状态，同时还应保证由范围内，始终工作在反向偏置状态，同时还应保证由UQ值决定的振荡频率等于所要求的载波频率。通常调制电值决定的振荡频率等于所要求的载波频率。通常调制电压比振荡回路的高频振荡电压大得多，所以变容二极管压比振荡回路的高频振荡电压大得多，所以变容二极管的反向电压随调制信号变化，即的反向电压随调制信号变化，即商丘职业技术学院单元十单元十角度调制角度调制为了防止为了防止UQ和对振荡回路的影响，在控制电路中必和对振荡回路的影响，在控制电路中必须接入须接入L1和和C3。L1为高频扼流圈，它对高频的感抗很大，为高频扼流圈，它对高频的感抗很大，接近开路，而对直流和调制频率接近短路；接近开路，而对直流和调制频率接近短路；C3为高频滤为高频滤波电容，它对高频的容抗很小，接近短路，而对调制频波电容，它对高频的容抗很小，接近短路，而对调制频率的容抗很大，接近开路。为防止振荡回路率的容抗很大，接近开路。为防止振荡回路L对对UQ和短和短路，必须在变容二极管和路，必须在变容二极管和L之间加入隔直电容之间加入隔直电容C1和和C2，它们对于高频接近短路，对于调制频率接近开路。综上它们对于高频接近短路，对于调制频率接近开路。综上所述，对于高频而言，由于所述，对于高频而言，由于L1开路、开路、C3短路，可得短路，可得高频高频通路，如图（通路，如图（b）所示。）所示。商丘职业技术学院振荡频率可由回路电感振荡频率可由回路电感L L和变容二极管结电容和变容二极管结电容C Cj j所决定，即所决定，即对于直流和调制频率而言，由于对于直流和调制频率而言，由于C1的阻断，因而的阻断，因而UQ和可有效加到变容二极管上，可得和可有效加到变容二极管上，可得直流和调制频率通路，直流和调制频率通路，如图（如图（c）所示。）所示。可得变容二极管结电容随调制信号电压变化规律，即可得变容二极管结电容随调制信号电压变化规律，即 单元十单元十角度调制角度调制商丘职业技术学院式中，式中，m mc c为变容管电容调制度；为变容管电容调制度；则可得则可得 只有在只有在 时为理想线性调制，可得到输出信号是一时为理想线性调制，可得到输出信号是一调频波，其余都是非线性。因此，在变容管作为振荡回调频波，其余都是非线性。因此，在变容管作为振荡回路总电容的情况下，必须选用路总电容的情况下，必须选用 的超突变结变容管。的超突变结变容管。否则，频率调制器产生的调频波不仅出现非线性失真，否则，频率调制器产生的调频波不仅出现非线性失真，而且还会出现中心频率不稳定的情况。而且还会出现中心频率不稳定的情况。C CjQjQ为为U UQ Q处电容处电容单元十单元十角度调制角度调制是调制器未受调制（是调制器未受调制（）时的振荡频率，即）时的振荡频率，即调频波的中心频率。调频波的中心频率。商丘职业技术学院两个改进电路两个改进电路:电容对接电路和电容部分接入电路电容对接电路和电容部分接入电路上面分析是在忽略高频振荡电压对变容二极管的影上面分析是在忽略高频振荡电压对变容二极管的影响下进行的，在电路设计时可响下进行的，在电路设计时可采取对接的方式采取对接的方式来减小高来减小高频电压的影响频电压的影响,图中，图中，L和和C为振荡回路；为振荡回路；L1、L2为高频为高频扼流圈；扼流圈；C1、C2、C3为高频耦合电容和旁路电容。对于为高频耦合电容和旁路电容。对于UQ和和来讲，两个变容二极管是来讲，两个变容二极管是并联并联的；对于高频振的；对于高频振荡电压来讲，两个变容二极管是荡电压来讲，两个变容二极管是串联串联的，这样在每只变的，这样在每只变容二极管上的高频电压幅度减半，并且两管高频电压相容二极管上的高频电压幅度减半，并且两管高频电压相位相反，位相反，结电容因高频电压作用可相互抵消结电容因高频电压作用可相互抵消，因此，变，因此，变容二极管基本上不受高频电压影响。容二极管基本上不受高频电压影响。商丘职业技术学院单元十单元十角度调制角度调制由于变容二极管的由于变容二极管的Cj会随温度、偏置电压变化而变会随温度、偏置电压变化而变化，造成中心频率不稳定，因而在电路中常采用一个小化，造成中心频率不稳定，因而在电路中常采用一个小电容电容C2与变容二极管串联，同时在回路中并联上一个电与变容二极管串联，同时在回路中并联上一个电容容C1，如图所示。这样，便使，如图所示。这样，便使变容二极管部分接入振荡变容二极管部分接入振荡回路回路，从而降低了，从而降低了Cj对振荡频率的影响，提高了中心频对振荡频率的影响，提高了中心频率的稳定性。同时，调节率的稳定性。同时，调节C1、C2，可使调制特性接近线，可使调制特性接近线性。性。Cj仅是回路总电容的一部分仅是回路总电容的一部分,它对振荡频率的影响肯它对振荡频率的影响肯定比定比Cj全部接入时要小全部接入时要小.商丘职业技术学院图是一个图是一个8MHz变容二极管调频振荡器原理图和高频等效电路。图中，变容二极管调频振荡器原理图和高频等效电路。图中，变容二极管的直流偏压由变容二极管的直流偏压由R1、R2和电位器和电位器W组成的分压电路供给。为了获组成的分压电路供给。为了获得较好的调制特性得较好的调制特性,偏置电压选在偏置电压选在4V，对应的结电容为，对应的结电容为100PF。当偏压由。当偏压由(08)V变化时，结电容变化（变化时，结电容变化（230 60）PF。调制信号通过耦合电容。调制信号通过耦合电容C1和高频扼流圈和高频扼流圈ZL1加到变容二极管上，扼流圈对加到变容二极管上，扼流圈对8MHz信号起扼流作用，信号起扼流作用，对调制信号相当于短路。因此，加在变容二极管上是直流偏压与调制电压对调制信号相当于短路。因此，加在变容二极管上是直流偏压与调制电压之和。这是一个共集电极的电容三点式振荡电路。之和。这是一个共集电极的电容三点式振荡电路。2直接调频电路实际电路直接调频电路实际电路商丘职业技术学院单元十单元十角度调制角度调制此调频电路的最大线性频偏约为此调频电路的最大线性频偏约为200KHz。为了使。为了使振荡器的中心频率稳定在振荡器的中心频率稳定在8MHz，电路采用了自动频率，电路采用了自动频率微调措施，自动频率微调电压经滤波电容微调措施，自动频率微调电压经滤波电容C11和扼流圈和扼流圈ZL2加到变容二极管负极加到变容二极管负极.电路的振荡频率是电路的振荡频率是 商丘职业技术学院2直接调频电路实际电路直接调频电路实际电路图图8-9 变容二极管调频电路变容二极管调频电路图图8-9是是某某通通信信机机中中的的变变容容二二极极管管调调频频电电路路。它它是是一一个个电电容容三三点点式式振振荡荡器器，变变容容二二极极管管经经电电容容C5接接入入谐谐振振回回路路，调调整整电电感感L的的电电感感量量和和变变容容二二极极管管的的偏偏置置电电压压VB可可使使振振荡荡器器的的中中心心频频率率在在50MHz到到100MHz范范围围内内变变化化。调调制制电电压压通通过过高高频频扼扼流流圈圈LP2加加到到变变容容二二极极管管的的负负极极上上实实现现调调频频。LP1、LP2、LP3和和LP4均为高频扼流圈。均为高频扼流圈。商丘职业技术学院单元十单元十角度调制角度调制直接调频电路具有频偏大、调制灵敏度高和电路简直接调频电路具有频偏大、调制灵敏度高和电路简单等优点，但其中心频率稳定度较差单等优点，但其中心频率稳定度较差。变容二极管直接。变容二极管直接调频电路由于体积小、机械强度高、寿命长、损耗小、调频电路由于体积小、机械强度高、寿命长、损耗小、工作频率高和所需调制功率小等优点，在广播、电视和工作频率高和所需调制功率小等优点，在广播、电视和通信等领域中得到了广泛应用。通信等领域中得到了广泛应用。商丘职业技术学院单元十单元十角度调制角度调制变容二极管调频电路的优点是变容二极管调频电路的优点是电路简单电路简单，工作频率，工作频率高，易于获得较大的频偏，而且在频偏较小的情况下，高，易于获得较大的频偏，而且在频偏较小的情况下，非线性失真可以很小。因为变容二极管是电压控制器件，非线性失真可以很小。因为变容二极管是电压控制器件，所需调制信号的功率很小。这种电路的缺点是偏置电压所需调制信号的功率很小。这种电路的缺点是偏置电压漂移，温度变化等会改变变容二极管的结电容，即调频漂移，温度变化等会改变变容二极管的结电容，即调频振荡器的中心频率稳定度不高，而在频偏较大时振荡器的中心频率稳定度不高，而在频偏较大时,非线性非线性失真较大。失真较大。商丘职业技术学院 间接调频的方法是：间接调频的方法是：先将调制信号先将调制信号u u积分，再积分，再加到调相器对载波信号调相，从而完成调频。加到调相器对载波信号调相，从而完成调频。二二.间接调频电路间接调频电路单元十单元十角度调制角度调制 直接调频电路的最大缺点是中心频率稳定度差，一直接调频电路的最大缺点是中心频率稳定度差，一般可以采用自动频率控制电路或频率合成器来提高调般可以采用自动频率控制电路或频率合成器来提高调频波的中心频率稳定度，但这又增加电路的复杂度。频波的中心频率稳定度，但这又增加电路的复杂度。为了稳定中心频率稳定度，我们采用通过调相而实现为了稳定中心频率稳定度，我们采用通过调相而实现调频的方法。我们称为间接调频电路。调频的方法。我们称为间接调频电路。商丘职业技术学院单元十单元十角度调制角度调制 因此因此,将调制信号积分后调相将调制信号积分后调相,是实现调频的另是实现调频的另外一种方式外一种方式,称为间接调频。称为间接调频。或者说或者说,间接调频是间接调频是借用调相的方式来实现调频。借用调相的方式来实现调频。商丘职业技术学院设调制信号设调制信号u u=U=Ummcostcost经积分后得经积分后得 式中，式中，k k为积分增益。为积分增益。单元十单元十角度调制角度调制原理框图如下图所示原理框图如下图所示;商丘职业技术学院用积分后的调制信号对载波用积分后的调制信号对载波uc(t)=Uuc(t)=Ucmcmcoscosc ct t进行调相进行调相 则得则得 式中式中单元十单元十角度调制角度调制 上式与调频波的表示式完全相同。由此可见，实现间接上式与调频波的表示式完全相同。由此可见，实现间接调频的关键电路是调相。调频的关键电路是调相。因为调相电路输入的载波振荡信号可采用频率稳定度很因为调相电路输入的载波振荡信号可采用频率稳定度很高的晶体振荡器，所以采用调相电路实现间接调频，可以高的晶体振荡器，所以采用调相电路实现间接调频，可以提高调频电路中心频率的稳定度提高调频电路中心频率的稳定度。在实际应用中，间接调。在实际应用中，间接调频应用较为广泛。频应用较为广泛。缺点：频偏小缺点：频偏小商丘职业技术学院一、调相电路一、调相电路 1.1.可变移相法调相电路可变移相法调相电路调相电路可分为可变移相法调相电路和可变调相电路可分为可变移相法调相电路和可变时延法调相电路两大类。时延法调相电路两大类。可变移相法就是利用调制信号控制移相网络或谐可变移相法就是利用调制信号控制移相网络或谐振回路的电抗或电阻元件来实现调相。振回路的电抗或电阻元件来实现调相。10.2 10.2 调角电路调角电路单元十单元十角度调制角度调制商丘职业技术学院单元十单元十角度调制角度调制可控相移网络的种类很多。最常用的是可控相移网络的种类很多。最常用的是LCLC并联谐振回路。并联谐振回路。原理电路框图如下图所示原理电路框图如下图所示商丘职业技术学院将载波振荡信号电压通过一个受调制信号电压控制的相移网将载波振荡信号电压通过一个受调制信号电压控制的相移网络，即可以实现调相。应用最广的是变容二极管调相电路。图络，即可以实现调相。应用最广的是变容二极管调相电路。图8-128-12所示电路是所示电路是单回路变容二极管调相电路单回路变容二极管调相电路。利用由电感。利用由电感L L和变容二极和变容二极管管CjCj组成的谐振回路可作为可控相移网络，其谐振频率随变容二极组成的谐振回路可作为可控相移网络，其谐振频率随变容二极管结电容变化而变化实现调相。管结电容变化而变化实现调相。C1C1、C2C2对载波频率对载波频率cc相当于短路，相当于短路，是耦合电容。它们的另一作用是起隔直作用，保证直流电源能给变是耦合电容。它们的另一作用是起隔直作用，保证直流电源能给变容二极管提供直流偏压。容二极管提供直流偏压。C3C3的作用是保证变容二极管上能加上反向的作用是