高频电路教案第七章.doc

章节内容
7.1调频信号分析

教学方式
理论讲授
教学时数
2
教学目的与要求
1. 掌握调频信号的时域表达式和波形
2. 掌握调频信号基本参数（调制度，最大频偏，最大相偏，载波频率，载波幅度，比例系数等）之间的关系
3. 了解调频波的频谱结构
4．掌握调频波的带宽计算方法

教学重点与难点
重点：
1）调频信号的时域表达式和波形
2）掌握调频信号基本参数（调制度，最大频偏，最大相偏，载波频率，载波幅度，比例系数等）之间的关系
3）调频波的带宽计算方法
难点：
1） 调频波的频谱结构
教学实验仪器
无
教学进程
教学主要内容
教学方法
引
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新
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5
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新
课
25
分
钟

内
容
小
结
5
分
钟

复习：
1、 振幅的调制
2、 混频电路原理与应用
3、 混频器的干扰
新课讲授：
一、调频信号的参数与波形
1、设调制信号为单一频率信号uΩ(t)=UΩcosΩt,未调载波电压为uC=UCcosωct,则根据频率调制的定义,调频信号的瞬时角频率为

它是在ωc的基础上,增加了与uΩ(t)成正比的频率偏移。式中kf为比例常数。
2、调频波Δfm、mf与F的关系

3、调频波的频谱
1）调频波的展开式
因为式（7―4）中的 是周期为2π/Ω的周期性时间函数,可以将它展开为傅氏级数,其基波角频率为Ω,即

式中Jn(mf)是宗数为mf的n阶第一类贝塞尔函数,
2）调频波的频谱结构和特点

二、调频波的信号带宽
通常采用的准则是,信号的频带宽度应包括幅度大于未调载波1%以上的边频分量,即
|Jn(mf)| ≥0.01
当mf很大时,n/mf趋近于1。因此当mf1时,将n=mf的边频包括在频带内, 此时带宽为 Bs=2nF=2mfF=2Δfm
当mf很小时,如mf<0.5,为窄频带调频,此时
Bs=2F
对于一般情况,带宽为
Bs=2(mf+1)F=2(Δfm+F)
更准确的调频波带宽计算公式为

当调制信号不是单一频率时,由于调频是非线性过程,其频谱要复杂得多。比如有F1、F2两个调制频率,则

当调制信号不是单一频率时,由于调频是非线性过程,其频谱要复杂得多。
三、调相波
1、 调相波是其瞬时相位以未调载波相位φc为中心按调制信号规律化
的等幅高频振荡。如uΩ(t)=UΩcosΩt,并令φ0=0,则其瞬时相位
φ(t)=ωct+Δφ(t)=ωct+kpuΩ(t)
=ωct+ΔφmcosΩt=ωct+mpcosΩt
从而得到调相信号为
uPM(t)=UCcos(ωct+mpcosΩt)
调相波的瞬时频率为

2、调频波与调相波的比较（调频波与调相波的比较见下表）
在本节结束前,要强调几点:
（1）角度调制是非线性调制,在单频调制时会出现（ωc±nΩ）分量,
在多频调制时还会出现交叉调制（ω±nΩ1±kΩ2+…）分量。
（2）调频的频谱结构与mf密切相关。mf大,频带宽。
（3）与AM制相比,角调方式的设备利用率高,因其平均功率与最大功率一样。
调频波与调相波的比较表

四、内容小结
1、调频信号的时域表达式和波形
2、掌握调频信号基本参数（调制度，最大频偏，最大相偏，载波频率，载波幅度，比例系数等）之间的关系
3、调频波的带宽计算方法
五、思考题与作业
作业：7-1；7-2

与
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解
提
问

板
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提
问

例
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解

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书

板
书
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解
提
问

小
结
提
问

小
结 提
问

章节内容

7.2调频器与调频方法
7.3调频电路
教学方式
理论讲授
教学时数
2
教学目的与要求
1. 掌握调相波时域表达式，带宽计算方法
2. 掌握调频波与调相波之间的关系
3. 了解调频器的概念、技术指标以及调频方法
4. 掌握变容二极管直接调频电路工作原理
教学重点与难点
重点：
1． 调相波时域表达式，带宽计算方法
2．调频波与调相波之间的关系
3．变容二极管直接调频电路工作原理
难点：变容二极管直接调频电路工作原理
教学实验仪器
无
教学进程
教学主要内容
教学方法
引
入
新
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教
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容
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分
钟

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课
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15
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课
12
分
钟

内
容
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3
分
钟

复习：
1、调频信号的时域表达式和波形
2、掌握调频信号基本参数（调制度，最大频偏，最大相偏，载波频率，载波幅度，比例系数等）之间的关系
3、调频波的带宽计算方法
新课讲授
一、 调频器与调频方法
1.1调频器
调频特性的要求如下:
（1）调制特性线性要好。
（2）调制灵敏度要高。
（3）载波性能要好。
1.2 调频方法
1．直接调频法
这种方法一般是用调制电压直接控制振荡器的振荡频率,使振荡频率f(t)按调制电压的规律变化。若被控制的是LC振荡
器,则只需控制振荡回路的某个元件(L或C),使其参数随调制电压变化,就可达到直接调频的目的。
2．间接调频法
实现间接调频的关键是如何进行相位调制。通常,实现相位调制的方法有如下三种:
(1）矢量合成法。这种方法主要针对的是窄带的调频或调相信号。对于单音调相信号  
uPM=Ucos(ωct+mpcosΩt)
=Ucosωctcos(mpcosΩt)-Usin(mpcosΩt)sinωct
当mp≤π/12时,上式近似为
uPM≈Ucosωct-UmpcosΩtsinωct
（2）可变移相法。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。
(3）可变延时法。将载波信号通过一可控延时网络,延时时间τ受调制信号控制,即
  τ=kduΩ(t)
则输出信号为
u=Ucosωc(t-τ)=Ucos［ωct-kdωcuΩ(t)］
由此可知,输出信号已变成调相信号了。
二、调频电路
2.1 直接调频电路
1.变容二极管直接调频电路
1) 变容二极管调频原理：
其结电容Cj与在其两端所加反偏电压u之间存在着如下关系:

2) 变容二极管直接调频性能分析
（1）Cj为回路总电容,若变容管上加uΩ(t),就会使得Cj随时间变化（时变电容） ,此时振荡频率为

（2）Cj作为回路部分电容接入回路。在实际应用中,通常γ≠2,Cj作为回路总电容将会使调频特性出现非线性,输出信号的频率稳定度也将下降。因此,通常利用对变容二极管串联或并联电容的方法来调整回路总电容C与电压u之间的特性。
2. 晶体振荡器直接调频电路
变容二极管（对LC振荡器）直接调频电路的中心频
率稳定度较差。为得到高稳定度调频信号,须采取稳频措施,如增加自动频率微调电路或锁相环路（第8章讨论）。还有一种稳频的简单方法是直接对晶体振荡器调频。
3. 张弛振荡器直接调频电路
下图是一种调频三角波产生器的方框图。调制信号控
制恒流源发生器,当调制信号为零时,恒流源输出电流为I;当有调制电压时,输出电流为I+ΔI(t),ΔI(t)与调制信号成正比。

2.2 间接调频电路
下图是一个变容二极管调相电路。它将受调制信号控
制的变容管作为振荡回路的一个元件。Lc1、Lc2为高频扼流圈,
分别防止高频信号进入直流电源及调制信号源中。
高Q并联振荡电路的电压、电流间相移为

三、内容小结
1、 掌握调相波时域表达式，带宽计算方法
2、 掌握调频波与调相波之间的关系
3、 了解调频器的概念、技术指标以及调频方法
4、掌握变容二极管直接调频电路工作原理
四、作业与思考题
作业：7-3，7-4，7-5
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问
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例
题
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问
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书

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提
问
板
书

小
结
提
问

章节内容
7.4鉴频器与鉴频方法
7.5鉴频电路
教学方式
理论讲授
教学时数
2
教学目的与要求
1、了解部分接入变容二级管调频电路工作原理
2、了解晶体振荡器、张弛振荡器直接调频电路工作原理
3、了解间接调频电路（回路参数移相电路、RC网络移相电路）工作原理
4、掌握鉴频器性能指标
教学重点与难点
重点：
1） 鉴频器性能指标
难点：
1）部分接入变容二极管调频电路
教学实验仪器
无
教学进程
教学主要内容
教学方法
引
入
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容
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分
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10
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新
课
7
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内
容
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3
分
钟

复习：
1.掌握调相波时域表达式，带宽计算方法
2.掌握调频波与调相波之间的关系
3.了解调频器的概念、技术指标以及调频方法
4.掌握变容二极管直接调频电路工作原理
新课讲授：
一、鉴频器与鉴频方法
1、角调波的解调就是从角调波中恢复出原调制信号的过程。调频波的解调电路称为频率检波器或鉴频器（FD）,调相波的解调电路称为相位检波器或鉴相器（PD）。

鉴频器及鉴频特性
对鉴频器的另外一个要求,就是鉴频跨导要大。所谓鉴频跨导ＳD,就是鉴频特性在载频处的斜率,它表示的是单位频偏所能产生的解调输出电压。鉴频跨导又叫鉴频灵敏度,用公式表示为

2、鉴频方法
1.振幅鉴频法
调频波振幅恒定,故无法直接用包络检波器解调。鉴于二极管峰值包络
检波器线路简单、性能好,能否把包络检波器用于调频解调器中呢？显然,若能将等幅的调频信号变换成振幅也随瞬时频率变化、既调频又调幅的FM―AM波,就可以通过包络检波器解调此调频信号。用此原理构成的鉴频器称为振幅鉴频器。其工作原理如下图所示。

a)振幅鉴频器框图；(b)变换电路特性
1）直接时域微分法
设调制信号为uΩ=f(t),调频波为

对此式直接微分可得

微分鉴频原理
2）斜率鉴频法
双离谐鉴频器的输出是取两个带通响应之差,即该鉴频器的传输特
性或鉴频特性,如图中的实线所示。其中虚线为两回路的谐振曲线。从图看出,它可获得较好的线性响应,失真较小,灵敏度也高于单回路鉴频器

图7―31 双离谐平衡

双离谐鉴频器的鉴频特性
2. 相位鉴频法
相位鉴频法的原理框图如下图所示。图中的变换电路具有线性
的频率—相位转换特性，它可以将等幅的调频信号变成相位也随瞬时频率变化的、既调频又调相的FM―PM波。

相位鉴频法的原理框图
相位鉴频法的关键是相位检波器。相位检波器或鉴相器就是用来检出两个信号之间的相位差，完成相位差—电压变换作用的部件或电路。设输入鉴相器的两个信号分别为
(7―41)

(7―42)

同时加于鉴相器，鉴相器的输出电压uo是瞬时相位差的函数，即

1) 乘积型相位鉴频法
利用乘积型鉴相器实现鉴频的方法称为乘积型相位鉴频法或积分
(Quadrature)鉴频法。在乘积型相位鉴频器中，线性相移网络通常是单谐振回路(或耦合回路)，而相位检波器为乘积型鉴相器，如下图所示

乘积型相位鉴频法
设乘法器的乘积因子为K，则经过相乘器和低通滤波器后的输出电压为

(7―44)
2) 叠加型相位鉴频法
利用叠加型鉴相器实现鉴频的方法称为叠加型相位鉴频法。对于
叠加型鉴相器，就是先将u1和u2相加，把两者的相位差的变化转换为合成信号的振幅变化，然后用包络检波器检出其振幅变化，从而达到鉴相的目的。

平衡式叠加型相位鉴频器框图
3. 直接脉冲计数式鉴频法
调频信号的信息寄托在已调波的频率上。从某种意义上讲，信号
频率就是信号电压或电流波形单位时间内过零点(或零交点)的次数。对于脉冲或数字信号，信号频率就是信号脉冲的个数。基于这种原理的鉴频器称为零交点鉴频器或脉冲计数式鉴频器。
二、 鉴频电路
2.1 叠加型相位鉴频电路
1.互感耦合相位鉴频器
互感耦合相位鉴频器又称福斯特―西利(Foster―Seeley)
鉴频器，其下是典型电路。相移网络为耦合回路。

互感耦合相位鉴频器
1) 频率—相位变换
频率—相位变换是由互感耦合回路完成的。

互感耦合回路

2) 相位—幅度变换
根据图中规定的 与 的极性，在两个检波二极管上的高频电压分别为

简化电路
则：
①f=f0=fc时，与振幅相等，即UD1=UD2;
②f>f0=fc时，UD1>UD2，随着f的增加，两者差值将加大；
③f<f0=fc时，UD1<UD2,随着f的增加，两者差值也将加大。
2.2比例鉴频器电路

比例鉴频器电路及特性
3.自限幅原理
(1)回路的无载Q0值要足够高，以便当检波器输入电阻Ri随输入
电压幅度变化时，能引起回路Qe明显的变化。
(2)要保证时常数(R1+R2)C大于寄生调幅干扰的几个周期。比例鉴
频器存在着过抑制与阻塞现象。
2.3正交鉴频器
1.正交鉴频原理
正交鉴频器实际上是一种乘积型相位鉴频器，它由移相网络、乘法器和低通滤波器三部分组成。调频信号一路直接加至乘法器，另一路经相移网络移相后(参考信号)加至乘法器。由于调频信号和参考信号同频正交，因此，称之为正交鉴频器。
1.集成正交鉴频其中，

可见，u1与u2(实际上是ur与us)之间的相位差为
当Δf/f0<<1时，上式可写为

可见，鉴频器的输出与输入调频信号的频偏成正比。在上面电路中，调整L、C和C1均可改变回路谐振频率，只要满足

2.4 其它鉴频电路
1.差分峰值斜率鉴频器
差分峰值斜率鉴频器是一种在集成电路中常用的振幅鉴
频器。图7―50(a)是一个在电视接收机伴音信号处理电路(如D7176AP ,TA7243P)等集成电路中采用的差分峰值斜率鉴频器。

图7―50 差分峰值斜率鉴频器
移相网络接在集成电路的⑨、10脚之间。设从⑨脚向右看的移相电路的谐振频率为f01，从10脚向左看的移相电路的谐振频率为f02，则

2.晶体鉴频器
晶体鉴频器的原理电路如图所示。电容C与晶体串联后接到
调频信号源。VD1、R1 ,C1和VD2、R2、C2为两个二极管包络检波器。为了保证电路平衡，通常VD1与VD2性能相同，R1=R2,C1=C2。

晶体鉴频器原理电路
3.1 限幅电路
振幅限幅器的性能可由图7―54(b)所示的限幅特性曲线表示。图中，Up表示限幅器进入限幅状态的最小输入信号电压，称为门限电压。对限幅器的要求主要是在限幅区内要有平坦的限幅特性，门限电压要尽量小。

限幅器及其特性曲线
三、内容小结
1、了解部分接入变容二级管调频电路工作原理
2、了解晶体振荡器、张弛振荡器直接调频电路工作原理
3、了解间接调频电路（回路参数移相电路、RC网络移相电路）工作原理
4、掌握鉴频器性能指标
四、作业
7-6，7-7，7-8

与
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生
互
动

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解
提
问

板
书

提
问

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题
讲
解

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板
书

讲
解

板
书

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解

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书

讲
解

板
书

讲
解

板
书

小结
提问

章节内容
7.6调频收信机与特殊电路
7.7调频多重广播
教学方式
理论讲授
教学时数
2
教学目的与要求
1、了解特殊电路原理及应用
教学重点与难点
重点：
预加重和去加重电路参数计算
难点：
调频广播与特殊电路的应用
教学实验仪器
无
教学进程
教学主要内容
教学方法
引
入
新
的
教
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8
分
钟

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课
程
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20
分
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分
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分
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讲
授
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课
12
分
钟

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程
讲
授
10
分
钟

内
容
小
结
3
分
钟

复习：
1、了解部分接入变容二级管调频电路工作原理
2、了解晶体振荡器、张弛振荡器直接调频电路工作原理
3、了解间接调频电路（回路参数移相电路、RC网络移相电路）工作原理
4、掌握鉴频器性能指标
新课讲授：
一、 调频收发信机及特殊电路
1.1 调频发射机
一种调频发射机的框图。其载频fc=88～108MHz,输入调制信号频率
50Hz～15kHz，最大频偏为75kHz。由图可知，调频方式为间接调频。由高稳
定度晶体振荡器产生fc1=200kHz的初始载波信号送入调相器，由经预加重和积分的调制信号对其调相。调相输出的最大频偏为25Hz，调制指数mf<0.5。

调频发射机框图
1.2 调频接收机
图为广播调频接收机典型方框图。为了获得较好的接收机灵敏度和选择
性，除限幅级、鉴频器及几个附加电路外，其主要方框均与AM超外差接收机相同。调频广播基本参数与发射机相同。

调频接收机方框图
1.3 特殊电路
1.预加重及去加重电路
理论证明，对于输入白噪声，调幅制的输出噪声频谱呈矩形，在整个
调制频率范围内，所有噪声都一样大。调频制的噪声频谱(电压谱)呈三角形，见图，随着调制频率的增高，噪声也增大。调制频率范围愈宽，输出的噪声也愈大。

(a) 功率谱；(b)电压谱
由于调频噪声频谱呈三角形，或者说与ω成线性关系，使我们联想到将信号作相应的处理，即要求预加重网络的特性为
H(jω)=jω

预加重网络及其特性
(a) 预加重网络；(b)频率响应
去加重网络及其频响曲线如图。从图看出，当ω<ω2时，预加重和去加重网络总的频率传递函数近似为一常数，这正是使信号不失真所需要的条件。

去加重网络及其特性
采用预、去加重网络后，对信号不会产生变化，但对信噪比却得到较大的改善，如图：

2. 静噪电路
由于在调频接收中存在门限效应，因此在系统设计时要尽可能地降低门限
值。为了获得较高的输出信噪比，在鉴频器的输入端的输入信噪比要在门限值之上。但在调频通信和调频广播中，经常会遇到无信号或弱信号的情况，这时输入信噪比就低于门限值，输出端的噪声就会急剧增加。
二、 调频多重广播
2.1调频立体声广播
1.调频立体声广播方式
图7―63示出了调频立体声广播的系统图。左声道信号(L)和右声道信号(R)
经各自的预加重在矩阵电路中形成和信号(L+R)和差信号(L-R)。和信号(L+R)照原样成为主信道信号，差信号(L-R)经平衡调制器对副载波进行抑制载波的调幅，成为副信道信号。

图7―63 调频立体声广播发射机的系统图
2. 调频立体声接收机
调频立体声接收机的框图如图7―64所示，在鉴频器之前与单声道调频
接收机的组成相同。

图7―64 调频立体声接收机的框图
2.2 电视伴音的多重广播
电视伴音的多重广播就是电视伴音的立体声广播。图
7―66为某电视伴音多重广播的发射机框图。和信号被作为主
信道信号发送，差信号经限幅器、IDC电路和低通滤波器后作为副信道信号对行扫描频率fH的二倍频信号(副载波)进行调频，并与主信道信号合成后送到伴音发射机。

图7―66 电视伴音多重广播的发射机框图
在接收端，电视机中的伴音处理电路框图如图7―67所示。对图像中放的输出进行检波，取出伴音中频，对它放大后进行鉴频，得到复合伴音信号。它含有主信道信号、副信道信号和控制信号。对此复合信号进行处理和转换即可得到立体声伴音的输出。
三、内容小结
1、预加重和去
2、调频广播与特殊电路的应用
四、思考题与作业
1、说明调频立体声广播和接收原理？
2、调频系统中去加重、预加重的作用与原理？
作业：7-23 7-24

与
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题
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问
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问
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问
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书

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结
提
问