【正文】 制信號為復雜信號 ， 則調(diào)角信號的頻譜分析十分繁瑣 。 但是 ， 實踐表明 ， 復雜信號調(diào)制時 ， 大多數(shù)調(diào)頻信號占有的頻譜寬度仍可用單音調(diào)制時的公式表示 ， 僅需將其中的 F 用調(diào)制信號中 最高 調(diào)制頻率 Fmax 取代 ，?fm 用最大頻偏取代 。 例 1：在調(diào)頻廣播系統(tǒng)中 ， 按國家標準規(guī)定 (?fm)max = 75 kHz， Fmax = 15 kHz， 通過計算求得 k H z1 8 0]1)([2 m a xm a xm a xmCR ???? FFfBW= 2LFmax = 2 ? 8 ? 15 kHz = 240 kHz 故實際選取的頻譜寬度為 200 kHz， 即二值的折中值 。 例 2：利用近似公式計算以下情況的調(diào)頻波的頻帶寬度。 (1) ?fm = 75 kHz， Fmax = kHz， (2) ?fm = 75 kHz， Fmax = 1 kHz， (3) ?fm= 75 kHz， Fmax = 10 kHz。 解： BWCR = 2(M + 1)F = 2( ?fm + F ) (1) BWCR= 2 ? (75 + ) kHz ? 150 kHz (2) BWCR= 2 ? (75 + 1) kHz = 152 kHz (3) BWCR= 2 ? (75 + 10) kHz = 170 kHz 盡管調(diào)制頻率變化了 100 倍，但頻帶寬度變化很小。 小結(jié) ① 調(diào)頻和調(diào)相是兩種 幅度 Vm 恒定 的已調(diào)信號 ， 它們的平均功率 Pav 僅取決于 Vm， 而與 Mf (或 Mp)無關 。 故發(fā)射時 ， 可采用高效率的丙類諧振功率放大器將它放大到所需的發(fā)射功率 ， 而在接收這些已調(diào)信號時將呈現(xiàn)出很強的抗干擾能力 。 ② 調(diào)頻和調(diào)相均是由 無限頻譜分量 組成的已調(diào)信號 ，它沒有確定的頻譜寬度 ， 工程上根據(jù)一個準則來確定有效的頻譜寬度 ， 且其值與 M 的大小密切相關 。 ③ 調(diào)頻調(diào)相均為頻譜非線性變換的已調(diào)信號 ， 因此 ，理論上 ， 它們的調(diào)制與解調(diào)電路均不能采用相乘器和相應的濾波器所組成的電路模型來實現(xiàn) 。 但工程上 ， 在做某些近似 后 ， 相乘器仍可作為構(gòu)成電路的主要器件 (例：矢量合成法調(diào)相電路 、 乘積型鑒相電路 )。 調(diào)頻電路 調(diào)頻電路概述 直接調(diào)頻 張弛振蕩電路實現(xiàn)直接調(diào)頻 間接調(diào)頻電路 ——調(diào)相電路 擴展最大頻偏的方法 調(diào)頻電路概述 一、 直接調(diào)頻和間接調(diào)頻 1． 直接調(diào)頻 (1)定義 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)制信號的變化規(guī)律 。 (2)被控的振蕩器種類 ① LC、 晶體振蕩器 (產(chǎn)生調(diào)頻 正弦波 )； ② 張弛振蕩器 (產(chǎn)生調(diào)頻非正弦波 ， 可通過濾波等方式將調(diào)頻非正弦波變換為調(diào)頻正弦波 )。 2． 間接調(diào)頻 (1)定義 通過調(diào)相實現(xiàn)調(diào)頻的方法。 (2)方法 將調(diào)制信號進行積分 ， 用得到的值進行調(diào)相 ， 便得到所需的調(diào)頻信號 。 圖 521 ① 正弦波振蕩器產(chǎn)生角頻率為 ?c 的載波電壓 Vmcos?ct，通過調(diào)相器后引入一個附加相移 ?(?c)， 即 vO(t) = Vmcos[?ct +?(?c)]。 ② 若附加相移受到 v?(t) 的積分值 [k1 ]的控制 ，則輸出的調(diào)制信號為 ttvt Ω d)(0?vO(t) = Vmcos[?ct +kpk1 ] ttvt Ω d)(0?與調(diào)頻波的表達式 形式相同。 vO(t) = Vmcos[?ct +kf ] ttvt Ω d)(0?vO(t) = Vmcos[?ct +kf ] ttvt Ω d)(0?當 v?(t) = V?mcos? t 時，上式可表示為 vO(t) ? Vmcos(?ct + Mfsin? t) vO(t) = Vmcos[?ct + kpk1 ] ΩtΩV Ω s inm式中， Mf ? kp(k1V?m/?) = ??m/?， ??m = kpk1V?m Mf：調(diào)頻指數(shù) ， 與調(diào)制信號振幅 V?m 成正比 。 調(diào)相器是實現(xiàn)間接調(diào)頻的關鍵 ， 其作用是產(chǎn)生受調(diào)制信號振幅 V?m 線性控制的附加相移 ?(?c) 。 優(yōu)點：調(diào)相電路的實現(xiàn)比較靈活 。 二、調(diào)頻電路的性能要求 1．調(diào)頻特性 (1)定義 描述瞬時頻率偏移 ?f (= f ? fc) 隨調(diào)制電壓 v? 變化的特性 。 (2)特性 如圖 522 所示 。 (3)要求 在特定調(diào)制電壓范圍內(nèi)是線性的 。 2． 調(diào)頻靈敏度 (1)定義 原點上的斜率 0F d)Δ(d??ΩΩ vvfS 單位為 Hz/V， SF 越大 ，調(diào)制信號對瞬時頻率的控制能力就越強 。 (2)要求 當 v?(t) = V?mcos? t 時 ， 畫出的 ?f(t) 波形如 圖 522 所示 。 圖中 ， ?fm 即為調(diào)頻信號的最大頻偏 。 3． 調(diào)頻特性的非線性 (1)中心頻率偏離量 若調(diào)頻特性非線性 ， 則由余弦調(diào)制電壓產(chǎn)生的 ?f(t)為非余弦波形 ， 它的傅里葉級數(shù)展開式為 ?f(t) = ?f0 + ?fm1cos? t + ?fm2cos2? t + ??? 式中 ， ?f0 = f0 – fc 為 ?f(t) 的平均分量 ， 表示調(diào)頻信號的中心頻率由 fc 偏離到 f0 ， 稱為 中心頻率偏離量 。 (2)非線性失真系數(shù) 評價調(diào)頻特性非線性的參數(shù)為 1m22mΔΔffT H D nn????4． 中心頻率準確度和穩(wěn)定度 使接收機正常接收所必須滿足的重要性能指標 ， 否則 ，將造成信號失真 ， 并干擾鄰近電臺信號 。 在正弦振蕩器中實現(xiàn) 直接調(diào)頻 一、工作原理及其性能分析 1． 工作原理 將可變電抗器件接入 LC 振蕩回路中 ， 其電容或電感量受調(diào)制信號控制 ， 便可實現(xiàn)調(diào)頻 。 2． 可變電抗器件的種類 ② 鐵氧化磁芯繞制的線圈 。 電感可變器件 ， 用在掃頻儀中 ， 改變通過附加線圈的電流可控制磁場的變化 ， 使磁芯導磁率變化 ， 從而改變主線圈的電感量 。 ① 駐極體話筒或電容式話筒 。 電容可變器件 用于便攜式調(diào)頻發(fā)射機 ， 將聲波的強弱變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化。 接入振蕩回路當中 ， 可得瞬時頻率按講話聲音強弱變化的調(diào)頻信號 。 ③ 變?nèi)荻O管 。 利用 PN 結(jié)反偏呈現(xiàn)的勢壘電容而構(gòu)成 ，應用最為廣泛 。 優(yōu) 點：工作頻率高 、 固有損耗小 、 使用方便 。 接入方法：全接入 、 部分接入 1． 變?nèi)荻O管作為振蕩回路總電容的直接調(diào)頻電路 (1)原理電路 為 LC 正弦振蕩器中的諧振回路。 Cj ：變?nèi)荻O管的結(jié)電容，與 L 共同構(gòu)成振蕩器的振蕩回路 (全接入 )。振蕩頻率近似等于回路的諧振頻率，即 ?osc??0= j1LC(2)性能分析 ① 歸一化調(diào)頻特性曲線方程 已知變?nèi)荻O管結(jié)電容 的 變?nèi)萏匦? nVvCvC)/1()0()(Bjj ?? VB ： PN 結(jié)的內(nèi)建電位差 ， Cj(0)： v = 0時的結(jié)電容 ， n：變?nèi)葜笖?shù) ， 由 PN結(jié)工藝結(jié)構(gòu)定 ， 在 1/3 ~ 6 之間 。 變?nèi)荻O管總電壓 v = ?( VQ + v? )， 且 |v? | VQ， 代入 nnnnnnxCVVvVVCVVvVVVVVCVvVVVVVVCVvVCvC)1(11)0()0()0(1)0()(QjQBBQjQBQBBQBjBQBQBQBjBQjj????????????????????????????????????????? ??????????? ???????(528) (528) nxCvC)1()(Qjj ?? 式中， (529) ，nVVCC )/1( )0(BQjQj ??BQ VVvx Ω??CjQ 為變 容二極管在靜態(tài)工作點 Q 上的結(jié)電容 ， x 為 歸一化 的調(diào)制信號電壓 ， 其值 恒小于 1。 j1LC將 Cj 代入 ?osc ? ?0 = 中，得 2)1()1(1 cQjj0o s cnxLCxLCn?????? ??? (5210) 式中， 為 v? = 0 的振蕩 (載波 )角頻率， 與 VQ 有關。 Qjc1LC??2)1()1(1 cQjj0o s cnxLCxLCn?????? ??? (5210) 上式為歸一化調(diào)頻特性曲線方程 ， 反映了振蕩角頻率 ?osc 隨 x(即 v? )變化的關系式 。 ② 歸一化調(diào)頻特性曲線 ：指數(shù) n 不同 ， ?f / fc 隨 x 變化的曲線 。 ?f / fc 隨 x 變化的曲線 如圖 524 所示 ， 可見 ， 除 n = 2 外 ， 調(diào)頻特性曲線均為非線性曲線 。 圖 524 歸一化調(diào)頻特性曲線 因此 ， 變?nèi)荻O管作為振蕩回路總電容 ， 應選用 n = 2 的 超突變結(jié) 變?nèi)莨?。 否則 ， 調(diào)制器將出現(xiàn)非線性失真 ， 或使中心頻率偏離 ?c 值 。 ③ 直接調(diào)頻電路的性能 當 v?(t) = V?mcos? t 時 ， 歸一化調(diào)制信號電壓 tΩmtΩVV Vx Ω c o sc o sBQm ??? 其中 ， m = V?m /(VQ + VB)， 若設 m足夠小 ， 可以忽略式(5210)級數(shù)展開式中 ， x的三次方及其以上各次方項 ， 圖 524 歸一化調(diào)頻特性曲線 將 代入，利用 Ωtmx c o s?)2c o s1(21c o s 2 xx ??]2c o s)12(81c o s2)12(811[)( 22co s c ΩtmnnΩtmnmnnx ?????? ??可求得調(diào)頻波的： A． 最大頻偏 cm 2 ?? mn??B．中心頻率偏移 ?c 的數(shù)值 c2c )12(81 ?? mnn ???]!2 )12/(2/21[)1()( 2c2/co s c xnnxnxx n ?????? ???得 C． 二次諧波分量的最大角頻偏 c2m2 )12(81 ?? mnn ???D． 調(diào)頻波的二次諧波失真系數(shù) )12(4m2mf2 ????? nmk??E． 中心角頻率的相對偏離值 2cc )12(81 mnn ?????]2c o s)12(81c o s2)12(811[)( 22co s c ΩtmnnΩtmnmnnx ?????? ??(3)討論 ①變?nèi)荻O管選定，變?nèi)葜笖?shù) n則 定，增大 m可增大相對 頻偏， 但同時增大了 非線性失真系數(shù) kf2和 中心頻率偏移 ??c( ) ，2cc )12(81Δ mnn ????，)12(4ΔΔm2mf2 ???nmk??c2c )12(81 ?? mnn ??? 故 ， 最大相對頻偏受 kf2 和 ??c 的限制 。 在滿足 kf2 和 ??c的條件下 ， 提高 ?c 可以增大調(diào)頻波的最大角頻偏值 ??m。 ② 當 n = 2 時， ??c = 0， ??2m = 0，實現(xiàn)不失真調(diào)頻。 cm 2 ?? mn?? ③ 變?nèi)荻O管由 PN 結(jié)組成 ， 其性能受溫度影響較大 ，為減少影響 ， 可采用 部分接入 電路 。 2． 變?nèi)荻O管部分接入振蕩回路的直接調(diào)頻電路 (1)原理電路 變?nèi)荻O管部