【正文】 cc?????????第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 現(xiàn)在再來研究電容變化量 ?C(t) 與將引起振蕩頻率發(fā)生多大的變化。 從第 7章正弦波振蕩器已知，當(dāng)回路電容有微量變化 ?C時，振蕩頻率產(chǎn)生 ?f 的變化，其關(guān)系如下： 調(diào)頻時， ?C 隨調(diào)制信號變化，因而 ?f 隨時間變化，以?f (t)表示。 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 CCff ??210 ??第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 因此，有 令 則 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 ),(2)( 0200??? mCCCC Cf tfcc ????????0CCCpcc?? CCpK 2 02?]3c os2c osc os[),()(321000tAtAtAAKfmKftf???????????變?nèi)荻O管與振蕩回路之間的接入系數(shù) 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 上式說明，瞬時頻率變化中，含有： 1）與調(diào)制信號成線性關(guān)系的成分，其最大頻移為 2）與調(diào)制信號的二次、三次諧波成線性關(guān)系的成分，其最大頻移為 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 02022 ])2)(1(8[81 KfmmfKAf ????? ????0303302022)2)(1(241)1(41KfmfKAfKfmfKAf??????????????第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 3）中心頻率相對于未調(diào)制時的載波頻率產(chǎn)生的偏移為： ?f1是調(diào)頻時所需要的 頻偏。 ?f0是引起中心頻率不穩(wěn)定的一種因素。 ?f2和 ?f3是 頻率調(diào)制的非線性失真。 二次非線性失真系數(shù)為： 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 02022 )1(41 KfmfKAf ??? ???212122 )2)(1(8)1(2mmAAffk????????????第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 三次非線性失真系數(shù)為： 總的非線性失真系數(shù)為： 為了使調(diào)制線性良好，應(yīng)盡可能減小 ?f2和 ?f3，亦即減小k2和 k3。 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 2213133 )2)(1(8)2)(1(31mmAAffk??????????????2322 kkk ??第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 為了使中心頻率穩(wěn)定度盡量少受變?nèi)荻O管的影響，就應(yīng)盡可能減小 ?f0。 從各最大頻移和非線性失真系數(shù)公式可以看出，如果選取較小的 m 值（即調(diào)制信號振幅 V?較小，或者說變?nèi)荻O管應(yīng)用于曲線 Cj—?R比較窄的范圍內(nèi)），則非線性失真以及中心頻率偏移均很小。但是，有用頻偏 ?f1也同時減小。 為了兼顧頻偏 ?f1和非線性失真的要求，常取 m=。 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 從以上各式還可看出，若選取 ? =1，則二、三次非線性失真系數(shù)以及中心頻率偏移均可為零。這是預(yù)料中的結(jié)論。因?yàn)椋绻x取 ? =1，則由電容變化量 ?C(t) 表達(dá)式可以看到， ?C(t) 與 ??(t) 有下列關(guān)系： 當(dāng) 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 0001c o s1)(CCCtmCCCCCtCccccc???????001c os CCtmCC cc ????第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 則上式近似為： 這就是說， ?C(t) 與調(diào)制信號恰成正比例關(guān)系。如果 ?C(t) 很小，由振蕩頻率產(chǎn)生 ?f 的變化關(guān)系可知， ?f 因亦與?C 成正比例關(guān)系，所以最后必然得出 ?f 與 ??(t)恰成正比例關(guān)系的結(jié)論。 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 tmCCCCtCcc?? c os1)(2002?????????第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 以上討論的是 ?C 相對于回路總電容很小（即頻偏很?。┑那闆r。如果 ?C比較大，這時振蕩頻率產(chǎn)生 ?f 的變化關(guān)系不成立，所以最后得出的結(jié)論將與上面有所不同。 經(jīng)過分析知道，在大頻偏情況下，只有當(dāng) ? =2時，才可能真正實(shí)現(xiàn)沒有非線性失真的調(diào)頻。 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 這就是說，在小頻偏情況，選擇 ? =1的變?nèi)荻O管即可近似實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻； 在大頻偏情況，必須選擇 ? 接近 2的超突變結(jié)變?nèi)荻O管，才能使調(diào)制具有良好的線性。 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) [例 ]已知振蕩器指標(biāo)為： f0 =50MHz，振幅為 5V，回路總電容 C =30pF，選用變?nèi)荻O管 2CC1C。它的靜態(tài)直流工作電壓 V0 =4V，靜態(tài)點(diǎn)電容 C0 =75pF 。設(shè)接入系數(shù) p =，要求最大頻移 ?f1 =75kHz，調(diào)制靈敏度 V?s ?500mV。試估算中心頻率偏移和非線性失真。 [解 ] 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 202 ???? CCpK 1075 63011 ?????? Kf fA ?第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 2CC1C為突變結(jié)變?nèi)荻O管， ? =，查表 ，當(dāng) ? =， A1為 通常 因此 根據(jù)表 ， 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 ?????? ?? 21 438161 mmA843 2 ??m 1 ???? Am633342224220641)2)(1(241161)1(41161)1(41???????????????????????mmAmmAmmA???????第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 因此，可求得最大頻移： 中心頻率偏移為： 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 HzfKAfHzfKAf6603364022?????????????????????HzfKAf 64000 ????????? ??第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 可求得非線性失真： 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 007 3122 ???? ffk??00 3133 ???? ffk ??% 22222322 ??????? kkkk第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 計(jì)算所需要的調(diào)制電壓幅度。根據(jù)調(diào)制深度的表達(dá)式，求得： 通常勢壘電勢 VD比 V0小很多，可以忽略，所以： 因而，能滿足調(diào)制靈敏度高的要求。 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 )( 00VVmVVV Vm DD????? ??sVVmVV ?? ????? 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 電抗管調(diào)頻電路 電抗管是一種可等效為某一可控電抗的電路 ， 是放大管和 90186。相移電路組成的二端有源網(wǎng)絡(luò) 。 最早是用電子管 ， 后來應(yīng)用晶體管 、 場效應(yīng)管以及其他任何放大器件 ， 組成電抗管電路 ， 它們的工作原理都是相同的 。 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 圖 。 從 AA兩端點(diǎn)向左看進(jìn)去 ， 場效應(yīng)管漏極和源極之間可等效為一個純電抗 。 該純電抗性質(zhì)取決于 Z1和 Z2阻抗的性質(zhì) ， 該電抗的大小正比于場效應(yīng)管的跨導(dǎo) 。 場效應(yīng)管的跨導(dǎo)是隨其柵極電壓而變化的 ， 因此可以用柵極電壓控制等效電抗的大小 。 電抗管調(diào)頻電路 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 若將 AA兩端并接在載波振蕩器的振蕩回路調(diào)制電壓加在場效應(yīng)管的柵極上，即可實(shí)現(xiàn)直接調(diào)頻。 電抗管調(diào)頻電路 Z 1 I c Z 2 V g I D I Z AA A A V 圖 場效應(yīng)管電抗管電路 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 電抗管調(diào)頻除電路稍微復(fù)雜一點(diǎn)外，它的優(yōu)缺點(diǎn)與變?nèi)荻O管調(diào)頻大致相同。此外，它的突出優(yōu)點(diǎn)是便于制做集成電路。 若將 AA兩端并接在載波振蕩器的振蕩回路調(diào)制電壓加在場效應(yīng)管的柵極上，即可實(shí)現(xiàn)直接調(diào)頻。 電抗管調(diào)頻電路 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 表 在各種情況下的等效電抗表 AB Z ? 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 晶體管振蕩器直接調(diào)頻 直接調(diào)頻的主要優(yōu)點(diǎn)是可以獲得較大的頻偏 ， 但是中心頻率的穩(wěn)定性 （ 主要是長期穩(wěn)定性 ） 較差 。 在某些情況下 ， 對中心頻率的穩(wěn)定度提出了比較嚴(yán)格的要求 。 目前穩(wěn)定中心頻率常采用以下三種方法： 1） 對石英晶體振蕩器進(jìn)行直接調(diào)頻； 2） 采用自動頻率控制電路； 3） 利用鎖相環(huán)路穩(wěn)頻 。 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 晶體振蕩器有兩種類型： 1）工作在石英晶體的串聯(lián)諧振頻率上，晶體等效為一個短路元件，起著選頻的作用。 2）工作于晶體的串聯(lián)與并聯(lián)諧振頻率之間，晶體等效為一個高品質(zhì)因數(shù)的電感元件，作為振蕩回路元件之一。 通常是利用變?nèi)荻O管控制后一種晶體振蕩器的振蕩頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。 晶體管振蕩器直接調(diào)頻 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 變?nèi)荻O管接入振蕩回路有兩種方式： 1）與石英晶體相串聯(lián) 2）與石英晶體相并聯(lián) 無論哪一種接入方式，當(dāng)變?nèi)荻O管的結(jié)電容發(fā)生變化時，都引起晶體的等效電抗發(fā)生變化。 晶體管振蕩器直接調(diào)頻 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 在變?nèi)荻O管與石英晶體相 串聯(lián) 的情況下，變?nèi)荻O管結(jié)電容的變化，主要是使晶體串聯(lián)諧振頻率 fq發(fā)生變化，從而引起石英晶體的等效電抗大小變化。圖 (a) 當(dāng)變?nèi)荻O管與石英晶體相 并聯(lián) 時，變?nèi)荻O管結(jié)電容的變化，主要是使晶體的并聯(lián)諧振頻率 fp發(fā)生變化，這也會引起石英晶體的等效電抗大小變化。圖 (b) 晶體管振蕩器直接調(diào)頻 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 變?nèi)荻O管與石英晶體連接 方式與電抗曲線： 圖 (a)為電抗曲線； 圖 (b)為電納曲線。 晶體管振蕩器直接調(diào)頻 Xb?ooff39。pfpfpfqfqfqX39。qX39。qfjcXqX139。1qXjcX139。qX qXjcXqX jcX)(a)(b第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 如果用調(diào)制信號控制變?nèi)荻O管的結(jié)電容，由于石英晶體等效電抗（應(yīng)用處在 fq與 fp之間的感抗 Xq）的大小也受到控制，因而亦使振蕩頻率受到調(diào)制信號的控制，即獲得了調(diào)頻信號。 當(dāng)所產(chǎn)生的最大相對頻移很小，約有 104數(shù)量級。 變?nèi)荻O管與石英晶體并聯(lián)連接方式有一個較大的缺點(diǎn)，就是變?nèi)莨軈?shù)的不穩(wěn)定性直接嚴(yán)重影響調(diào)頻信號中心頻率的穩(wěn)定度。 晶體管振蕩器直接調(diào)頻 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 應(yīng)用較廣泛的是變?nèi)荻O管與石英晶體相串聯(lián)方式。圖。 當(dāng)調(diào)制信號使變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容 變化時，晶體振蕩器 的振蕩頻率就 受到調(diào)制。 晶體管振蕩器直接調(diào)頻 Tr3R2R1C調(diào)制信號3C3L?1R2L2C1L0V EEV4L 晶體振蕩器直接調(diào)頻電路 皮爾斯晶體 振蕩器 高頻扼流圈 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 對晶體振蕩器進(jìn)行調(diào)頻時，由于振蕩回路中引入了變?nèi)荻O管，因此頻率穩(wěn)定度相對于不調(diào)頻的晶體振蕩器有所降低。 一般其短期頻率穩(wěn)定度達(dá)到 106 數(shù)量級，長期穩(wěn)定度達(dá)到105 數(shù)量級。 晶體管振蕩器直接調(diào)頻 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 間接調(diào)頻電路 為了提高 直接調(diào)頻 時中心頻率的 穩(wěn)定度 ，必須采取一些措施。 在這些措施中，晶體振蕩器直接調(diào)頻的穩(wěn)定度依然比不上調(diào)頻的晶體振蕩器，而且其相對頻移太?。蛔詣宇l率控制系統(tǒng)和鎖相環(huán)路穩(wěn)頻，雖然不會減小頻移，但電路復(fù)雜程度高。 因此間接調(diào)頻時提高中心頻率穩(wěn)定度的一種較簡便而有效的方法。 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 間接調(diào)頻就是借助調(diào)相來實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。 間接調(diào)頻能得到很高頻率穩(wěn)定度的主要原因 是： 1）采用穩(wěn)定度很高的振蕩器作為主振蕩器； 2）調(diào)制不在主振器進(jìn)行，在其后的某一級放大器中完成。具體說就是在放大器中用積分后的調(diào)制信號對主振器送來的載波振蕩進(jìn)行調(diào)相。 用這種方法得到就是由調(diào)制信號進(jìn)行調(diào)頻的調(diào)頻波。中心頻率的穩(wěn)定度就等于主振器的頻率穩(wěn)定度。 間接調(diào)頻電路 第 10章 角度調(diào)制與解調(diào) 調(diào)相的方法 通常調(diào)相方法有三類： 1）用調(diào)制信號控制諧振回路或移相網(wǎng)絡(luò)中的電抗荷或電阻元件以實(shí)現(xiàn)調(diào)相； 2）矢量合成法調(diào)相； 3）脈沖調(diào)相。 間接調(diào)頻電路