第6章角度调制与解调.pptx

1、v第第6章章 角度调制与解调电路角度调制与解调电路v本章重点本章重点v 调频和调相信号的数学表示式和波形，频偏、相偏、调制指数、有效频带宽度的计算；v 变容二极管直接调频电路和间接调频电路的工作原理和电路组成；v 石英晶体振荡器调频的电路组成；v 斜率鉴频器和相位鉴频器的电路组成。v6.1 从导频制立体声调频广播谈起v6.2 角度调制与解调原理v6.3 调频电路v6.4 鉴频电路v6.5 数字信号调制与解调v6.6 实训v6.1从导频制立体声从导频制立体声调频广播谈起调频广播谈起v 调频（FM），是用调制信号控制高频载波的瞬时频率，使其按调制信号的变化规律变化，振幅保持不变化。v 经过频率调制

2、的载波称为调频波。v 调相（PM），是用调制信号控制高频载波的瞬时相位，使其按调制信号的变化规律变化，振幅保持不变化。v 经过相位调制的载波称为调相波。v 角频率是相位角对时间的变化率，调频和调相都会产生相位角的变化，所以调频和调相合称为角度调制。v 通信和广播一般只用调频。v 无线电广播有调幅广播和调频广播两种方式。v 调幅广播的工作频段为525kHz26MHz，传送的语言和音乐的频率范围定为200Hz4.5kHz。v 调频广播的工作频段为88MHz108MHz，传送的语言和音乐的频率范围是100Hz15kHz，比调幅广播传送的信号的频率范围宽，所以高、低音丰富，音色饱满。v 导频制立体声调

3、频广播是一种典型的调频广播制式。v 图6-1（a）、（b）所示为导频制立体声调频广播发送系统组成框图和信号频谱。v 主信道信号、副信道信号、导频信号在相加器中混合组成立体声复合信号，对载波进行频率调制，经高频功率放大后，由天线发射到空中向接收机传送。（a）发送系统组成框图（b）复合信号频谱 图6-1 导频制调频立体声广播发送系统组成与信号频谱 v 调频广播接收机即调频收音机，由天线、FM接收电路、双声道立体声恢复电路、功率放大器和扬声器组成，如图6-2所示。v FM接收电路包括高频放大、混频、中频放大、鉴频等电路。图6-2 调频广播接收机电路组成 v 鉴频输出信号送到双声道立体声恢复电路后分为

4、3路。v 一路由低通滤波器取出L+R信号，v 另一路由带通滤波器取出L-R双边带调幅信号，v 第三路有调谐电路取出19kHz导频信号。v 导频信号2倍频为38kHz副载波，对L-R双边带调幅信号同步检波，取出L-R信号。v L+R信号和L-R信号送入矩阵电路加减运算输出L左声道信号和R右声道信号。v 送功率放大器放大后，由扬声器播放。v 在调频发射系统中，立体声复合信号对载波进行频率调制需要用调频电路；v 在调频收音机中，从调频载波中解调出立体声复合信号需要用鉴频电路。v6.2角度调制与解调原理角度调制与解调原理v6.2.1调角信号的时域特性调角信号的时域特性v 1.调频电路和调相电路组成调频

5、电路和调相电路组成v 频率调制用调频电路来实现，直接调频电路的组成如图6-3所示。v 在振荡器电路中附设可变电抗元件，用调制信号控制可变电抗元件的电抗值，使之随调制信号变化规律变化，从而使振荡器的振荡频率随调制信号的变化规律变化，达到调频的目的。振荡器可变电抗元件调制信号调频输出图6-3 调频电路组成框图v 调相电路的组成如图6-4所示。v 在振荡器振荡信号产生后，在其输出端附设可变电抗元件移相电路，用调制信号控制可变电抗元件的电抗值，使之随调制信号变化规律变化，从而使移相电路的移相值随调制信号的变化规律变化，达到对振荡器振荡输出信号调相的目的。振荡器可变电抗元件调制信号图6-4 调相电路组成

6、框图移相电路调相输出图6-5 调频信号波形及瞬时频率偏移图6-6 调相信号的波形和瞬时角频率偏移v 4.调频信号与调相信号时域特性的调频信号与调相信号时域特性的比较比较v 相同在于：v (1)二者都是等幅信号，为高频载波的振幅。v (2)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。v 区别在于：v (1)二者的频率和相位变化的规律不一样。v (2)调频信号的调频指数Mf与调制频率有关，调相信号的最大频偏与调制频率有关。时域参数调频信号调相信号表6-1 调频信号与调相信号时域参数比较v 图6-7给出了宗数为M的n阶第一类贝塞尔函数曲线，表6-2给出了M为几个离散值时的贝塞尔函数值。图6

7、-7 宗数为M的n阶第一类贝塞尔函数曲线图Jn(M)nJn(0)Jn(0.5)Jn(1)Jn(2)Jn(3)Jn(4)Jn(5)Jn(6)010.9390.765 0.224-0.261-0.397-0.178 0.15110.2420.440 0.577 0.339-0.066-0.328-0.27720.0300.115 0.353 0.4860.3640.047-0.24330.020 0.129 0.3090.4300.3650.11540.003 0.034 0.1320.2810.3910.35850.007 0.0430.1320.2610.36260.001 0.0110.04

8、90.1310.24670.0030.0150.0530.13080.0040.0180.057表6-2 宗数M为几个离散值时的贝塞尔函数值v （1）调角信号由载频分量fc和无穷多组上、下边频分量组成，这些频率分量的频率为fcnF，振幅为Ucm Jn(M)，式中n=0，1，2，。v n为偶数时，上、下边频分量相位相同；n为奇数时，上、下边频分量相位相反。v （2）当M确定后,各边频分量的振幅随n的增加，总趋势是减小，但不是单调减小，而有高低起伏，且有时候会为零。v （3）载频分量的振幅有可能为正值也可能为负值，在个别M 值（如M=2.405、5.520）时，载频分量振幅为零。v 图6-8所示为

9、M3的调角信号的频谱。v 图中谱线只画到n7为止，各谱线上标注的数值乘以Ucm即为载波分量或边频分量的振幅。图6-8 M3调角信号的频谱v 例6.1 已知调频广播的音频信号最低频率Fmin=20Hz，最高频率Fmax=15kHz，若要求调频频偏fm=75kHz，问相应调频信号的调频指数Mf和带宽BW是多少？在88108MHz调频广播频段中可以安排多少个调频广播电台？v 解：由（6-4）式可知，调频信号频偏由调频比例系数和调制信号振幅确定，与调制信号频率无关，高频、低频都一样。v 例6.2 已知音频信号最低频率Fmin=20Hz，最高频率Fmax=15kHz，若进行调相，由电路确定调相指数MP为

10、5，问调相信号的带宽为多少？最高频率和最低频率的频偏分别为多少？v 解：由(6-15)式可知，调相信号的频偏与调制信号频率成正比，调相指数与调制信号频率无关。v6.3 调频电路调频电路v 实现频率调制的方式一般有两种：一种是直接调频，另一种是间接调频，相应有直接调频电路和间接调频电路两种电路形式。v6.3.1 调频电路的主要调频电路的主要性能指标性能指标v 1调频调频线性线性v 调频电路输出信号的瞬时频偏与调制电压的关系称为调频特性，理想调频特性应该是线性的。v 2调频灵敏度调频灵敏度v 单位调制电压产生的角频偏称为调频灵敏度。在线性调频范围内，相当于调频比例系数kf。v 3线性频偏线性频偏

11、v 实际调频电路的调频特性只有一部分是线性的，其他是非线性的。线性部分称为最大线性频偏。v 调频广播系统的要求是75kHz,调频电视伴音系统的要求是50 kHz。v 4载频载频稳定度稳定度v 调频电路的载频稳定性是接收电路能够正常接收，而且不会造成邻近信道互相干扰的重要保证，应尽可能稳定。v 调频广播系统要求载频漂移不超过2kHz，调频电视伴音系统要求载频漂移不超过500Hz。v6.3.2直接调频直接调频电路电路v 直接调频是将调制信号作为压控振荡器的控制电压，使压控振荡器的振荡频率不失真地随调制信号规律变化。v 1变容二极管调频变容二极管调频电路电路v 变容二极管的pn结的结电容随反向电压（

12、反偏）变化，将变容二极管接入LC振荡器的振荡回路，用调制电压去控制变容二极管的电容量，从而控制振荡器的振荡频率，达到调频的目的。v （1）变容二极管的性能v 变容二极管是利用PN结反向偏置的势垒电容构成的可控电容，其电容量随所加的反向电压的变化而变化。v 图6-9所示为变容二极管的结电容Cj与管子两端所加的反向电压uD的关系曲线和电路符号。图6-9 不同值的变容二极管特性曲线和电路符号（a）特性曲线 （b）电路符号v （2）变容二极管直接调频电路v 变容二极管直接调频电路如图6-10所示。v 图中，晶体管和电容C1、C2电感L1组成电容三点式振荡器，变容二极管和电容C3串联后与电感L1并联。v

13、 加在变容二极管VD两端的电压为（5V）（u），分别为直流工作点电压和调制信号电压，使变容二极管的结电容产生变化，如图6-11所示。v 与电感L1并联的等效电感也就产生变化，振荡器的振荡频率也就产生变化，达到调频的目的。图6-10 变容二极管直接调频电路图6-11 偏压固定后变容二极管电容值随调制信号变化v 2.晶体振荡器调频晶体振荡器调频电路电路v 如图6-12所示，晶体管VT2和两个100PF电容，以及晶体JT组成皮尔斯晶体振荡器电路，晶体JT标称频率为30MHz，与变容二极管VD串联。v 9V电源电压经3k电阻降压后，经2.2H高扼圈给VD加负偏压。v 传声器信号经VT1放大后，经2.2

14、H高扼圈加在变容二极管两端。v 图6-12 晶体振荡器直接调频电路v 变容二极管结电容随传声器信号变化，则晶体振荡器振荡频率随传声器信号变化，完成直接调频。v VT2集电极所接LC并联回路谐振于3倍晶振频率，作为3倍频负载，取出90MHz载波调频信号，由天线发射输出。v 晶振的频率控制范围很窄，仅在串联谐振频率fs与并联谐振频率fp之间，所以晶振调频电路的最大相对频偏只能达到0.01%左右，最大线性频偏fm也就很小。v 3倍频输出可使最大线性频偏fm增加2倍。v 晶振变容二极管调频电路的优点是载频稳定度高，可达10-5左右，因而在调频通信发送设备中得到了广泛应用。图6-13 间接调频原理图v

15、间接调频，调制不直接作用于振荡器电路元件，振荡没有受到影响，显然，这时调频信号的载波频率稳定度就等于LC振荡器或晶体振荡器的频率稳定度。v 1.变容二极管变容二极管相移网络相移网络v 相位调制器是间接调频电路的关键部件，通常采用变容二极管相移网络来实现。v 图6-14(a)所示为变容二极管相移网络，图(b)是其高频等效电路。图6-14 变容二极管相移网络与高频等效电路（a）变容二极管相移网络 （b）高频等效电路v 图中C3对高频载波短路，变容二极管结电容和电感L组成并联回路。v 电感L对直流短路，+9V直流电压经R3和R4以及电感L给变容二极管加负偏压，以选定静态工作点。并联谐振角频率0由静态

16、工作点结电容CjQ和电感L决定，并设定其等于载波角频率c。v 调制信号经电容C4耦合和电阻R3、电容C3滤去高频杂波后，加到变容二极管上，变容二极管结电容则随调制电压变化，并联回路的谐振角频率0也随调制电压而变化。v 当结电容增大时，谐振角频率减小，阻抗频率特性和相频特性向左移；当结电容减小时，谐振角频率增大，阻抗频率特性和相频特性向右移。如图6-15所示。图6-15 阻抗频率特性和相频特性变化（a）阻抗频率特性 （b）相频特性v 载波信号角频率c=0，由R1、C1隔直，耦合输入并联回路，由R2、C2隔直，耦合输出。v 调制信号电压幅度为0时，并联回路阻抗对载波角频率c呈现为纯电阻，相移为零。v 调制信号电压幅度向正值变化时，变容二极管结电容减小，并联回路谐振频率增大，特性曲线向右移。v 并联回路阻抗对载波角频率c呈现为感性，相移为正相角，相移大小按调制电压幅度变化规律变化v 调制信号电压幅度向负值变化时，变容二极管结电容增大，并联回路谐振频率减小，特性曲线向左移。v 并联回路阻抗对载波角频率c呈现为容性，相移为负相角，相移大小按调制电压幅度变化规律变化。v 图6-14中，若将R3、C