高频电子电路7[1].2

m= UΩ U D + Uo
t
C0 U 1+ o UD
uR
U0
t
]γ
uR
表示结电容调制深度的调制指数。 表示结电容调制深度的调制指数。
(的分析， 为了突出调频性能的分析，下图只画出了它的高频交流等效 电路，没有画出直流馈电电路， 电路，没有画出直流馈电电路，
Co Cj = uR γ (1 + ) UD
式中： 为反向偏置电压， 式中：uR为反向偏置电压，UD为PN结势垒电位差 结势垒电位差 Co为uR =0时的电容值（零偏置电容），γ为变容指 时的电容值（ 时的电容值 零偏置电容） 为变容指 其值随半导体掺杂浓度和ＰＮ ＰＮ结的结构不同而 数, 其值随半导体掺杂浓度和ＰＮ结的结构不同而 变化。 变化。
压控振荡器直接调频：优点：可获得较大频偏 缺点 缺点： 压控振荡器直接调频：优点：可获得较大频偏.缺点：中心频率稳定性 常采用自动频率微调（ 差，常采用自动频率微调（automatic frequency control ，AFC）电 ） 路来克服载频偏移。 路来克服载频偏移。
1. 变容二极管直接调频电路 （Varactor diode direct FM） ） (1) 变容二极管 变容二极管是利用ＰＮ ＰＮ结的结电容随 变容二极管是利用ＰＮ结的结电容随 反向电压变化这一特性制成的一种压 控电抗元件。 控电抗元件。 结电容C 与反偏电压u 的关系： 结电容 j 与反偏电压 R 的关系 ：
(1) 晶体振荡器直接调频原理
右图为并联型Pierce Oscillator， 右图为并联型 ， Cg 其振荡频率为： 其振荡频率为：
f 0 = f q [1 + 2( C L + C o ) ]
Cl Cj
C2 JT
式中： 为晶体的动态电容， 晶体的静态电容， 式中：Cg为晶体的动态电容，C o：晶体的静态电容， 1 CL = 晶体的串联谐振频率。 1 1 1 ， f q：晶体的串联谐振频率 + + C1 C2 C j 变化时， 变化， 在电路中， 在电路中，当Cj变化时，CL变化，从而使晶体振荡器的振荡频率也发生变 如果压控元件C 控制， 化，如果压控元件 j受调制电压 uΩ (t ) 控制 ， 则 Pierce Oscillator就成为一 就成为一 个晶体调频振荡器。 晶体调频振荡器。 注意：晶体在电路中呈现为一个等效电感， 注意：晶体在电路中呈现为一个等效电感，故只能工作于晶体的串联谐振 频率f 与并联谐振频率f 之间， 频率 q与并联谐振频率 p之间，而f q与 f p之间的频率变化范围只有 f p − fq = 10 − 3 − 10 − 4 量级，再加上 j的串联，晶体的可调振荡频率更窄。 量级，再加上C 的串联，晶体的可调振荡频率更窄 可调振荡频率更窄。 fo
设在变容二极管上加一个静态工作电压U 设在变容二极管上加一个静态工作电压 o和一个单频调制信号
则结反偏电压： u Ω ( t ) = U Ω cos Ω t ，则结反偏电压：uR (t ) = U o + uΩ ( t ) = U o + U Ω cos Ωt 而结电容： 而结电容：
Cj = C0 U + U Ω cos Ω t 1+ ( o ) UD UD + Uo UD = C0[ 1 + U o + U Ω cos Ω t UD
2.（ 变容二极管调相电路 当∆ φ < π /6（或30o）时，tan ∆ φ ≈ ∆ φ 幅频特性 2∆ω ( t ) 调相器 间接调频的关键电路是调相器 间接调频的关键电路是调相器. ∆ϕ ( t ) ≈ − Q ωo 将变容二极管接在高频放大器的谐振回路里， 将变容二极管接在高频放大器的谐振回路里，就可构成变容二极 可得: 可得 管调相电路。 管调相电路∆ ϕ ( t ) ≈ − Q γ m cos Ω t , m p = Q γ m O 。 ω ω C1 C2 o R2 oR1 表明:单级LC谐振回路在满足 p < π /6（30 ） π ∆φ 谐振回路在满足m 表明:单级 载波输入 谐振回路在满足 （ uFM (t ) 载波输入 调相波 高稳定度 调相器 的条件下， 的条件下，回路输出电压的相移是与输入调制 2 C j C4 π/6 输出 振荡器成线性关系的。 R3 电压u 成线性关系的 电压 (t)成线性关系的。 ω L -π/6 uΩ ( t ) uΩ ( t ) ∫ ∫ 如果将调制电压u 如果将调制电压 (t)先积分后再加在变容二 − π 先积分后再加在变容二 R uΩ (t ) C3 积分器 4 2 极管上，则单级LC谐振回路输出电压的瞬时 极管上， 则单级 谐振回路输出电压的瞬时 频率ω(t)就与输入调制电压 ，成线性关系 UQ 就与输入调制电压u 频率 如果忽略二次方以上各项(t)成线性关系 ，=9V 就与输入调制电压 如果忽略二次方以上各项，成线性关系， 可得回 即可实现对调制电压u 的间接调频 的间接调频。 即可实现对调制电压 (t)的间接调频。 路的谐振频率为 ： 调相波
Uo = EC R2 ，而二极管的反偏电压为：u R = U o + u Ω (t ) 而二极管的反偏电压为： R1 + R2
(3) 调频性能分析
由上电路可知，振荡频率为： 由上电路可知，振荡频率为：
ω =
1 LC Σ
;而 C Σ = C j + 而
C 1C 2 C1 + C2
VT
C1 L C2
γ
γ 载波输入 1 γ 2 ω (t ) = = ω o [1 + m cos Ω t ] ≈ ω o [1 + m cos Ω t ] 2 LC j γ Cj ∆ ω ( t ) = ω ( t ) − ω o = ω o m cos Ω t 回路的频率偏移为： 回路的频率偏移为： 2
EC C3 VT C1 L C2 Cj LD + VT + u R1 C4 C1 L C2 Cj + uR -
Uo
R2
图中； 为高频偶合电容， 为偶合隔直电容， 图中；C3为高频偶合电容，C4为偶合隔直电容，LD为高频扼流 阻止高频电流经过调制信号源被旁路， 圈，阻止高频电流经过调制信号源被旁路，右图为振荡器交流等效 电路， 与振荡器回路并联， 的偏置电路， 电路，C j与振荡器回路并联，R1，R2为C j的偏置电路，为C j提供静 态直流偏压
时的振荡频率， 时的振荡频率 为未加调制信号（u Ω ( t ) = 0 ）时的振荡频率 为未加调制信号
jQ
即为调频振荡器的中心频率。 即为调频振荡器的中心频率。 讨论： 讨论：1 设 γ =2
ω oU Ω cos Ω t ω ( t ) = ω o [1 + m cos Ω t ] = ω o + 则 Uo + UD ωo , 其中 k f = = ω o + k f U Ω cos Ω t , 即满足线性调频。 即满足线性调频 U +U
[
]γ
]− γ
= C0[ =
]− γ [ 1 +
UΩ cos Ω t UD + Uo
]− γ
Cj Cj
[
C0 U 1+ o UD
]γ
[ 1 + m cos Ω t ]− γ ]
γ
= C jQ [ 1 + m cos Ω t
CjQ
其中： 其中： C jQ =
[
为静态工作点的结电容。 为静态工作点的结电容。
3 扩展频偏的方法
利用倍频器 可将载波频率和最大频偏同时扩展n倍。 可在不改变最大频偏的情况下，将载波频 率改变为所需值。
利用混频器
可先用倍频器增大调频信号的最大频偏，然后再 用混频器将调频信号的载波频率降低到规定的数值。
3. 扩展直接调频电路最大线性频偏的方法
ω1＝ωc＋∆ωmcos Ω t ω2＝n ωc＋n∆ωmcos Ω t ω4＝ωc－n∆ωmcos Ω t
7.3.1 调频电路的主要性能指标 中心频率 及其稳定度 即未调制时的载波频率fc 。 保持中心频率的高稳定度，才 能保证接收机正常接收信号 ∆f = f - fc ∆fm OU
调频特性
最大频偏 ∆fm 调频灵敏度
d(∆f ) SF = duΩ u =0 Ω ∆fm SF = UΩm
非线性失真
u
m
uΩ (t )
VCO
uFM ( t ) = U cos[ω o t + k f ∫ uΩ ( t )dt ]
仿真 式中： 为振荡信号的振幅 为振荡信号的振幅， 式中：U为振荡信号的振幅， ω o:当 uΩ (t ) = 0 时的振荡频率，k f为:VCO控制灵敏度。 时的振荡频率， 控制灵敏度。 当 控制灵敏度 变容二极管 VCO中最常用的压控元件： 中最常用的压控元件： 中最常用的压控元件 由晶体管和场效应管组成的电抗电路
7.3 调频电路
主要要求：
掌握调频的实现方法，了解调频电路的主要指标 理解变容管直接调频电路的组成和工作原理 了解变容管间接调频电路的组成和工作原理。 理解实现调相的基本方法。 掌握扩展最大频偏的方法。
7.3 调频电路
7.3.1 调频电路的主要性能指标 7.3.2 直接调频电路 7.3.4 间接调频电路
7.3.2 直接调频电路
用调制信号电压控制振荡回路的参数，如回路电容 或回路电 用调制信号电压控制振荡回路的参数，如回路电容C或回路电 正比于所加调制信号电压， 感L，并使振荡频率 正比于所加调制信号电压，即可实现调频。 ，并使振荡频率ω正比于所加调制信号电压 即可实现调频。 在直接调频法中常采用压控振荡器（ 在直接调频法中常采用压控振荡器（Voltage Control Oscillator） ） 作为频率调制器来产生调频信号。 作为频率调制器来产生调频信号。 VCO的特点：瞬时频率随外加控制信号的变化而变化。 的特点：瞬时频率随外加控制信号的变化而变化。 的特点 通常有： 通常有： ω(t ) = ωo + kf uΩ(t ) 压控振荡器的输出信号即为调频信号。 ，压控振荡器的输出信号即为调频信号。