第5章角度调制与解调电路

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1、第5章角度调制与解调电路5.1概述5.2角度调制5.3调频电路5.4调频波的解调5.5角调制与解调电路的制作、调试和检测5.1概述图5-1信号传输方式除了前面介绍的振幅调制外.还有角度调制。角度调制包括频率调制和相位调制两种方式。频率调制(FrequencyModulation,FM)是用调制信号去控制高频载波的频率.使高频载波的瞬时频率按调制信号的规律变化;相位调制(PhaseModulation,PM)是用调制信号去控制高频载波的相位.使高频载波的瞬时相位按调制信号的规律变化。在这两种调制过程中.载波信号的振幅都保持不变.而频率和相位的变化都表现为总

2、相角的变化.因此.把调频和调相统称为角度调制。角度调制的特点是抗干扰能力强、效率高、耗电少。调频常用于调频广播、电视广播、通信及遥感等方面;调相常用于数字通信以及实现间接调频等方面。返回5.2角度调制5.2.1调频信号的数学分析在进行频率调制时.高频正弦载波的频率将不再是恒定不变的、产而是随着调制信号的大小变化随时改变的。当调制信号幅度增大时.瞬时频率随之增高;当调制信号幅度减小时.瞬时频率随之下降;当调制信号为零时.瞬时频率恢复到载波频率wc。这里载波频率wc称为调频信号的中心频率。调频波的瞬时频率可以表示为△w(t)的最大值称为最大频偏.用△wm表示

3、.即下一页返回5.2角度调制单音调制时.对于调频信号.它的w(t)为(5-8)式(5-8)表明.频偏与调制信号的振幅成正比.而与调制信号的频率无关。这是调频波的基本特征之一。将式(5-8)代入式(5一5)即可得到调频信号的数学表达式为若初相角φ=0则得下一页上一页返回5.2角度调制因此.调频波的数学表达式为5.2.2调相信号的数学分析调相时.载波高频振荡信号的瞬时相位随调制信号线性变化。总的瞬时相角可表示为(5-13)下一页上一页返回5.2角度调制△φ(t)的最大值叫做最大相移·也称为调相系数·用mp表示·即在单音调制时.调相系数mp为(5-14)将式(

4、5-13)代入式(5-6)中·并设初相角φ=0,可得调相波的数学表达式为调相波形随调制信号的变化情况如图5-4所示下一页上一页返回5.2角度调制为便于比较.将调频信号和调相信号的基本特征列于表5-1中。5.2.3调角信号的频谱和频谱宽度1.调角信号的频谱调频波和调相波的形式类似.其频谱也类似.下面以调频波的频谱分析为例.进一步了解调角信号的特点和频谱宽度。为此.把式(5-12)用三角公式展开.可得下一页上一页返回5.2角度调制得到单音调制调频信号的完全展开式.即下一页上一页返回5.2角度调制为了便于直观地理解角度调制中频谱的变换.图5-6绘出了不同mf值

5、时调频信号的频谱图。2.调角信号的频谱宽度从理沦上说.调角信号的边频分量有无限多对.也就是说.它的频谱是无限宽的。一路信号要占用无限宽的频带.通常不是希望的。实际上.已调信号的能量的绝大部分集中在载频及其附近的一些边频中。对于每一调频系数mf，从某一边频起.它的幅度便非常小.以致滤去这些边频分量不会引起已调信号的波形产生明显的失真。上一页返回5.3调频电路5.3.1直接调频电路1.变容二极管直接调频电路1)变容二极管变容二极管是一种特殊的二极管.取其结电容Cj随外加电压的变化而制成。变容二极管两端对外呈现的电容量Cj与加在二极管两端的反向电压uD的关系是

6、下一页返回5.3调频电路变容二极管的电路符号以及Cj-uD的关系如图5一9所示。2)变容二极管调频原理现在将变容二极管作为LC振荡器回路的总电容.如图5-10(a)所示.振荡频率等于由回路电感五和回路电容Cj所决定的谐振频率.即若取则下一页上一页返回5.3调频电路将式(5-26)代入式(5-25)中.得到振荡频率随UΩ(t)变化的表达式.即式中,fc是uΩ(t)=0时的振荡器的振荡频率.即载波频率.也称为调频波的中心频率。若r=2.则下一页上一页返回5.3调频电路可见.振荡频率的变化量与调制信号成正比.由此实现了线性的调频.而且可以获得较大的最大频偏.其

7、值为2.电抗管直接调频电路电抗管电路通常是由一只晶体管或场效应管与电抗和电阻元件构成的移相网络所组成的.可等效为一个电抗元件(电感或电容)。不过.它与普通的电抗元件不同.其参量可以随调制信号而变化。所以.将电抗管接入振荡器的谐振回路.在低频调制信号控制下.电抗管的等效电抗就会发生变化.使振荡器的瞬时振荡频率随调制电压而变.从而获得调频波。下一页上一页返回5.3调频电路图5-13是场效应管电抗管调频原理图。3.非正弦波产生器直接调频电路方波和三角波等非正弦波产生器又称为弛张振荡器。如果用调制信号uΩ(t)控制弛张振荡器的振荡频率(非正弦信号的频率又叫重复频

8、率).使其跟随着uΩ(t)变化.则可得到非正弦波调频信号。在实际应用中主要是方波