调频方法综述.ppt

调频方法综述10.3.1  直接直接调频原理原理直接直接调频的基本原理是利用的基本原理是利用调制信号直接控制振制信号直接控制振荡器的振器的振荡频率，使其反映率，使其反映调制信号制信号变化化规律要用用调制信号去控制制信号去控制载波振波振荡器的振器的振荡频率，就是率，就是用用调制信号去控制决定制信号去控制决定载波振波振荡器振器振荡频率的元率的元件或件或电路的参数，从而使路的参数，从而使载波振波振荡器的瞬器的瞬时频率率按按调制信号制信号变化化规律律线性地改性地改变，就能，就能够实现直直接接调频1．改．改变振振荡回路的元件参数回路的元件参数实现调频在在LC振振荡器中，决定振器中，决定振荡频率的主要元件是率的主要元件是LC振振荡回路的回路的电感感L和和电容容C在RC振振荡器中，决定器中，决定振振荡频率的主要元件是率的主要元件是电阻和阻和电容因而，根据容因而，根据调频的特点，用的特点，用调制信号去控制制信号去控制电感、感、电容或容或电阻的数阻的数值就能就能实现调频调频电路中常用的可控路中常用的可控电容元件有容元件有变容二极管和容二极管和电抗管抗管电路常用的可控路常用的可控电感元件是具有感元件是具有铁氧体磁氧体磁芯的芯的电感感线圈或圈或电抗管抗管电路，而可控路，而可控电阻元件有阻元件有二极管和二极管和场效效应管。

管2．控制振．控制振荡器的工作状器的工作状态实现调频在微波在微波发射机中，常用速射机中，常用速调管振管振荡器作器作为载波振波振荡器，其振器，其振荡频率受控于加在管子反射极上的反射率受控于加在管子反射极上的反射极极电压因此，只需将因此，只需将调制信号加至反射极即可制信号加至反射极即可实现调频若若载波是由多波是由多谐振振荡器器产生的方波，生的方波，则可用可用调制信制信号控制号控制积分分电容的充放容的充放电电流，从而控制其振流，从而控制其振荡频率10.3.2  间接接调频原理原理调频波的数学表示式，在波的数学表示式，在调制信号制信号为uΩ(t)时，，为                       uFM(t)=Ucm cos[ωct+kf                  ]可可见调频波的相位偏移波的相位偏移为kf                 ，与，与调制信号制信号uΩ(t)的的积分成正比分成正比若将若将调制信号先通制信号先通过积分器得分器得           ，然后再通，然后再通过调相器相器进行行调相，即可得到相，即可得到调制信号制信号为                的的调相波，即相波，即                   u(t)=Ucm cos[ωct+kP                   ]因此，因此，调频可以通可以通过调相相间接接实现。

通常将通常将这样的的调频方式称方式称为间接接调频，其原理方框，其原理方框图如如图10-1所示这样的的调频方式采用方式采用频率率稳定度很高的振定度很高的振荡器器(例如石英晶体振例如石英晶体振荡器器)作作为载波振波振荡器，然器，然后在它的后后在它的后级进行行调相，得到的相，得到的调频波的中心波的中心频率率稳定度很高定度很高       图10-1    间接接调频原理方框原理方框图§10.4    变容二极管直接容二极管直接调频电路路10.4.1.  变容二极管容二极管调频电路路1．．变容二极管的特性容二极管的特性变容二极管是根据容二极管是根据PN结的的结电容随反向容随反向电压改改变而而变化的原理化的原理设计的在加反向偏的在加反向偏压时，，变容二容二管呈管呈现一个一个较大的大的结电容这个个结电容的大小能容的大小能灵敏地随反向偏灵敏地随反向偏压而而变化正是利用了化正是利用了变容二极容二极管管这一特性，将一特性，将变容二极管接到振容二极管接到振荡器的振器的振荡回回路中，作路中，作为可控可控电容元件，容元件，则回路的回路的电容量会明容量会明显地随地随调制制电压而而变化，从而改化，从而改变振振荡频率，达率，达到到调频的目的。

的目的变容二极管的反向容二极管的反向电压与其与其结电容呈非容呈非线性关系其其结电容容Cj 与反向偏置与反向偏置电压ur之之间有如下关系：有如下关系：                                                                    (10-19) 式中，式中，UD 为PN结的的势垒电压，，Cj0 为ur =0时的的结电容容;γ为电容容变化系数2．．调频基本原理基本原理图10-2    变容二极管容二极管调频电路路图10-2是是变容二极管容二极管调频器的原理器的原理电路图中虚中虚线左左边是一个是一个LC正弦波振正弦波振荡器，右器，右边是是变容二极容二极管和它的偏置管和它的偏置电路其中Cc是藕合是藕合电容，容，ZL为高高频扼流圈，它扼流圈，它对高高频信号可信号可视为开路变容二容二极管是振极管是振荡回路的一个回路的一个组成部分，加在成部分，加在变容二极容二极管上的反向管上的反向电压为 ur =Vcc VB+uΩ(t)=VQ+uΩ(t)                   (10-20)式中，式中，VQ=Vcc VB是加在是加在变容二极管上的直流偏置容二极管上的直流偏置电压；；uΩ(t)为调制信号制信号电压。

图10-3 结电容随容随调制制电压变化关系化关系图10-3(a)是是变容二极管的容二极管的结电容与反向容与反向电压ur的关的关系曲系曲线由电路可知，加在路可知，加在变容二极管上的反向容二极管上的反向电压为直流偏直流偏压VQ和和调制制电压uΩ(t)之和，若之和，若设调制制电压为单频余弦信号，即余弦信号，即uΩ (t)=UΩmcosΩt则反向反向电压为ur (t)= VQ+UΩm cosΩt                         (10-21)如如图10-3(b)所示在ur (t)的控制下，的控制下，结电容将随容将随时间发生生变化，如化，如图10-3(c)所示结电容是振容是振荡器振器振荡回路的回路的一部分，一部分，结电容随容随调制信号制信号变化，回路化，回路总电容也随容也随调制制信号信号变化，故振化，故振荡频率也将随率也将随调制信号制信号变化只要适当化只要适当选取取变容二极管的特性及工作状容二极管的特性及工作状态，可以使振，可以使振荡频率的率的变化与化与调制信号近似成制信号近似成线性关系，从而性关系，从而实现调频3.  电路分析路分析设调制信号制信号为uΩ(t)=UΩm cosΩt，加在二极管上的反向直，加在二极管上的反向直流偏流偏压为 VQ，，VQ的取的取值应保保证在未加在未加调制信号制信号时振振荡器的振器的振荡频率等于要求的率等于要求的载波波频率，同率，同时还应保保证在在调制信号制信号uΩ (t)的的变化范化范围内保持内保持变容二极管在反向容二极管在反向电压下工作。

加在下工作加在变容二极管上的控制容二极管上的控制电压为ur (t)= VQ+UΩm cosΩt相相应的的变容二极管容二极管结电容容变化化规律律为 当当调制信号制信号电压uΩ(t)=0时，即，即为载波状波状态此时ur(t)=VQ，，对应的的变容二极管容二极管结电容容为CjQ当当调制信号制信号电压uΩ(t)=UΩm cosΩt时，，   　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　             　　 (10-22)代入式代入式(10-22),并令并令m= UΩm /(UD+VQ)为电容容调制制度，度，则可得可得                         　　　　　　　　　　　　　　　　         (10-23)上式表示的是上式表示的是变容二极管的容二极管的结电容与容与调制制电压的关的关系而变容二极管容二极管调频器的瞬器的瞬时频率与率与调制制电压的关系由振的关系由振荡回路决定由回路决定由图10-2可得，振可得，振荡器器振振荡回路的等效回路的等效电路，如路，如图10-4(a)所示图10-4   振振荡回路等效回路等效电路路1)变容二极管作容二极管作为振振荡回路的回路的总电容容设C1未接入未接入,Cc较大大,即回路的即回路的总电容容仅是是变容二极容二极管的管的结电容容,其等效回路如其等效回路如图10-4(b)所示。

加在所示加在变容二极管上的高容二极管上的高频电压很小很小,可忽略其可忽略其对变容容二极管二极管电容量容量变化的影响化的影响,则瞬瞬时振振荡角角频率率为  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　     (10-24)因因为未加未加调制信号制信号时的的载波波频率率                           ,所以所以                                                  　　　　（　　　　（10-25））根据根据调频的要求的要求,当当变容二极管的容二极管的结电容作容作为回路回路总电容容时,实现线性性调频的条件是容二极管的的条件是容二极管的电容容变化系数化系数γ=2若若变容二极管的容二极管的电容容变化系数化系数γ不等于不等于2，，设uΩ(t)=UΩm cosΩt ，，则               可以在可以在 mcos t=0处展开成展开成为泰勒泰勒级数，得数，得   　　　　　　　　　　　　　　　　　　                               (10-26)通常通常m<1，上列，上列级数是收数是收敛的。

因此的因此,可以忽略三可以忽略三次方次方项以上的各以上的各项,则 从上式可知从上式可知,对于于变容二极管容二极管调频器器,若使用的若使用的变容容二极管的二极管的变容系数容系数γ≠2,则输出出调频波会波会产生非生非线性失真和中心性失真和中心频率偏移其率偏移其结果如下：果如下：    (1). 调频波的最大角波的最大角频率偏移率偏移                                                                          (10-27)    (2). 调频波会波会产生二次生二次谐波失真波失真,二次二次谐波失真波失真的最大角的最大角频率偏移率偏移                                                                          (10-28)调频波的二次波的二次谐波失真系数波失真系数为                                                                                                    (10-29) (3)．．调频波会波会产生中心生中心频率偏移，其偏离率偏移，其偏离值为                                                                       (10-30)中心角中心角频率的相率的相对偏离偏离值为                                                                       (10-31)综上所述，若要上所述，若要调频的的频偏大，就需增大偏大，就需增大m，，这样中心中心频率偏移量和非率偏移量和非线性失真量也增大。

性失真量也增大在某些在某些应用中，要求的相用中，要求的相对频偏偏较小，而所需要的小，而所需要的m也就也就较小因此，小因此，这时即使即使γ不等于不等于2，二次，二次谐波失真和中心波失真和中心频率偏移也不大由此可率偏移也不大由此可见，在相，在相对频偏偏较小的情况下，小的情况下，对变容二极管容二极管γ值的要求的要求并不并不严格  2)变容二极管部分接入振容二极管部分接入振荡回路回路变容二极管的容二极管的结电容作容作为回路回路总电容的容的调频电路的路的中心中心频率率稳定度定度较差，差，这是因是因为中心中心频率率fc决定决定于于变容二极管容二极管结电容的容的稳定性当温度定性当温度变化或反化或反向偏向偏压VQ不不稳时，会引起，会引起结电容的容的变化化,它又会它又会引起中心引起中心频率率较大大变化为了减小中心了减小中心频率不率不稳,提高中心提高中心频率率稳定度，通常采用部分接入的定度，通常采用部分接入的办法法来改善性能来改善性能变容二极管部分接入振容二极管部分接入振荡回路的等效回路的等效电路如路如图10-4(a)所示变容二极管和容二极管和Cc串串联，再和，再和C1并并联，，构成振构成振荡回路回路总电容容C∑                                                                          (10-32)加加调制信号制信号uΩ(t)=UΩm cosΩt后，后，总回路回路电容容C∑为                                                                           (10-33)相相应的的调频特性方程特性方程为                                                                           (10-34)从上式知，从上式知，调频特性取决于回路的特性取决于回路的总电容容C∑，而，而C∑可以看成一个等效的可以看成一个等效的变容二极管，容二极管，C∑随随调制制电压uΩ(t)的的变化化规律不律不仅决定于决定于变容二极管的容二极管的结电容容Cj随随调制制电压uΩ(t)的的变化化规律，而且律，而且还与与C1和和Cc的大小有关。

的大小有关变容二极管部分接入振容二极管部分接入振荡回回路，中心路，中心频率率稳定度比全部接入振定度比全部接入振荡回路要高，回路要高，但最大但最大频偏要减小偏要减小。