《直接调频电路》PPT课件

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1、5.3 5.3 直接调频电路直接调频电路 5.3.1 5.3.1 变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路一、变容二极管的特性一、变容二极管的特性变容二极管的符号和结电容变容二极管的符号和结电容 随外加偏压随外加偏压 变化的关系变化的关系如如图图5.3.15.3.1所示，其表达式为所示，其表达式为式中：式中： ：为加到变容管两端的电压；：为加到变容管两端的电压； ：变容管的势垒电位差（锗管为：变容管的势垒电位差（锗管为0.2V0.2V，硅管，硅管 为为0.6V0.6V）；）； 1精选课件ppt当加到变容管两端的电压当加到变容管两端的电压 时的结电容；时的结电容； n n：变容管的变容指数，

2、与：变容管的变容指数，与PNPN结的结构有关，结的结构有关， 其值为其值为 。 为了保证变容管在调制信号电压变化范围内保持为了保证变容管在调制信号电压变化范围内保持反偏，必须外加反偏工作点电压反偏，必须外加反偏工作点电压 所以加在变容管所以加在变容管上的总电压为上的总电压为且且3精选课件ppt当当 时，时， 式中式中 时变容管的结电容，即静态工作点处的结电容，时变容管的结电容，即静态工作点处的结电容， 其中其中 为加在变容管两端的电压为加在变容管两端的电压 （即（即 ）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。 4精选课件ppt 图图5.3.25.3.2（a a）所示电路为）

3、所示电路为LCLC正弦波振荡器中的正弦波振荡器中的谐振回路。谐振回路。 二、变容二极管作为振荡回路总电容的直接调频二、变容二极管作为振荡回路总电容的直接调频电路电路 为高频扼流圈，对高频感抗很大，接近开路，为高频扼流圈，对高频感抗很大，接近开路，而对直流和调制频率则接近短路；而对直流和调制频率则接近短路； 是高频滤波电容，对高频容抗很小接近短路，而是高频滤波电容，对高频容抗很小接近短路，而对调制频率的容抗很大，接近开路。对调制频率的容抗很大，接近开路。 和和 为隔直流电容，作用是保证为隔直流电容，作用是保证 能有效地加能有效地加接近短路，而对调制频率接近开路。接近短路，而对调制频率接近开路。

4、到变容管上，而不被到变容管上，而不被L L短路，因此要求短路，因此要求对高频对高频1 1、各元件的作用：各元件的作用：5精选课件ppt2 2、高频等效电路高频等效电路（b b）图所示为等效电路。）图所示为等效电路。 为变容二极管的结电容。为变容二极管的结电容。 3 3、变容二极管的控制电路变容二极管的控制电路图（图（c c）为变容二极管的控制电路。）为变容二极管的控制电路。 结电容不结电容不 受振荡回路的影响。受振荡回路的影响。 图5.3.2 变容二极管作为回路总电容的直接调频原理电路的作用使的作用使6精选课件ppt等效电容等效电容，在单频调制信号，在单频调制信号 的作用下的作用下4 4、调频

5、原理分析、调频原理分析 由于振荡回路中仅包含一个电感由于振荡回路中仅包含一个电感L L和一个变容二极管和一个变容二极管回路振荡角频率，即调频特性方程为回路振荡角频率，即调频特性方程为 为为式中式中 时的振荡角频率，即调频电路时的振荡角频率，即调频电路中心角频率（载波角频率），其值由中心角频率（载波角频率），其值由 控制。控制。 7精选课件ppt由上式可以看出，当变容二极管变容指数由上式可以看出，当变容二极管变容指数n=2n=2时时角频偏角频偏实现了线性调频实现了线性调频。当当 时，时，若若 足够小，足够小，称为归一化调制信号电压，则调频特性方程可以改写为：称为归一化调制信号电压，则调频特性方程

6、可以改写为： 令8精选课件ppt由于由于x1x1，式中三次方以上的项可以忽略，并将，式中三次方以上的项可以忽略，并将 代入，可近似为代入，可近似为 将上式展开为泰勒级数，得到将上式展开为泰勒级数，得到 9精选课件ppt最大线性角频偏最大线性角频偏 或相对最大线性角频偏或相对最大线性角频偏 调频灵敏度调频灵敏度 由该式可得到调频波的线性角频偏为：由该式可得到调频波的线性角频偏为： 10精选课件ppt二次谐波失真分量的最大角频偏二次谐波失真分量的最大角频偏 中心频率偏离量中心频率偏离量 相应地，调频波的二次谐波失真系数为相应地，调频波的二次谐波失真系数为 中心角频率的相对偏离值中心角频率的相对偏离

7、值 11精选课件ppt 通过上面的分析知：当通过上面的分析知：当n n一定，即变容管选定后，相一定，即变容管选定后，相对最大线性角频偏对最大线性角频偏 与与m m成正比。增大成正比。增大可以增大可以增大 ，但同时也增大了非线性失真系数，但同时也增大了非线性失真系数 和中心角频和中心角频率的相对偏离值率的相对偏离值 。 或者说，调频波能够达到的最大或者说，调频波能够达到的最大相对角频偏受非线相对角频偏受非线性失真和中心频率相对偏离值的限制。性失真和中心频率相对偏离值的限制。 成正比是直接调频电路的一个重要特性。成正比是直接调频电路的一个重要特性。可以增大调频波可以增大调频波的最大角频偏的最大角频

8、偏调频波的相对角频偏与调频波的相对角频偏与m m成正比，也即与成正比，也即与当当m m选定，即调频波的相对角频偏一定时，提高选定，即调频波的相对角频偏一定时，提高12精选课件ppt 在实际调频电路中，加在变容二极管上的电压不在实际调频电路中，加在变容二极管上的电压不仅有仅有 压，如图压，如图5.3.35.3.3中中虚线所示。高频电虚线所示。高频电压不仅影响振荡频压不仅影响振荡频率随调制电压率随调制电压 的变化规律，而且的变化规律，而且还影响振荡幅度还影响振荡幅度和频率稳定度等性能，和频率稳定度等性能，在实际电路中总是力在实际电路中总是力求减小加到变容管上求减小加到变容管上的高频电压。的高频电压

9、。，还叠加有振荡器产生的高频振荡电，还叠加有振荡器产生的高频振荡电和图5.3.3 变容二极管结电容随高频 电压变化的特性 13精选课件ppt 三、变容二极管作为振荡回路部分电容的直接调频电路三、变容二极管作为振荡回路部分电容的直接调频电路 为了提高直接调频电路中心频率的稳定性和调制线为了提高直接调频电路中心频率的稳定性和调制线性，在直接调频的性，在直接调频的LCLC正弦振荡电路中，一般都采用图正弦振荡电路中，一般都采用图5.3.45.3.4所示的变容管部分接入的振荡回路。图中回路总所示的变容管部分接入的振荡回路。图中回路总电容为电容为将式将式 代入，可以得到单频率调代入，可以得到单频率调制时，

10、回路总电容随制时，回路总电容随 变化关系为变化关系为 14精选课件ppt相应的调频特性方程为相应的调频特性方程为15精选课件ppt 很明显，由于变容管仅是回路总电容的一部分，因很明显，由于变容管仅是回路总电容的一部分，因而调制信号对振荡频率的调变能力必将比变容管全部而调制信号对振荡频率的调变能力必将比变容管全部接入振荡回路时小，故实现线性调频，必须选用接入振荡回路时小，故实现线性调频，必须选用n n大于大于2 2的变容管，同时还应正确选择的变容管，同时还应正确选择C C1 1和和C C2 2的大小的大小。 在实际电路中，一般在实际电路中，一般C C2 2取值较大，约几十皮法至几取值较大，约几十

11、皮法至几百皮法，而百皮法，而C C1 1取值较小，约为几皮法至几十皮法。取值较小，约为几皮法至几十皮法。 16精选课件pptC C1 1和和C C2 2对调制特性的影响，如图对调制特性的影响，如图5.3.55.3.5所示。所示。 图5.3.5 电容 、 对调频电路调制特性的影响 的接入主要改善低频区的调制特性曲线。如图（a）中曲线、所示。 的接入主要改善高频区的调制特性曲线。如图（b）中曲线、所示。 17精选课件ppt当当、确定后，根据调制特性方程可以求出变容管确定后，根据调制特性方程可以求出变容管部分接入时直接调频电路提供的最大角频偏为部分接入时直接调频电路提供的最大角频偏为式中式中其中其中

12、 18精选课件ppt调频灵敏度调频灵敏度 调频灵敏度调频灵敏度 比变容管全部接入时的直接调频电路比变容管全部接入时的直接调频电路减小了减小了p p倍。倍。虽然调制灵敏度虽然调制灵敏度 和最大角频偏和最大角频偏 减小了减小了p p倍，倍，但因温度等因素的变化引起但因温度等因素的变化引起 不稳定而造成的载波频率不稳定而造成的载波频率的变化也同样减小到的变化也同样减小到1/p1/p，即载波频率的稳定性提高了，即载波频率的稳定性提高了p p倍。同时，加到变容管上的高频振荡电压振幅也相应减倍。同时，加到变容管上的高频振荡电压振幅也相应减小，这对于减小调制失真非常有利。小，这对于减小调制失真非常有利。19

13、精选课件ppt四、电路实例分析四、电路实例分析 图5.3.6 140 MHz的变容管作回路总电容的直接调频电路 图图5.3.65.3.6（a a）是中心频率为）是中心频率为140 MHz140 MHz的变容管直的变容管直接调频电路，用在卫星通信地面站调频发射机中。接调频电路，用在卫星通信地面站调频发射机中。20精选课件ppt 调频电路的高频通路、变容管的直流通路和音频控制电路分别如图(b)、(c)、(d)所示。 注意：注意： 画高频通路时，忽略了接在集电极上的画高频通路时，忽略了接在集电极上的7575小电阻。小电阻。 画音频控制通路时，忽略了直流通路中的各个电阻。画音频控制通路时，忽略了直流通

14、路中的各个电阻。 由图由图(b)(b)高频通路知，这是一个变容二极管作回路总电高频通路知，这是一个变容二极管作回路总电容的直接调频电路。容的直接调频电路。21精选课件ppt 图5.3.7所示是中心频率为90 MHz变容二极管部分接入的直接调频电路。 图5.3.7 90 MHz的变容管作回路部分电容的直接调频电路 实际调频电路等效电路分析动画）实际调频电路等效电路分析动画）22精选课件ppt 图5.3.8所示电路是某通信机中的变容二极管部分接入的直接调频电路。该电路的构成中有一个特点，它用了两个对接的变容二极管。 图5.3.8 某通信机中的变容二极管部分接入的直接调频电路 23精选课件ppt 图

15、图5.3.9(a)5.3.9(a)是一个电容式话筒调频发射机实例。是一个电容式话筒调频发射机实例。 电容话筒在声波作用下，内部的金属薄膜产生振动，电容话筒在声波作用下，内部的金属薄膜产生振动，会引起薄膜与另一电极之间电容量的变化。如果把电容式会引起薄膜与另一电极之间电容量的变化。如果把电容式话筒直接接到振荡器的谐振回路中，作为回路电抗就可构话筒直接接到振荡器的谐振回路中，作为回路电抗就可构成调频电路。成调频电路。 图5.3.9 电容式话筒调频发射机24精选课件ppt 电容式话筒振荡器是电容式话筒振荡器是电容三点式电路，它利电容三点式电路，它利用了晶体管的极间电容。用了晶体管的极间电容。电容话筒

16、直接并联在振电容话筒直接并联在振荡回路两端，用声波直荡回路两端，用声波直接进行调频。接进行调频。 图图5.3.95.3.9（b b）是电容式话筒的原理图，金属膜片与金）是电容式话筒的原理图，金属膜片与金属板之间形成电容，声音使膜片振动，两片间距随声音强属板之间形成电容，声音使膜片振动，两片间距随声音强弱而变化，因而电容量也随声音强弱而变化。在正常声压弱而变化，因而电容量也随声音强弱而变化。在正常声压下，电容量变化较小，为获得足够的频偏应选择较高的载下，电容量变化较小，为获得足够的频偏应选择较高的载频。频。25精选课件ppt 这种调频发射机载频约在几十兆赫兹到几百兆赫这种调频发射机载频约在几十兆赫兹到几百兆赫兹之间。耳语时，频偏约有兹之间。耳语时，频偏约有2kHz2kHz；大声说话时，频偏；大声说话时，频偏约约40kHz40kHz左右；高声呼喊时，频偏可达左右；高声呼喊时，频偏可达75kHz75kHz。这种电。这种电路没有音频放大器所造成的非线性失真，易于获得较路没有音频放大器所造成的非线性失真，易于获得较好的音质。这种调频发射机只有一级振荡器，输出功好的音质。这种调频发射机只有一级振荡