高频电子线路课件第6章

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1、第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调6.1 角 度 调 制 原 理6.2 调 频 电 路6.3 角 度 调 制 的 解 调6.4 自 动 频 率 控 制6.5 实 训 一 ： 49.67MH z窄 带 调 频 发 射 器 的 制 作 6.6 实 训 二 ： 49.67MH z窄 带 调 频 接 收 器 的 制 作第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调6.1 角 度 调 制 原 理 6.1.1 调 频 信 号 数 学 表 达 式 设 载 波 信 号 电 压 为 uc(t) Ucmcos(c

2、t+0) 式 中 ， ct+0为 载 波 的 瞬 时 相 位 ； c为 载 波 信 号 的角 频 率 ； 0为 载 波 初 相 角 （ 一 般 地 ， 可 以 令 0=0） 。 设 调 制 信 号 电 压 （ 单 音 频 信 号 ） 为 (t)=c+(t)=c+kfu(t) (61) 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 式 中 ， kf为 与 调 频 电 路 有 关 的 比 例 常 数 ， 单 位 为rad/(sV)； (t)=kfu(t)， 称 为 角 频 率 偏 移 ， 简 称 角 频移 。 (t)的 最 大 值 叫 角 频 偏 ， m=kf|u(t)|max，

3、它 表示 瞬 时 角 频 率 偏 离 中 心 频 率 c的 最 大 值 。 对 式 (61)积 分 可 得 调 频 波 的 瞬 时 相 位 f(t) 0 00( ) ( ) ( ) ( )( ) ( )t tf c f c ftf ft t dt t k u t dt t tt k u t dt (62) 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 表 示 调 频 波 的 相 移 ， 它 反 映 调 频 信 号 的 瞬 时 相 位按 调 制 信 号 的 时 间 积 分 的 规 律 变 化 。 调 频 信 号 的 数 学 表 达 式 0( ) cos ( ) cos ( ) t

4、cm c f cm c fu t U t t U t k u t dt (63) 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 将 单 音 频 信 号 u(t) Um cost分 别 代 入 式 (61)、(62)、 (63)， 得( ) coscos( ) sinsin ( ) cos( sin )c f mc mf mf cc fcm c ft k U ttk Ut t tt m tu t U t m t (64) (65) (66) 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调f m m mf k U fm F 图 6.1给 出 了 调 频 波 的 u(t

5、)、 f、 (t)和u(t)的 波 形 。 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 图 6.1 调 频 波 的 波 形 图 Um u(t) 0 t m (t) 0 t f (t) 0 t mf u(t) t0 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 6.1.2 调 相 信 号 数 学 表 达 式 根 据 调 相 的 定 义 ， 载 波 信 号 的 瞬 时 相 位 p(t)随 调 制信 号 u(t)线 性 变 化 ， 即( ) ( ) ( )p c p c pt t k u t t t (67)对 式 (67)求 导 ， 可 得 调 相 波 的 瞬 时

6、 角 频 率 (t)为( ) ( )( ) ( ) ( )( ) p c p c pp pd t du tt k tdt dtdu tt k dt (68) 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调调 相 信 号 的 数 学 表 达 式 为( ) cos( ( ) cos ( )cm c p cm c pu t U t t U t k u t (69) 将 单 音 频 信 号 u(t) Um cost分 别 代 入 式 (67)、(68)、 (69)， 得 ( ) ( ) coscos( ) sin sin( ) cos( cos )p c p c p mc pc pc m

7、cm c pt t k u t t k u tt m tt m ttu t U t m t (610) (611) (612) 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 图 6.2 调 相 波 的 波 形 图 u(t) Um 0 t t t t f (t) mf 0 (t) m 0 u(t) 0 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 6.1.3 调 角 信 号 的 频 谱 和 频 谱 宽 度 1.调 角 信 号 的 频 谱 用 式 (66)来 说 明 调 角 波 的 频 谱 结 构 特 点 。 ( ) cos( sin )( ) cos( sin )

8、cos sin( sin )sin cm c f cm f c f cu t U t m tu t U m t t m t t 利 用 三 角 函 数 变 换 式 cos(A+B)=cosAcosB-sinAsinB,将 式 (6-6)变 换 成 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 图 6.3 第 一 贝 塞 尔 函 数 曲 线J l(m f ) 1.0 0.6 0.2 0 0.4 0 2 4 6 8 10 mf / rad l0 l1 l2 l3 l4 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 在 贝 塞 尔 函 数 理 论 中 ， 可 得 下

9、述 关 系 ： 41 3 5 12cos( sin ) ( ) 2 ( )cos2 2 ( )cos4sin( sin ) 2 ( )sin 2 ( )sin3 2 ( )sin5( ) ( )cos ( )cos( ) cos( )( )cos( 2 ) cos( 2 ) f o f o f ff f f fcm o f c cm f c ccm f c ccmm t J m J m t J m tm t J m t J m t J m tu t U J m t U J m t tU J m t tU J 3( )cos( 3 ) cos( 3 ) f c cm t t 将 式 (614)和

10、 式 (615)代 入 式 (613)， 得 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 图 6.4 不 同 mf的 调 频 信 号 频 谱 图 c c c mf0.5 mf1.0 mf5 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 2. 频 谱 宽 度 2( 1) 2( )2( 1) 2( )CR mCR mBW mBW m F F (617) 下 面 写 出 调 频 波 和 调 相 波 的 频 带 宽 度调 频 ： 调 相 ： 2( 1)2( 1) CR fCR PBW m FBW m F (618) (619) 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度

11、 调 制 与 解 调 图 6.5 Um不 变 时 调 频 波 频 谱 图cBWcBWc FFImf8F2FImf4 F4FI mf2 BW 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 图 6.6 Um不 变 时 调 相 波 频 谱 图cBWBWcc FFImp2F2FImp2 F4FI mp2 BW 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 根 据 调 制 后 载 波 瞬 时 相 位 偏 移 大 小 ， 可 以 将 角 度调 制 分 为 窄 带 和 宽 带 两 种 。 从 卡 森 公 式 可 得 ： 当 m1时 2 2 CR mBW mF f (621)

12、第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 3. 调 频 波 的 平 均 功 率 根 据 帕 塞 瓦 尔 定 理 ， 调 频 波 的 平 均 功 率 等 于 各 个频 率 分 量 平 均 功 率 之 和 。 因 此 ， 单 位 电 阻 上 的 平 均 功率 为 2 2 0 2 2 0 ( )2( ) 112cm l fnl fn cm UP J mJ mP U 根 据 第 一 类 贝 塞 尔 函 数 特 性得 调 频 波 的 平 均 功 率 (622) (623) 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调6.2 调 频 电 路 调 频 电 路 的 主 要

13、要 求 如 下 ： 1) 调 制 特 性 为 线 性 2) 调 制 灵 敏 度 要 高 3) 中 心 频 率 的 稳 定 度 要 高 4) 最 大 频 偏 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 6.2.1 直 接 调 频 电 路 1.变 容 二 极 管 直 接 调 频 电 路 0(1 )jj VDCC uU (624) 变 容 二 极 管 的 反 向 电 压 随 调 制 信 号 变 化 ， 即( ) cos Q mu t U U t (625) 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 图 6.7 变 容 二 极 管 接 入 振 荡 回 路 L C1

14、C2 Cj UQ uL1 C3(a) L Cj(b) Cj (c) uUQL1 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 振 荡 频 率 可 由 回 路 电 感 L和 变 容 二 极 管 结 电 容 Cj所决 定 ， 即 1 jLC (626) 变 容 二 极 管 结 电 容 随 调 制 信 号 电 压 变 化 规 律 ， 即 001 (1 cos )1 ( cos )(1 )j jQj cQ mVD mc VD Qj jQ Qm C CC m tU U tU Um U UCC UU 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调式 中 ， mc为 变 容 管

15、 电 容 调 制 度 ； CjQ为 UQ处 电 容 。 将 式 (627)代 入 式 (626)， 则 得2 21( ) (1 cos ) (1 cos )c c cjQt m t m tLC (628) 下 面 分 析 0时 的 工 作 情 况 ， 令 x=mccost，可 将 式 (628)改 写 成 2( ) (1 )ct x (629) 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 设 x足 够 小 ， 将 式 (629)展 开 成 傅 里 叶 级 数 ， 并 忽略 式 中 的 三 次 方 及 其 以 上 各 次 方 项 ， 则22 2( /2 1)( ) 1 2 2

16、2!1 11 ( 1) cos ( 1) cos2 8 2 2 8 2c c c c ct x xm m t m t (630) 由 上 式 求 得 调 频 波 的 最 大 角 频 偏 为2m c cm 二 次 谐 波 失 真 分 量 的 最 大 角 频 偏 为 (631) 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 22 2 22 ( 1)8 2( 1)8 2 ( 1)4 2m c cc c c m cf c mmmk 中 心 角 频 率 偏 离 c的 数 值 为相 应 地 ， 调 频 波 的 二 次 谐 波 失 真 系 数 为 (632) (633) (634) 中 心

17、角 频 率 的 相 对 偏 离 值 为 2( 1)8 2c cc m (635) 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 图 6.8 变 容 二 极 管 对 接 方 式L C1C2 UQuC3C L1 L2 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 图 6.9 变 容 二 极 管 的 部 分 接 入L C1 C2Cj 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 2. 直 接 调 频 实 际 电 路 图 6.10 90MHz直 接 调 频 电 路 及 其 高 频 通 路 (a) 输 出2k 22 15 0.1 15 p39 p22 2

18、k47 k10 k1000 15 1000 输 出0.1 15 p39 p 75 k75 k1000 22 100 5 V56 k 调 制信 号 输 入 (b)V V 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 图 6.11 70MHz变 容 管 直 接 调 频 电 路 360 150 2500 100 1.3 k 1500 Rb 30 L Cj 150C2C 1 150调 制 信 号 输 入 V 100 330 150 200 160 270 18 V 调 频 信 号 输 出 10 220 18 V L V Cj (a) (b) 1.7 L1 R 第 6章 信 号 变 换

19、二 ： 角 度 调 制 与 解 调 图 6.12 100MHz晶 体 振 荡 器 的 变 容 管 直 接 调 频 电 路1000 20 k 10025 k 3 k2200 2.2 kCj 10010030 k 100L 9 V10027V1 V2 C 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 图 6.13 间 接 调 频 电 路 框 图积 分 调 相 器u u uc uo 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 6.2.2 间 接 调 频 电 路 间 接 调 频 的 方 法 是 ： 先 将 调 制 信 号 u积 分 ， 再 加到 调 相 器 对 载 波

20、 信 号 调 相 ， 从 而 完 成 调 频 。 间 接 调 频电 路 方 框 图 如 图 6.13所 示 。 设 调 制 信 号 u=Um cost经积 分 后 得 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 设 调 制 信 号 u=Um cost经 积 分 后 得( ) sinmUu k u t dt k t (636) 式 中 ， k为 积 分 增 益 。 用 积 分 后 的 调 制 信 号 对 载波 uc(t)=Ucm cosct进 行 调 相 ， 则 得( ) cos( sin ) cos( sin ), mcm c p cm c ff mf f pUu t U t

21、 k k t U t m tk Um k k k 式 中 (637) 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 图 6.14 变 容 二 极 管 调 相 电 路R115 k 0.001 C10.02 C3 R4 100 kR310 k Cju C4 0.001 L 0.001 C2 10 kR29V u ic R1 Cj L(a) (b)ucu 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调设 输 入 载 波 电 流 为 cos( ( )c cm co cm c ci I m tu I Z t 则 回 路 的 输 出 电 压 为 (638) 由 于 并 联 谐

22、 振 回 路 谐 振 频 率 0是 随 调 制 信 号 而 变化 的 ， 因 而 相 移 (c)也 是 随 调 制 信 号 而 变 化 的 。 根据 并 联 谐 振 回 路 的 特 性 ， 可 得 002( )( ) arctan cc Q 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 式 中 ， Q为 并 联 回 路 的 有 载 品 质 因 数 。 当|(c)|30 ， 失 谐 量 不 大 时 (式 中 分 母 0c)， 上 式 简化 为 0( ) 2sin sincc c m mQUu t U t 积 分 后 的 调 制 信 号 为(1 sin )jQj cm i VD Q

23、CC m tUC U U 根 据 式 (627)可 得 式 中 ， 变 容 管 电 容 调 制 度 为 (639) 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 当 =2或 mc较 小 ， 略 去 二 次 方 以 上 各 项 ， 则 可 得2(1 sin ) (1 sin )2( ) sino c c c c c cm t m tQm t 将 式 (640)代 入 式 (639)， 可 得将 式 (641)代 入 式 (638)， 可 得( )cos sin )o cm c c cu I Z t Qm t (640) (641) (642) 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角

24、 度 调 制 与 解 调 图 6.15 三 级 单 回 路 变 容 管 调 相 电 路470 3 L22 k Cj20003 47 kic L22 k Cj2000 L22 k Cj20001 51 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 6.2.3 扩 展 最 大 频 偏 的 方 法 例 1 一 调 频 设 备 ， 采 用 间 接 调 频 电 路 。 已 知 间 接调 频 电 路 输 出 载 波 频 率 100Hz， 最 大 频 偏 为 24.41Hz。要 求 产 生 载 波 频 率 为 100MHz， 最 大 频 偏 为 75kHz。 扩展 最 大 频 偏 方 法 见

25、 图 6.16。 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 图 6.16 扩 展 最 大 频 偏 的 方 法调 相 器 四 倍 频 四 倍 频 四 倍 频 四 倍 频 三 倍 频混 频 器 四 倍 频 功 放积 分 器ucu uL 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调6.3 角 度 调 制 的 解 调6.3.1相 位 检 波 电 路 鉴 相 电 路 的 功 能 是 从 输 入 调 相 波 中 检 出 反 映 在 相位 变 化 上 的 调 制 信 号 ， 即 完 成 相 位 -电 压 的 变 换 作 用 。 鉴 相 器 有 多 种 电 路 ， 一 般

26、可 分 为 双 平 衡 鉴 相 器 、模 拟 乘 积 型 鉴 相 器 和 数 字 逻 辑 电 路 鉴 相 器 。 下 面 重 点讨 论 乘 积 型 鉴 相 电 路 。 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 1. 乘 积 型 鉴 相 器 乘 积 型 鉴 相 器 组 成 方 框 图 如 图 6.17所 示 。 图 中 ， 两个 输 入 信 号 分 别 为 调 相 波 u1=U1msin(ct+) 本 地 参 考 信 号 u2=U2mcosct 1 2( ) ( )2 2o T Tu ui I th thU U (643) 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与

27、 解 调 图 6.17 乘 积 型 鉴 相 器 组 成 方 框 图u2 低 通滤 波 器 uou1 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 1) u1和 u2均 为 小 信 号 当 |U1m|26mV、 |U2m|26 mV时 ， 由 式 (643)可得 输 出 电 流 为 00 1 22 2 1 2 1 21 2 sin( )cos4 41 1sin sin(2 )2 2m m c cT Tm m m m cu u Ii I U U t tU UKU U KU U t 式 中 ， K=Io/(4U2T)， 为 乘 法 器 的 相 乘 增 益 因 子 。 第 6章 信 号

28、 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 通 过 低 通 滤 波 器 后 ， 上 式 中 第 二 项 被 滤 除 ， 于 是可 得 输 出 电 压 为 1 21 sin2o m m Lu KU U R (644) 图 6.18 乘 积 型 鉴 相 器 的 鉴 相 特 性 曲 线uo0 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 鉴 相 器 灵 敏 度 为 1 212 m m LS KU U R (645) 2) u1为 小 信 号 ， u2为 大 信 号 当 |U1m|26mV、 |U2m|100mV时 ， 由 式 (6-43)可得 输 出 电 流 为 12 11( )2

29、4 4( cos cos3 ) sin( )2 3sin sin(2 ) o To c c m cTo m cT ui I K t UI t t U tUI U tU 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 3) u 1和 u2均 为 大 信 号 当 |U1m|100mV,|U2m|100mV时 ， 由 式 (643)可 得输 出 电 流 为 11 sino Lo mTo L mTI Ru UUI Rs UU 鉴 相 器 灵 敏 度 为 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 图 6.19 两 个 开 关 函 数 相 乘 后 的 电 流 波 形 K2

30、(t) 0 0 i 0 Io Io 0 (a) K2(t) 0 0 i 0 0 (b) K2(t )2 2K2(t ) t t t t t t 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调20 0 2( ) ( ) ( ) ( )2o oo L c L c c co LI Iu R du t R du t du t du tI R 在 /2 3/2内 ， 通 过 低 通 滤 波 器 后 ， 可求 得 输 出 电 压 为 20 ( ) ( ) ( )2 ( )oo L c c co LIu R du t du t du tI R (649) 鉴 相 器 灵 敏 度 为 2d o

31、LS I R 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 图 6.20 三 角 形 鉴 相 特 性 曲 线uo0/22 /2 2 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 图 6.21 不 同 的 起 始 固 定 相 移 的 鉴 相 特 性 (a)起 始 固 定 相 移 等 于 90 ； (b)起 始 固 定 相 移 等 于 0 ； (c)起 始 固 定 相 移 等 于 -90 ； (d)起 始 固 定 相 移 等 于 180 uo 0 uo 0 (a) (b) uo 0 (c) uo 0 (d) 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解

32、调 图 6.22 由 MC1596组 成 的 鉴 相 电 路 (a)电 路 ； (b)大 信 号 输 入 和 输 出 方 波 ； (c)线 性 鉴 相 特 性 MC159681 47 102 511 k 10 k51 0.001 u1 u2 3 5 Re 0.001 1 k 6 9 3.6 k uo 51 6.8 k 3.6 k 0.01 10 k Rb R1 Rc Rc Rf Cf 51 k (a) t th u12U T 2 3 t th u22U T 2 t2 uom 3 A1 A2 uo 2 2 2 2 Uom Uom (b) (c) 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制

33、与 解 调 u1和 u2为 同 频 率 、 相 位 差 为 的 信 号 。 当 相 位 差在 0时 ， 、 及 uom的 波 形 如 图 6.22(b)所 示 。 在 /2时 ， 方 波 uom的 阴 影 面 积 A1A2， 经 低通 滤 波 器 输 出 直 流 电 压 Uo为12 Tuth U 22 Tuth U 01 1( ) ( ) 2(1 )o om EE e EE eEE eU u d t I R I RI R =/2时 ， Uo=0； =0时 ， Uo=-IEERe； 在 0内 ， Uo与 之 间 有 良 好 的 线 性 特 性 。 同 样 ， 在2范 围 内 ， 亦 具 有 线

34、性 相 位 特 性 : 2( )3 o EE eU I R 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 6.3.2 频 率 检 波 电 路 鉴 频 的 方 法 很 多 ， 根 据 波 形 变 换 的 不 同 特 点 可 以分 为 四 种 ： 斜 率 鉴 频 器 ; 相 位 鉴 频 器 ; 脉 冲 计 数 鉴频 器 ; 锁 相 鉴 频 器 。 下 面 重 点 讨 论 斜 率 鉴 频 器 ， 相 位鉴 频 器 。 1.斜 率 鉴 频 器 图 6.23 斜 率 鉴 频 器 实 现 模 型线 性 网 络(频 率 振 幅 )us(t) 包 络 检 波 器 uo(t) 第 6章 信 号

35、变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 1) 单 失 谐 回 路 斜 率 鉴 频 器 图 6.24 单 失 谐 回 路 鉴 频 原 理 电 路Cus1 L us2 VDC1 RL uo 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 当 输 入 调 频 信 号 为 us1=Us1mcos(ct+mfsint)时 ， 通过 起 着 频 幅 变 换 作 用 的 时 域 微 分 器 (并 联 失 谐 回 路 )后 ，其 输 出 为2 Im Im cos( sin )( cos )sin( sin )s o s c fo s c m c fdu AU t m tdtAU t t m

36、t 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 图 6.25 单 失 谐 回 路 斜 率 鉴 频 器 AU1m Us2m O O c o t t Us2 Us2m t u t0 (a) (b) 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 2) 双 失 谐 回 路 斜 率 鉴 频 器 回 路 对 调 频 波 中 心 频 率 fc的 失 谐 量 为 f， 并 且 有f=f01-fc=fc-f02， 如 图 6.27(a)所 示 。 显 然 有1 1 2 2( )( )s sms smu A Uu A U 1 2 1 2 ( ) ( )o o o sm du u

37、u U K A A (650) 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 图 6.26 双 失 谐 回 路 斜 率 鉴 频 器 us(t) uo1us1us2 u s1u s2 uo2 uoVD1VD2 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 图 6.27 双 失 谐 回 路 斜 率 鉴 频 器 鉴 频 特 性 曲 线 A(f ) f fA 1 A2 ffcf02 f01 f u f f ff f (a) (b) (c) u 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 2. 相 位 鉴 频 器 图 6.28 相 位 鉴 频 器 实 现

38、 模 型线 性 网 络(频 率 相 位 )us(t) 相 位 检 波 器 uo(t) 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 1) 频 率相 位 变 换 网 络 由 图 可 写 出 输 出 电 压 表 达 式22 111 2 0 1 22 1 101 00 0 1(1/ 1/ )(1/ ) (1/ 1/ )1( )2( ) 112( ) p p R j C LU Uj C R j C j LL C CU j C R j C RjU jQ Q 整 理 上 式 ， 并 令 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调1( ) , ( ) arctan21 AC

39、 RA (651) 由 上 式 可 画 出 网 络 的 幅 频 特 性 曲 线 和 相 频 特 性 曲 线 ，如 图 6.29(b)所 示 。 只 有 在 arctan /2时 ， A()可 近 似为 直 线 ， 此 时 有 00( ) 22 2A PQ 假 定 输 入 调 频 波 的 中 心 频 率 c=0， 将 输 入 调 频 波的 瞬 时 角 频 率 =c-mcost=c+代 入 上 式 ， 得 02( ) 2 PA Q (652) 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 U 1 . C1 L C2 R U 2 . 2 () A() A() () (a) (b) 图

40、 6.29 频 率 一 相 位 变 换 网 络 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 02( )A Q (653)2) 乘 积 型 相 位 鉴 频 器3) 实 际 应 用 电 路 图 6.30 乘 积 型 相 位 鉴 频 器 实 现 模 型变 换 网 络(频 率 相 位 )us(t) 相 乘 器 uo(t)低 通 滤 波 器相 位 检 波 器 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 图 6.31 用 MC1596构 成 乘 积 型 相 位 鉴 频 器 MC159681 47 102511 k0.047 35100 69 12 V12 k 3.3 k

41、1 k 120 k0.047 1 kRL10 C225C1 0.047 1 k 0.047 0.01 3.3 k1 k0.047 V160 kui 4.7 k 110 k 12 k56 k510 k 1212 120 k3 k 15 k1 u12 V0.047 F007 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调6.4 自 动 频 率 控 制 6.4.1 AFC的 原 理 图 6.32所 示 为 AFC的 原 理 框 图 。 其 中 ， 标 准 频 率源 的 振 荡 频 率 为 fi， 压 控 振 荡 器 VCO的 振 荡 频 率 为 fs。 第 6章 信 号 变 换 二 ：

42、 角 度 调 制 与 解 调 图 6.32 AFC的 原 理 框 图标 准频 率 源 ui 频 率比 较 器 压 控振 荡 器fi ud uofs 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 6.4.2 AFC的 应 用 1. 采 用 AFC的 调 频 器 图 6.33为 采 用 AFC的 调 频 器 组 成 框 图 。 图 6.33 采 用 AFC电 路 的 调 频 器 组 成 框 图调 频振 荡 器调 制 信 号 ud窄 带 低 通 鉴 频 器 混 频 器 晶 体振 荡 器u fc uo调 制 信 号 输 出fr 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解

43、调 图 6.34 采 用 AFC电 路 的 调 幅 接 收 机 组 成 框 图调 幅 波 输 入 fL 去 低 放混 频 器压 控振 荡 器fs 中 频放 大 器fIfLfs直 流放 大 器 低 通滤 波 器 鉴 频 器 包 络检 波 器 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调6.5实 训 一 ： 49.67MH z窄 带 调 频发 射 器 的 制 作 1. 制 作 内 容 及 要 求 (1)用 集 成 电 路 MC2833制 作 窄 带 调 频 器 。 (2)设 计 印 刷 板 电 路 （ 利 用 Protel绘 制 电 路 板 软 件 ） 。 (3)调 整 机 电 路

44、 时 ， 要 确 定 最 佳 调 制 工 作 点 。 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 2. 制 作 原 理 (1)49.67MHz窄 带 调 频 发 射 器 是 以 Motorola公 司 推出 的 窄 带 调 频 发 射 集 成 电 路 MC2833为 核 心 。 该 集 成 电路 具 有 以 下 特 点 ： 工 作 电 压 范 围 宽 为 2.8 9.0 。 低 功 耗 ， 当 UCC=4.0V时 ， 无 信 号 调 制 时 消 耗 的电 流 典 型 值 为 2.9 mA。 外 围 元 器 件 很 少 。 具 有 60 MHz的 射 频 输 出 ， 典 型 运

45、 用 频 率 49MHz左 右 。 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 (2)MC2833的 引 脚 和 内 部 功 能 框 图 见 图 6.35所 示 。MC2833的 内 部 功 能 主 要 包 括 可 压 控 的 射 频 振 荡 器 、 音频 电 压 放 大 器 和 辅 助 晶 体 管 放 大 器 等 。 (3)输 入 信 号 （ 语 音 信 号 ） 从 引 脚 5输 入 ， 经 过 高 增益 运 算 放 大 电 路 后 从 引 脚 4输 出 ， 再 加 到 引 脚 3， 通 过可 变 电 抗 控 制 振 荡 频 率 变 化 ， 在 晶 体 直 接 调 频 工

46、作 方式 下 ， 产 生 2.5kHz左 右 频 偏 。 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 图 6.35 MC2833的 引 脚 和 内 部 功 能 框 图RF振 荡 器 缓 冲 器 16 15 14 13 12 11 10 UREF 可 变 电 抗 9 7 81 2 3 4 5 6 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 3.制 作 电 路 说 明 (1)49.67MHz窄 带 调 频 发 射 器 的 典 型 电 路 见 图 6.36。 (2)引 脚 9处 接 输 出 负 载 回 路 ， 49.67MHz窄 带 调 频信 号 通 过 拉 杆

47、天 线 辐 射 。 (3)若 要 制 作 窄 带 调 频 接 收 ， 可 采 用 MC3363类 集 成电 路 。 参 看 本 章 实 训 二 。 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 图 6.36 49.67MHz窄 带 调 频 发 射 器MC283316 151 2 3 4103100 k 5220 k 6 7471 1 k 84 14 13 12390 k390 k33 p47 p 22 H47110 k1.7 k1 11 33 p10 9 33 p471390 k22 H47 p 220 p 10222 H 33 p 0.01 UCC 56 p 3.3 4.7

48、H 16 .56 67 M Hz MIC 51 p 天 线 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调6.6实 训 二 ： 49.67MH z窄 带 调 频接 收 器 的 制 作 1.制 作 内 容 及 要 求 (1)用 集 成 电 路 MC3363制 作 窄 带 调 频 接 收 器 。 (2)设 计 印 刷 板 电 路 （ 利 用 Protel绘 制 电 路 板 软 件 ） ，印 刷 板 上 的 元 器 件 要 合 理 安 排 ， 注 意 地 线 宽 度 ， 信 号的 走 线 要 避 免 过 长 。 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 2 .制 作

49、 原 理 (1)49.67MHz窄 带 调 频 接 收 器 是 以 Motorola公 司 推出 的 窄 带 调 频 接 收 集 成 电 路 MC3363为 核 心 。 该 集 成 电路 特 点 可 查 阅 Motorola公 司 通 信 器 件 手 册 。 (2)MC3363的 引 脚 和 内 部 功 能 框 图 见 图 6.37所 示 。MC3363的 内 部 功 能 主 要 包 括 第 一 混 频 、 第 二 混 频 、 第一 本 振 、 第 二 本 振 、 限 幅 中 放 、 正 交 检 波 电 路 等 。 (3) 引 脚 说 明 ： 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制

50、与 解 调 图 6.37 MC3363的 引 脚 和 内 部 功 能 框 图1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1428 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调引 脚 1 1stMixerInput 1st混 频 信 号 的 输 入引 脚 2 Base 基 极 （ 基 带 信 号 输 入 ）引 脚 3 Emitter 发 射 极引 脚 4 Collector 集 电 极引 脚 5 2ndLOEmitter 2ndLO发 射 极引 脚 6 2ndLOBase 2ndLO基

51、极 （ 基 带 信 号 输 入 ）引 脚 7 2ndMixerOutput 混 频 信 号 的 输 出引 脚 8 VCC 电 源 电 压 ， 也 用 UCC表 示引 脚 9 LimiterInput 限 制 输 入 （ 限 幅 输 入 端 ） 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调引 脚 10 LimiterDecoupling 限 制 减 弱引 脚 11 LimiterDecoupling 限 制 减 弱引 脚 12 MeterDrive(RSSI) （ 米 、 公 尺 、 计 、 表 ）驱 动引 脚 13 CarrierDetect 载 波 检 测引 脚 14 Qua

52、dratureCoil 积 分 环引 脚 15 MuteInput 弱 音 输 入引 脚 16 RecoveredAudio 音 量 调 整引 脚 17 ComparatorInput 比 较 输 入引 脚 18 ComparatorOutput 比 较 输 出 引 脚 19 Mute-Ouput 弱 音 输 出 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调引 脚 20 VEE 电 源 电 压 ， 也 用 UEE表 示引 脚 21 2ndMixerInput 2nd混 频 信 号 的 输 入引 脚 22 2ndMixerInput 2nd混 频 信 号 的 输 入引 脚 23

53、1stMixeroutput 1st混 频 信 号 的 输 出引 脚 24 1stLOOutput 1stLO（ 本 振 ） 输 出引 脚 25 1stLOTank 1stLO接 外 部 信 号引 脚 26 1stLOTank 1stLO接 外 部 信 号引 脚 27 VaricapControl Varicap控 制引 脚 28 1stMixerInput 1st混 频 信 号 的 输 入 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 (4) 49.67MHz窄 带 调 频 接 收 器 的 典 型 电 路 见 图 6.38。 3.制 作 电 路 说 明 对 于 MC3363集

54、 成 电 路 来 说 ， 在 信 噪 失 真 比（ SINAD） 为 12dB时 ， 具 有 优 于 0.3V的 灵 敏 度 。 信 噪失 真 比 的 意 义 (简 称 信 纳 比 )为 ( ) S N DSINAD dB dBN D 第 6章 信 号 变 换 二 ： 角 度 调 制 与 解 调 图 6.38 49.67MHz窄 带 调 频 接 受 机MC336321 3 4 51000 p1000 p39 p49.67 MHz50 0.22 H 1.0 k 650 p 7 Z1B1120 p UCC0.012.07.0 V 8 9 100.1 11 12 130.10.1 9.1 M50 k91 k静 噪 调 整 10 k1416 15 100 k2N440268 kL C171820 19 8.2 k 0.0230.1 RP 100 k0.1100 k 4 510 k 1 5 1000 p MC34119D 1 5 6 7 8 8.0 100 载 波 检 测 指 示 15 k 2122 15 p 3.3 H 10 H 4.7 H 4.7 H Z2 2324 5 25 p 3 k 本 振 输 出 300 10 k10 k 0.6 8 H 0.6 8 H B2 0.01 0.01 28 27 26 25 射 频 输 入 R