高频电子电路.ppt

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1、VCO的特点：的特点：瞬时频率随外加控制信号的变化而变化瞬时频率随外加控制信号的变化而变化。VCO式中：式中：U为振荡信号的振幅，为振荡信号的振幅，:当当 时的振荡频率，时的振荡频率，k f为为:VCO控制灵敏度。控制灵敏度。6.3.2压控振荡器直接调频电路压控振荡器直接调频电路 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或回路电或回路电感感L，并使振荡频率，并使振荡频率正比于所加调制信号电压，即可实现调频。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（VoltageControlOscil

2、lator）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中最常用的压控元件：中最常用的压控元件：变容二极管变容二极管 由晶体管和场效应管组成的电抗电路。由晶体管和场效应管组成的电抗电路。压控振荡器直接调频压控振荡器直接调频：优点：可获得较大频偏：优点：可获得较大频偏.缺点：中心频率稳定性缺点：中心频率稳定性差，常采用自动频率微调（差，常采用自动频率微调（automaticfrequencycontrol，AFC）电路）电路来克服载频偏移。来克服载频偏移。休息1 休息2通常有：通常有：，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。1.变容二极管变容二

3、极管为利用为利用PN结的电容，结的电容，PN结应工作在反向偏置状态结应工作在反向偏置状态.6.3.3变容二极管直接调频变容二极管直接调频电路电路（VaractordiodedirectFM）PN结反向偏置时，结电容会随外加反向偏压而变化，而专用的变容二结反向偏置时，结电容会随外加反向偏压而变化，而专用的变容二极管，是经过特殊工艺处理（控制半导体的掺杂浓度和掺杂的分布）使势极管，是经过特殊工艺处理（控制半导体的掺杂浓度和掺杂的分布）使势垒电容能灵敏地随反向偏置电压的变化而呈现较大变化的压控变容元件。垒电容能灵敏地随反向偏置电压的变化而呈现较大变化的压控变容元件。结电容结电容Cj与反偏电压与反偏电

4、压uR的关系：的关系：式中式中Co：时的电容值（零偏置电容）时的电容值（零偏置电容）反向偏置电压，反向偏置电压，UD：PN结势垒电位差。结势垒电位差。：结电容变化指数，通常：结电容变化指数，通常=1/21/3.可可以以看看出出C j与与uR之之间间是是非非线线性性关关系系，即即变变容容二二极极管管属属于于非非线线性性电电容容，这这种种非非线线性性电电容容基基本本上上不不消消耗耗能能量量，产产生生的的噪噪声声量量级级也也较较小小，是是较较理理想的高效率，低噪声非线性电容。想的高效率，低噪声非线性电容。休息1休息2变容二极管是利用半导体变容二极管是利用半导体PN结的结电容随反向电压变化这一特性结的

5、结电容随反向电压变化这一特性而制成的一种半导体二极管。它是一种电压控制可变电抗元件。而制成的一种半导体二极管。它是一种电压控制可变电抗元件。设在变容二极管上加一个静态工作电压设在变容二极管上加一个静态工作电压Uo和一个单频调制信号和一个单频调制信号，则结反偏电压：，则结反偏电压：而结电容：而结电容：其中：其中：为静态工作点的结电容。为静态工作点的结电容。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。休息1休息2CjuRUQuRtCjtCjQ为为了了突突出出调调频频性性能能的的分分析析，下下图图只只画画出出了了它它的的高高频频交交流流等等效效电路，没有画出直流馈电电路，电路，没有画

6、出直流馈电电路，2.变容二极管直接调频的原理电路变容二极管直接调频的原理电路图中；图中；C3为高频偶合电容，为高频偶合电容，C4为偶合隔直电容，为偶合隔直电容，LD为高频扼流为高频扼流圈，阻止高频电流经过调制信号源圈，阻止高频电流经过调制信号源,使其旁路，右图为振荡器交流等使其旁路，右图为振荡器交流等效电路，效电路，Cj与振荡器回路并联，与振荡器回路并联，R1，R2为为Cj的偏置电路，为的偏置电路，为Cj提供提供静态直流偏压静态直流偏压，而二极管的反偏电压为：，而二极管的反偏电压为：休息1休息2+uR-LCjC1C2VTLCjC1C2VTLDC3C4ECR2+u-R1+Uo-则则由上电路可知，

7、振荡频率为：由上电路可知，振荡频率为：;而而 为了简化电路分析，如果设为了简化电路分析，如果设：，则有则有 所以：有所以：有 其中：其中：为未加调制信号为未加调制信号（）时的振荡频率时的振荡频率，3调频性能分析调频性能分析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设设=2即满足线性调频即满足线性调频。2当当则则 LC1C2CjVT+uR-（利用级数展开忽略高次项，（利用级数展开忽略高次项，可近似为：可近似为：（2）：调频波的最大角频率偏移调频波的最大角频率偏移（3）：调频波产生二次谐波失真调频波产生二次谐波失真二次谐波失真的最大角频率偏移二次谐波失真的最大角频率偏移其中

8、：（其中：（1）：调频波会产生中心频率偏移调频波会产生中心频率偏移休息1休息26.4调频波的解调原理及电路调频波的解调原理及电路6.4.2相位鉴频器相位鉴频器6.4.3比例鉴频器比例鉴频器6.4.1鉴频方法及其实现模型鉴频方法及其实现模型调频信号的解调是从调频波调频信号的解调是从调频波中中恢恢复复出出原原调制信号调制信号过程，完成调频波解调过程的电路称为频率检波器过程，完成调频波解调过程的电路称为频率检波器第第一一种种方方法法，将将调调频频波波通通过过频频率率幅幅度度线线性性变变换换网网络络，将将调调频频波波变变换换成成调调频频调调幅幅波波，再再通通过过包包络络检检波波器器检检测测出出反反映映

9、幅幅度度变变化化的的解解调调电电压压。把这种鉴频器称为把这种鉴频器称为斜率鉴频器，或称振幅鉴频器斜率鉴频器，或称振幅鉴频器。将将调调频频波波进进行行特特定定的的波波形形变变换换，根根据据波波形形变变换换特特点点的的不不同同，可可归归纳以下几种实现方法：纳以下几种实现方法：6.4调频波的解调原理及电路调频波的解调原理及电路6.4.1鉴频方法及其实现模型鉴频方法及其实现模型休息1休息2 1.1.鉴频方法鉴频方法 频率频率幅度线幅度线性变换网络性变换网络包络检波器包络检波器utuFMtuFM-AMt第第二二种种方方法法，将将调调频频波波通通过过频频率率相相位位线线性性变变换换网网络络，变变换换成成调

10、调频频调调相相波波，再再通通过过鉴鉴相相器器检检测测出出反反映映相相位位变变化化的的解解调调电电压压。把把这这种种鉴鉴频频器称为器称为相位鉴频器相位鉴频器。第第三三种种方方法法，是是随随着着近近年年来来集集成成电电路路的的广广泛泛应应用用，在在集集成成电电路路调调频频机机中中较较多多采采用用的的移移相相乘乘积积鉴鉴频频器器。它它是是将将输输入入FM信信号号经经移移相相网网络络后后生生成成与与FM信信号号电电压压正正交交的的参参考考信信号号电电压压，它它与与输输入入的的FM信信号号电电压压同同时时加加入入相相乘乘器器，相相乘乘器器输输出出再再经经低低通通滤滤波波器器滤滤波波后后，便便可可还还原原

11、出出原调制信号。原调制信号。1.鉴频方法鉴频方法休息1休息2频率频率相位线相位线性变换网络性变换网络相位检波器相位检波器uFMuFM-PMu相乘器相乘器低通滤波器低通滤波器uFMu90o移相网络移相网络第四种方法，第四种方法，先将调频波通过非线性变换网络，变换为调频脉冲序先将调频波通过非线性变换网络，变换为调频脉冲序列列，该脉冲序列含有反映该调频信号瞬时频率变化的平均分量该脉冲序列含有反映该调频信号瞬时频率变化的平均分量，因，因而通过低通滤波器便可得到反映平均分量变化的解调电压。也可将而通过低通滤波器便可得到反映平均分量变化的解调电压。也可将调频脉冲序列通过脉冲计数器，直接得到反映瞬时频率变化

12、的解调调频脉冲序列通过脉冲计数器，直接得到反映瞬时频率变化的解调电压。将这种鉴频器称为电压。将这种鉴频器称为脉冲计数式鉴频器。脉冲计数式鉴频器。非线性变换网络非线性变换网络低通滤波器或低通滤波器或脉冲计数器脉冲计数器uFM调频脉调频脉冲序列冲序列u 首先将输入调频波通过限幅器变为调频方波，然后微首先将输入调频波通过限幅器变为调频方波，然后微分变为尖脉冲序列，用其中正脉冲去触发脉冲形成电路，分变为尖脉冲序列，用其中正脉冲去触发脉冲形成电路，这样调频波就变换成脉宽相同而周期变化的脉冲序列，它这样调频波就变换成脉宽相同而周期变化的脉冲序列，它的周期变化反映调频波瞬时频率的变化。将此信号进行低的周期变

13、化反映调频波瞬时频率的变化。将此信号进行低通滤波，取出其平均分量，就可得到原调制信号。通滤波，取出其平均分量，就可得到原调制信号。这种电路的突出优点：线性好、频带宽、便于集成，同时这种电路的突出优点：线性好、频带宽、便于集成，同时它能工作于一个相当宽的中心频率范围它能工作于一个相当宽的中心频率范围(1Hz-10MHz(1Hz-10MHz，如配，如配合使用混频器，中心频率可扩展到合使用混频器，中心频率可扩展到100MHz)100MHz)。2.鉴频器的主要特性鉴频器的主要特性休息1休息2 能全面描述鉴频器主要特性的是能全面描述鉴频器主要特性的是鉴频特性曲线鉴频特性曲线。它是指鉴频器的输出。它是指鉴频器的输出电压电压uo(t)，与其输入，与其输入FM信号瞬时频偏信号瞬时频偏(t)或或f(t)之间的关系曲线之间的关系曲线 fofuo(t)鉴频器鉴频器f(t)uo(t)或：或：由调频信号的特征：由调频信号的特征：所以：所以：表明：表明：要实现无失真鉴频，要求鉴频器的输出电压要实现无失真鉴频，要求鉴频器的输出电压与频偏与频偏成线性关系，上图为典型鉴频特性曲线。成线性关系，上图为典型鉴频特性曲线。