第6章调制与解调 6.1调制的基本概念 6.2幅度调制 6.2.1标准幅度调制与解调 6.2.2抑制载波调幅、单边带调幅和残留边带调幅 6.2.3正交幅度调制与解调 6.2.4数字信号调幅 6.3角度调制 6.3.1角调调制的基本概念 6.3.2频率调制信号的性质 6.3.4实现频率调制的方法与电路 6.3.5调频波的解调方法与电路 6.4数字信号的相位调制 Tsinghua University 1
1 笫6章 调制与解调 6.1调制的基本概念 6.2幅度调制 6.2.1标准幅度调制与解调 6.2.2抑制载波调幅、单边带调幅和残留边带调幅 6.2.3正交幅度调制与解调 6.2.4 数字信号调幅 6.3 角度调制 6.3.1角调调制的基本概念 6.3.2频率调制信号的性质 6.3.4 实现频率调制的方法与电路 6.3.5调频波的解调方法与电路 6.4数字信号的相位调制
6.3.4.1变容二极管直接调频电路 （1)变容二极管的特性 ▣ 变容管是利用半导体PN结的势 o 垒电容随反向电压变化制成的 一种二极管 (1+ 口变容管PN结必须反向偏置 p C 口V为变容管两端加的电压，V=O时 C 变容管的等效电容为C。 口变容指数为Y,它是一个取决于PN 结的结构和杂质分布情况的系数 ■缓变结变容管， 其Y=1/3: ■突变结变容管，其Y=1/2: V ■ 超突变结变容管，其Y=2。 口接触（内建)电位差为p，硅管约为 0.7V,锗管约为0.2V Tsinghua University
2 6.3.4.1变容二极管直接调频电路 （1）变容二极管的特性 变容管是利用半导体PN结的势 垒电容随反向电压变化制成的 一种二极管 变容管PN结必须反向偏置 V为变容管两端加的电压，V = 0时 变容管的等效电容为 变容指数为 ，它是一个取决于PN 结的结构和杂质分布情况的系数 ◼ 缓变结变容管， 其 = 1/3； ◼ 突变结变容管， 其 = 1/2 ； ◼ 超突变结变容管，其 = 2。 接触（内建）电位差为 ，硅管约为 0.7V，锗管约为0.2V (1 ) 0 V C C + = 0 V C C0 C0
(2)加在变容二极管两端的电压 v,(t) +Ec 加到变容管两端的电压，它 R2 由三部分组成： ■偏置电压V。 ■调制电压vr(t) ■回路振荡电压 口通常，回路振荡电压幅度较小，可以认为变容管所呈现 的电容主要由偏置电压和调制电压()决定 ▣ 假定调制信号为单频余弦信号yr()='m COS2t 则加于变容管两端的电压V为： V=V8+Vom coSSt Tsinghua University
3 （2）加在变容二极管两端的电压 加到变容管两端的电压，它 由三部分组成： ◼ 偏置电压 ◼ 调制电压 ◼ 回路振荡电压 通常，回路振荡电压幅度较小，可以认为变容管所呈现 的电容主要由偏置电压 和调制电压 决定 假定调制信号为单频余弦信号 则加于变容管两端的电压 v 为： VB v (t) f VB v (t) f v t V t f ( ) = m cos v V V t = B + m cos
(3)变容二极管作为振荡回路总电容 口变容二极管作为振荡回路总电容的调频原理分析： 假定振荡器的振荡频率由该回路决定.C为变容二极 管的电容，则回路的谐振频率也即振荡器的振荡频率为 1 f= 2π√LCe C Co (1+ D v=VB +Vom cosSt singhua University 4
4 （3）变容二极管作为振荡回路总电容 变容二极管作为振荡回路总电容的调频原理分析： 假定振荡器的振荡频率由该回路决定。 为变容二极 管的电容，则回路的谐振频率也即振荡器的振荡频率为 (1 ) 0 V C Cc + = v V V t = B + m cos Cc LCc f = 2 1
变容二极管电容随调制电压而变化 口得：C。= Co Co (1+ Va+Vom cost I+)+Vocos g Co Co 1+)y[1+ -cost]? (1+m。cos2t) Va+ Co= C 式中： (+Lay 表示变容管在只有偏置电压：作用 时所呈现的电容。该电容参与决定调频波的中心频率 m。= VB+中 称为电容调制度，因Vom<V。，故m。<1。 Tsinghua University
5 变容二极管电容随调制电压而变化 得： (1 ) ' 0 0 VB C C + = VB + = B m c V V m Vm VB 1 mc (1 cos ) (1 ) [1 cos ] ) [(1 ) cos ] cos (1 ' 0 0 0 0 m t C t V V V C t V V C V V t C C c B B m B m B m c + = + + + = + + = + + = 式中： 表示变容管在只有偏置电压 作用 时所呈现的电容。该电容参与决定调频波的中心频率 称为电容调制度，因 ，故
(4)变容二极管的调制特性分析 Co 口可得振荡频率的表示式为： C= (1+mcosQt) 2rECc2πVLC -[1+m cosSt]2 fe[l+m costl2 利用展开式： 0+对r=i+m+n-r+写a-a-2r2+…时1 21 可展开为： +mcos+(-IXm.cos)+ 2122 =f+号m.cosu+专-1m+专5-os2+叫 2 82 Tsinghua University
6 （4）变容二极管的调制特性分析 可得振荡频率的表示式为： 可展开为： ( 1)( 2) 1 3! 1 ( 1) 2! 1 (1 ) 1 2 3 + x = + nx + n n − x + n n − n − x + x n 1) cos 2 ] 2 ( 8 1) 2 ( 8 cos 2 [1 1)( cos ) ] 2 ( 2! 2 1 cos 2 [1 2 2 2 = + + − + − + = + + − + f m t m m t f f m t m t c c c c c c c 利用展开式： / 2 2 ' 0 [1 cos ] [1 cos ] 2 1 2 1 m t f m t LC LC f c c c C = = + = + ' 0 (1 cos ) c c C C m t = +
变容二极管的调制特性分析 口可得调制特性为： 了=far+品-n+- =+nnr65-m+-ow20+叫 -L2m cos(DmDm:cos20+ 2 82 82 口上式表明： ■有与调制信号成正比的成分（频率） (m.cos)f ■常数成分，产生了中心频率的偏移 ((-m)f. 82 ■有与调制信号频率各次谐波成比例的成分，从而使 频率调制过程产生了非线性失真 提高mc、fc 传3-1)o22+…M 可增大绝对频 偏。Mc大失 ■最大频偏 真大。 Tsinghua University
7 变容二极管的调制特性分析 可得调制特性为： 上式表明： ◼ 有与调制信号成正比的成分（频率） ◼ 常数成分，产生了中心频率的偏移 ◼ 有与调制信号频率各次谐波成比例的成分，从而使 频率调制过程产生了非线性失真 = + − + − + − m t m m t f f f c c c c c 1) cos 2 2 ( 8 1) 2 ( 8 cos 2 2 2 m c c f m f 2 ◼ 最大频偏 ( cos ) 2 m t f c c 2 ( ( 1) ) 8 2 m f c c − 2 ( ( 1) cos2 ) 8 2 m t f c c − + 1) cos 2 ] 2 ( 8 1) 2 ( 8 cos 2 [1 1)( cos ) ] 2 ( 2! 2 1 cos 2 [1 2 2 2 = + + − + − + = + + − + f m t m m t f f m t m t c c c c c c c 提高mc、fc 可增大绝对频 偏。 Mc大失 真大
变容二极管的调制特性分析 2xiC2rG+mcosne=l+m.cosnr2 f 为了减小非线性失真，在变容管调频电路中，总是设法 使变容管工作在y=2的区域，得到 f=f (1+m.cost) 口实际调频电路中变容管上还作用着高频振荡电压，会影 响调频线性、振荡幅度（产生寄生调幅)、中心频率稳 定度等 口实际调频电路中使变容管部分接入振荡回路一一频偏会 减小 C:=C+C2Ce C2+Co 选y>2变容管，并调C1、C和Vs以得好的线性 Tsinghua University
8 变容二极管的调制特性分析 为了减小非线性失真，在变容管调频电路中，总是设法 使变容管工作在 的区域,得到 实际调频电路中变容管上还作用着高频振荡电压，会影 响调频线性、振荡幅度（产生寄生调幅）、中心频率稳 定度等 实际调频电路中使变容管部分接入振荡回路－－频偏会 减小 f f (1 m cos t) = c + c = 2 C C C C C C C C + = + 2 2 1 选 2 变容管，并调C1、C2和VB以得好的线性 / 2 2 ' 0 [1 cos ] [1 cos ] 2 1 2 1 m t f m t LC LC f c c c C = = + = +
6.3.4.2变容二极管的调频电路 口变容二极管的调频电路组成： LC振荡器（一般三点式）十变容管控制电路 口变容管控制电路：偏置电压（反偏）电路和 将调制信号有效加至变容管上的电路 口变容管控制电路原则：不影响振荡器的正常 工作。振荡信号也不影响控制电路 电路中常常采用高频扼流圈及隔直电容、滤 波电容 Tsinghua University
9 6.3.4.2 变容二极管的调频电路 变容二极管的调频电路组成： LC振荡器（一般三点式）＋变容管控制电路 变容管控制电路：偏置电压（反偏）电路和 将调制信号有效加至变容管上的电路 变容管控制电路原则：不影响振荡器的正常 工作。振荡信号也不影响控制电路 电路中常常采用高频扼流圈及隔直电容、滤 波电容
例190MHz变容二极管调频电路 例190MHz调频电路 调频波输出 47H 47 uF 信 号输入 100k 56kn00.001 gv品五 0.002F (a) Tsinghua University 10
10 例1 90MHz变容二极管调频电路 例1 90MHz调频电路