第13章 调频与鉴频 13.1 调频波的基本性质 13.2 变容管调频电路 13.3 调频波的解调—鉴频 13.4 自动频率控制（AFC）

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1 第13章 调频与鉴频 13.1 调频波的基本性质 13.2 变容管调频电路 13.3 调频波的解调—鉴频 13.4 自动频率控制（AFC）

2 13.1 调频波的基本性质 13.1.1 调频波的数学表达式、频偏、波形和频谱 调频波是一种载波信号的瞬时频率随调制信号线性变化的高频载波。
13.1 调频波的基本性质 调频波的数学表达式、频偏、波形和频谱 调频波是一种载波信号的瞬时频率随调制信号线性变化的高频载波。 设未调波uc(t)的表达式为 uc(t)=Ucmcos (t)=Ucmcos(ct+0) 调制信号为单一频率余弦波u(t)=Umcost，根据调频波的定义，调频时，载频c应为瞬时频率(t), (t)随调制信号u(t)作线性变化，即瞬时频率为 (t)=c+kfu(t)=c+(t) c为未调频时的载波频率，即调频时的中心频率；kf是一个与调频电路有关的比例常数；(t)=kfu(t)是瞬时频率相对于中心频率的偏移，称为瞬时频率偏移，简称频偏

3 =Ucmcos(ct+mfsint)
上式中： 称为调频波的调频指数，它以rad（弧度）为单位，表示了调频波的最大相位偏移；为调制信号频率。调频指数与调制信号的振幅Um成正比，与调制信号频率成反比，它反映了调制的深浅程度。

4 调频波波形

5 调频波的频谱 uFM(t)=Ucmcos(ct+mfsint) =Ucmcosctcos(mfsint)Ucmsinctsin(mfsint) 调频波频谱（单频调频）

6 调频波的频带宽度（带宽），可以用以下分式进行估算。
fbW=2(mf+1)F 式 中 ，由于 ，所以 fbW=2(fm+F) 也就是说，调频波的频带宽度大约等于频偏fm与调制频率F之和的两倍。 也就是说，调频波的频带宽度大约等于频偏fm与调制频率F之和的两倍。

7 13.1.2 调频制与调幅制的比较 调频制和调幅制相比，具有下述特点： （1）调频制抗干扰能力强。 （2）调频发射机的功率放大管利用率高。
调频制与调幅制的比较 调频制和调幅制相比，具有下述特点： （1）调频制抗干扰能力强。 （2）调频发射机的功率放大管利用率高。 （3）调频制信号传输的保真度高。 （4）调频制是必须工作在超短波以上的波段。 （5）调频接收机比调幅接收机的设备复杂。

8 13.2 变容管调频电路 直接调频与间接调频 间接调频法是将调制信号积分后，再对载波进行调相，结果得到调频波。这种方法是由调相变调频， 直接调频是用调制信号直接控制振荡器的振荡频率，使其不失真地反映调制信号的变化规律，以产生调频波。 于用LC正弦波振荡器作为被控振荡器的直接调频电路，由于其振荡频率主要取决于振荡回路的电感量和电容量，因此，只要在振荡回路中接入可变电抗器件（可以是可变电感，也可以是可变电容）并使该电抗器件受调制信号控制，就可以产生振荡频率随调制信号变化的调频波。

9 13.2.2 变容二极管直接调频电路 变容二极管直接调频电路 uD(t)=Vo+u(t) u(t)=Umcost
变容二极管直接调频电路 变容二极管直接调频电路 uD(t)=Vo+u(t) u(t)=Umcost uD(t)=Vo+Umcost

10 13.3 调频波的解调—鉴频 从调频信号中取出原调制信号的过程，称为鉴频。信息包含在它的频率变化之中。鉴频器的输出信号必须与输入调频波的瞬时频率变化成线性关系。 鉴频的方法 第一种方法是鉴频方法称为斜率鉴频。 斜率鉴频器的方框图

11 第二种鉴频方法称为相位鉴频。 第三种鉴频器称为脉冲计数式鉴频器

12 13.3.2 对鉴频的主要性能要求 （1）鉴频灵敏度（又称鉴频跨导）高,显然，S曲线越陡直，鉴频灵敏度就越高。
对鉴频的主要性能要求 （1）鉴频灵敏度（又称鉴频跨导）高,显然，S曲线越陡直，鉴频灵敏度就越高。 （2）线性范围（频率宽度）宽。 （3）非线性失真尽可能减小。

13 集成鉴频电路 集成电路中采用的斜率鉴频器

14 13.4 自动频率控制（AFC） AFC电路又称自动频率微调电路。它也是一种反馈控制电路，其作用是使振荡器频率自动调整到预期的标准频率附近。 AFC的工作原理 AFC的原理方框图

15 图中标准频率源可采用石英晶体振荡器。压控振荡器是一个产生所需频率信号的被稳定的振荡器，其振荡频率受控于控制信号，其电路实际上为直接调频电路，不过输出频率不是受控于调制电压，而是由频率比较器输出的控制电压来控制。频率比较器将由标准频率源产生的振荡频率fi与压控振荡器的振荡频率相比较，输出与这两个频率之差（fsfi）成正比例的电压uD，称为误差电压。此误差电压作为控制电压控制压控振荡器，使其振荡频率fs接近于fi。

16 AFC的应用 1. 采用AFC的调频发射机 调频发射机中AFC电路方框图

17 2. 采用AFC的调频接收机 用AFC系统的调频接收机方框图

18 本章小结 （1）调频波是一种瞬时频率和瞬时相位随调制信号变化的信号，通过分析调频信号的性质使读者建立调频信号的概念。 调频制是一种性能良好的调制方式。与调幅制相比，调频制具有抗干扰能力强、信号传输的保真度高、发射机的功放管利用率高等优点。其缺点是：传输距离短、覆盖范围小。 （2）实现调频的方法有直接调频法和间接调频法两种。前者具有频偏大、调制灵敏度高等优点，但其中心频率稳定度较差，若要提高其中心频率稳定度则需要用AFC电路，会使电路复杂化。后者中心频率较稳定，但频偏较小。

19 （3）实现鉴频的方法很多。无论哪一种鉴频电路，都要求线性鉴频范围不小于调频波最大频偏的两倍，以保证鉴频器的非线性失真尽可能小。
（4）AFC电路可以稳定频率，因此在电子设备中应用较广。

20 12.1 变频器概述 12.1.1 变频器的作用 变频就是将高频已调波经过频率变换，变为固定中频已调波。
12.1 变频器概述 变频就是将高频已调波经过频率变换，变为固定中频已调波。 变频器的作用 在变频过程中，信号的频谱结构和调制类型保持不变，改变的只是信号的载频。因此，变频器也是频谱变换电路（或频谱搬移电路）。为了实现变频，变频器应包括产生高频等幅波ul的本机（或本地）振荡器，ul称为本振信号，其频率用fl表示。

21 12.1.2 变频器的工作原理 变频器它由非线性器件、本地振荡器和带通滤波器组成
变频器的工作原理 变频器它由非线性器件、本地振荡器和带通滤波器组成 非线性器件将输入的高频信号us(t)与本振信号ul(t)进行混频，产生新的频率 带通滤波器则用来从各种频率成分中提取出中频信号。 通常非线性器件与带通滤波器合在一起称为混频器，而本振信号由另一电路产生。 本地振荡器产生本振信号ul(t)； 如果混频器和本地振荡器共用一个器件，即非线性元件既产生本振信号，又起频率变换作用，则称之为变频器。

22 12.2 混频电路 实现混频的基本方法 1. 二极管混频 设加在二极管上的两个信号分别是载波频率为fc的调幅波us(t)和频率为fl的本振信号ul(t)。 二极管混频电路 经过二极管的非线性作用，二极管中电流的频率成分包括fk=|±pfl±qfs|。若使谐振回路调谐在p=q=1的差频分量上，则变频器输出电压uO(t)的载波频率为fg=flfc。

23 2. 三极管混频 三极管混频是利用集电极电流ic与ube之间的非线性关系进行的 输入信号、本振信号及基极偏压VBB叠加后加在三极管发射结上，利用发射结的非线性，从而产生许多频率分量。这些组合频率电流分量经过三极管放大，接在集电极回路中的LC谐振回路上。谐振回路谐振在中频fg上，完成取出集电极电流中的有用中频分量的任务 三极管混频电路

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25 本章小结 1．直耦放大器的一个严重的问题是零点漂移。差动放大器是解决零点漂移问题的有效方法。差动放大器既能放大直流信号，又能放大交流信号。它对差模信号有很强的放大能力，对共模信号有很强的抑制能力。因此，运算放大器都使用差动放大器作为输入级。 2．电流源电路是构成运放的基本单元电路，其特点是直流电阻小，而交流电阻很大。电流源电路既可以为电路提供偏置电流，又可以作为放大器的有源负载使用。 3．集成运放是一个高增益、直耦的多级放大器。主要品种有BJT集成运放、FET集成运放、BiMOS集成运放等。本章重点介绍了BJT集成运放F007。应熟悉集成运放的结构特点及主要参数。 4．除了通用集成运放以外，还有大量特殊类型的运放。了解这些运放的特性，对于正确选择和使用运放有很大帮助。