1 / 128

第五章 角度调制与解调电路

第五章 角度调制与解调电路. 5.1 角度调制信号的基本特性. 5.2 调频电路. 5.3 调频波解调电路. 5.4 数字调制与解调电路. 第 5 章．角度调制与解调电路教案 一．学时安排： 16 学时上课 4 学时实验 1 ．角度调制信号的基本特征 2 学时 2 ．调频电路 5 学时 3 ．调频波解调电路 5 学时 4 ．数字调制与解调电路 2 学时

ham
Download Presentation

第五章 角度调制与解调电路

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 第五章 角度调制与解调电路 5.1 角度调制信号的基本特性 5.2 调频电路 5.3 调频波解调电路 5.4 数字调制与解调电路

  2. 第5章．角度调制与解调电路教案 一．学时安排： 16学时上课 4学时实验 1．角度调制信号的基本特征 2学时 2．调频电路 5学时 3．调频波解调电路 5学时 4．数字调制与解调电路 2学时 5．习题课 2学时 6．变容二极管调频振荡器实验 2学时 7．相位鉴频器实验 2学时

  3. 二．授课方式 课堂教学为主 三．重点、难点 1. 角度调制信号的表达式，最大角频偏，调频指数，调角信号的频谱 ，频谱宽度，调频波的功率分配关系，特别要强调与调幅波的区别。 2. 实现调频的两种方式，直接调频、间接调频，变容管直接调频电路的组成及工作原理，变容二极管间接调频电路的组成及工作原理。 3. 实现限幅鉴频的三种方法，斜率鉴频电路的组成及工作原理，相位鉴频电路的组成。

  4. 4.工作原理。 四．教学内容及要求 要求学生掌握角度调制信号的基本表达式，特性参数、掌握变容二极管直接调频、间接调频的原理，注意二者的区别，掌握限幅鉴频的三种方法，重点掌握实现电路的组成及工作原理，了解数字调制与解调电路的基本组成及工作原理。

  5. 五．教学方法 首先回顾实现信号传输的两种基本方式，调幅与调频，复习调频信号的性能、特点；引出调频波信号的特征，基本表达式，特征参数；然后分析实现调频的两种方式，直接调频及间接调频的原理及性能特点；最后介绍调频波解调电路的组成及工作原理，简单介绍数字调制与解调电路。

  6. 六．具体教学方内容 第5章．角度调制与解调电路 角度调制及解调电路属于频谱非线性变换电路。 5—1角度调制信号的基本特征。 5．1．1调频信号和调相信号。 一．AM、PM、FM已调波信号的表达式。 设载波信号 （5-1-1） 是矢量的长度， 是矢量转 动的瞬时角度。

  7. 1.AM波 （5-1-2） 为调制信号， 为起始相位。 2.PM波 (5-1-3) 为比例常数 （5-1-4） (5-1-5) 。

  8. 注：在PM信号，叠加在 的附加相角按调制信号的规律变化，而叠加在 上的瞬时相角 则按 的时间积分值规律变化。 3.FM波 （5-1-6） （5-1-7）

  9. 注：在FM信号中，叠加在 上的瞬时相角则按 规律变化，而叠加在 上的瞬时相角则按 时间积分值规律变化。 一个FM信号可看成 按 的时间积分值规 律变化的PM信号，一个信号可看成 按 的时间导数规律变化的信号。 二．单音调制— p254 图5-1-1 1. FM波

  10. （5-1-9） （5-1-10） （5-1-11）

  11. 式中 , （5-1-12） —最大角频偏， —调频指数，可大于1。 2．PM波 （5-1-14） (5-1-15) (5-1-16)

  12. 式中， （5-1-17） 调相指数 （5-1-18） 最大角频偏 3. 与 的关系。 单音调制时，PM,FM中的 随 的变化规律不同。图5-1-3

  13. 当 一定时， 5．1．2调角信号的频谱—频谱分析 单音调制时，FM,PM信号中，均为简谐波，因 而它的频谱结构是类似的。

  14. 令 则， （5-1-23）

  15. 式中， 是字数为 的n阶第一类贝塞尔函数 图5-1-4

  16. . 图5-1-4 变化的曲线及相应的调频信号图

  17. 且满足 （5-1-21） 注：单音调制时，FM信号的频谱不是调制信号频谱的不失真搬移，而是由载波分量和无数边频分量所组成。当为n偶数时，上、下边频分量幅值相等，极性相同；当n为奇数时，上、下边频分量幅值相等，极性相反。且载波及各边频分量幅值均随 而变化。在某些特定值，可使载波分量幅值为0或使其边频分量幅值为0。

  18. 二．功率分配 据帕塞瓦尔定理，调频信号的平均功率等于各频谱分量平均功率之和，在单位电阻上的值为： （5-1-24） （5-1-25）

  19. 所以， （5-1-26） 注：当 一定时，FM波的平均功率即一定，且 等于未调载频波功率，其值与 仅引起载波分 量和各边频分量之间功率的平均分配，但不会 引起总功率的改变。这与FM不同， AM波 不仅与 还与 有关，且随着 , 增大而 增大。

  20. 5．1．3调角信号底频谱宽度 一.单音调制 当 且当 时， 若忽略振幅 的边频分量，则调角 波频谱宽度是有限的， （5-1-27） L—有效上、下边频分量的数目，F为调制频率。 1.高质量通信系统取 边频幅值小于未调载波幅值的1%，

  21. 2.中等质量通信系统取 3.实际中，当 时, 调角信号的有效频谱为 （5-1-28） —卡森带宽式（5-1-28）—卡森公式 4.当 —窄带调角

  22. 调角信号的频谱包括载波分量和对幅值相同、 极性相反的上、下边频分量。 5.当 —宽带调角。 (5-1-30) 1) FM波 当 即 一定时, 即一定,且与F无关。 2）PM波， 当一定时, ,

  23. 正比于F。 二.复杂音调角波 在调频广播系统中，按国家规定 实际选取的谱宽为200kHz，而 和 的折中值。

  24. 5．1．4小结 1．FM、PM信号恒定，平均功率 仅取决于 而与 （或 ）无关。可采用高效丙类谐振功放，将其信号放大到所需发射功率，在接收已调信号时抗干扰能力强。 2．频谱宽度不确定，且与M的大小有关，具体值根据工程要求而定。 3．FM、PM均为频谱非线性变换的已调信号，理论上不能简单用相乘器和滤波器实现调制

  25. 与解调，而必须根据它的固有特点，提出相应 的实现方法，不过，在工程中仍以相乘器为主 件。 5—2调频电路 5．2．1调频电路概述 一．直接调频和间接调频 1．直接调频—用调制信号直接控制振荡器的振荡频率，使其不失真的反映调制信号的变化规律，称为直接调制法。 被控的振荡器可以是LC、晶振，张弛振荡器。 2．间接调频—将调制信号进行积分，用其值进行调相，可得到所需的调频信号，将其称为间接调频法。

  26. （5-2-1） （5-2-2） 式中， （5-2-3）

  27. 二.调频电路性能要求 1.调频瞬时频率偏移 随调制电压变化的调频特性在原点上的斜率称为调频灵敏度,要求它在指定调制电压范围内是线性的。图5-2-2 （Hz/V） （5-2-4） 对的f控制能力越强。

  28. 若调频特性非线性，则由余弦调制电压产生的 为非余弦波形，其傅立叶级数为 为 的平均分量，表示调频信号 的中心频率，由 偏离到 ,称为中心频率偏 离量。 2.非线性失真系数

  29. . （5-2-5） 5．2．2在正弦振荡器中实现直接调频。 一.工作原理及其性能分析 基本原理：用一可变电抗元件，它的电容或电 感量受到调制信号控制将其接入振荡回路中， 即可实现调频。 1.变容管作为振荡器回路总电容的直接调频电路。

  30. 1)振荡角频率与 的关系。 （5-2-6） （5-2-7） 结的内建电位差，锗 硅 ---- 时的结电容

  31. n—变容指数， 其值 —变容二极管反偏工作电压。 —加在变容管上的总电压。 （5-2-8） (5-2-9)

  32. (5-2-10) (5-2-11) 载波角频率 2）归一化调频特性曲线 当n取不同值， 随x变化的曲线 称为归一化调频特 图5-2-4

  33. 图5-2-4归一化调频特性曲线

  34. 图中，调频特性曲线除n=2时为理想直线外，其余均为非线性曲线。因此，在变容管作为振荡回路总电容的情况下，要实现不失真的线性调频，必须选用n=2突变结变容管。否则，频率调制器产生的调频波不仅产生非线性失真，而且还会使其中的频率偏离 值 。 3）调频波的最大叫频偏、相对角频偏。 当 时，

  35. 若m足够小。 的傅立叶级数中，x的二 次及以上各次方项可忽略。 （1）调频波的最大角频偏

  36. （2）二次谐波失真分量的最大角频偏 （3）中心角频率偏移的数值为： （4）调频波的二次谐波失真系数为

  37. 。 （5-2-13） （5）中心角频率的相对偏离值为 （5-2-14） 注：增大 ，

  38. 即：调频波能够达到的最大相对角频偏受非线性失真和中心频率相对偏离值的限制。 当m选定，即调频波的相对角频值 一定时， 提高 ，可以增大调频波的最大角频偏 。 4）交频振荡电压的影响。 图5-2-5 高频电压不仅影响振荡频率随调制电压的变 化规律，而且还影响振荡幅度和频率稳定度等 性能。为了克服这种不良影响，在实际中，总 是力求减小加到变容管上的高频电压。

  39. 图5-2-5 高频振荡电路对 的影响

  40. 2．变容管部分接入振荡回路的直接调频电路 1）调频特性方程 图5-2-6 （5-2-17） 式中， 为回路总电容。 （5-2-16）

  41. 注；若将回路总电容看作一个等效的变容管。它的等效电容指数n必将小于变容管的变容指数。为了实现线性调频，必须选用n大于2的变容管，同时应正确选择 和 的大小。 2）接入 或 后随x的变化曲线。 图5-2-7 实际电路中， 取值较大， 取值较小， 的接入使 ， 的接入使 ，但改变 的程度取决于 、 与 的相对

  42. 大小。 主要影响低频区， 主要影响高频区。 小结：变容管部分接入直接调频电路中，选用 的变容管，并反复调节 、 和 值， 就能在一定的调制电压变化范围内获得接近线 性的调频特性曲线而且其负载波等于所要求的 数值。

  43. 3）最大叫角频偏 （5-2-18） （5-2-19） （5-2-20） ，

  44. 变容管部分接入时，电路提供的 减小到全 部接入 1/P 时的。当 一定时， 与此同时，因 温度变化而引起的 不稳定而造成载波频率 变化也减小的1/P，即载波温度提高P倍；加到 变容管上的高频电压振幅也相应减小，这对减 小调制失真等都是有利的。

  45. 二．电路组成 p267 图5-2-8 1．原理电路—变容管作为总电容的振荡电路。 各元件作用： —高频扼流圈，对高频开路，对直流和调制信号短路。 —高频滤波电容，对高频短路，对调制信号开路。 —防止 、 被短路的隔直流电容，对高频短路，对调制信号开路。

  46. 2．实际电路举例 p26 图5-2-9 5-2-10 图5-2-11 5-2-12 5．2．3张弛振荡电路实现直接调频 一．张弛振荡器直接调频电路 图5-2-13

  47. 图5-2-9 140MHz变容管直接调频电路

  48. 图5-2-11 直接调频电路及其高频通路

  49. 图5-2-12 晶体振荡器的变容二极管直接调频电路

  50. 1.工作原理 2.输出方波电压的频率 （5-2-21） 若受 调制电压控制，其间呈线性关系，则可 得到不失真的方波电压。 3．举例 图5-2-14

More Related