第 6 章 角度调制和解调 2.ppt

VCO的特点:瞬时频率随外加控制信号的变化而变化。
VCO
式中:U为振荡信号的振幅,
:当
时的振荡频率,k f为:VCO控制灵敏度。
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C或回路电感L,并使振荡频率ω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(Voltage Control Oscillator)作为频率调制器来产生调频信号。
VCO中最常用的压控元件:
变容二极管
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:优点::中心频率稳定性差,常采用自动频率微调(automatic frequency control ,AFC)电路来克服载频偏移。
仿真
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通常有: ,压控振荡器的输出信号即为调频信号。
1. 变容二极管
扩散电容(diffusion capacitance)正向偏置,电容效应比较小。
势垒电容(barrier capacitance)反向偏置,势垒区呈现的电容效应。
所以为利用PN结的电容,PN结应工作在反向偏置状态.
变容二极管直接调频电路(Varactor diode direct FM)
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
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。
结电容C j与反偏电压uR的关系:
式中Co:
时的电容值(零偏置电容)
反向偏置电压,UD:PN结势垒电位差。
γ:结电容变化指数,通常γ=1/2—1/3,经特殊工艺制成的超突变结电容γ=1—5
可以看出C j与uR之间是非线性关系,即变容二极管属于非线性电容,这种非线性电容基本上不消耗能量,产生的噪声量级也较小,是较理想的高效率,低噪声非线性电容。
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PN结具有电容效应
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
,则结反偏电压:
而结电容:
其中:
为静态工作点的结电容。
表示结电容调制深度的调制指数。
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Cj
uR
UQ
uR
t
C j
t
CjQ
为了突出调频性能的分析,下图只画出了它的高频交流等效电路,没有画出直流馈电电路,
2. 变容二极管直接调频的原理电路
图中;C3为高频偶合电容,C4为偶合隔直电容,LB为高频扼流圈,阻止高频电流经过调制信号源被旁路,右图为振荡器交流等效电路,C j与振荡器回路并联,R1,R2为C j的偏置电路,为C j提供静态直流偏压
,而二极管的反偏电压为:
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+
uR
-
L
Cj
C1
C2
VT
L
Cj
C1
C2
VT
LD
C3
C4
EC
R2
+
uΩ
-
R1
+
Uo
-
则
由上电路可知,振荡频率为:
;而
为了简化电路分析,如果设:
,则有
所以:有
其中:
为未加调制信号(
)时的振荡频率,
3. 调频性能分析
即为调频振荡器的中心频率。
讨论:1 设γ=2
即满足线性调频。
2  当
则
L
C1
C2
Cj
VT
+
uR
-
(利用级数展开忽略高次项,
可近似为:
是由C j—V d的非线性而引起的。虽然
(2)
:与调频频率有关的最大频偏,虽然
(3)
:由于Cj—uR的非线性作用,使频偏中增加
了Ω的谐波分量(2Ω)而引起的附加频偏,会造成调频接收时的非线性失真,应尽量减少这种失真。
其中:(1)
:为中心频率的偏移量
另外,定义调频灵敏度:
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4. 实用变容管二极调频电路
(1)L1,C1、C2串联,C3和反向串联的两个变容二极管,三个支路并联组成电容反馈三点式振荡电路。
(2) 直流偏置电压-UQ同时加在两个变容二极管的正极,调制信号经L4扼流圈加在二极管负极上,二个二极管的动态偏置为:
(3)两个变容二极管串联后的总电容
C 'j与C3串联后接入振荡回路,对振荡回路来说是部分接入,与单二极管直接接入比较,在相同的情况下,m值降低。
(4)两变容二极管反向串联,对高频信号而言,加到
两管的高频电压降低一半,可减弱高频电压对结电压
的影响,另外在高频电压的任一半周内,一个变容管
寄生电容增大,而另一个减少,使结电容的变化不对
称性相互抵消,从而消弱寄生调制。
仿真
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C1
C2
L1
C3
Cj1
Cj2
C1
C3
Cj1
Cj2
uΩ
R1
R2
Le
Re
C2
L1