高频电子电路6.5.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,kf为:VCO控制灵敏度。,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(VoltageControlOscillator)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(automaticfrequencycontrol,AFC)电路来克服载频偏移。仿真通常有:,压控振荡器的输出信号即为调频信号。(diffusioncapacitance)正向偏置,电容效应比较小。势垒电容(barriercapacitance)反向偏置,势垒区呈现的电容效应。所以为利用PN结的电容,(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Cj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Cj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。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。CjuRUQuRtCjtCjQ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,;C3为高频偶合电容,C4为耦合隔直电容,LD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,Cj与振荡器回路并联,R1,R2为Cj的偏置电路,为Cj提供静态直流偏压,而二极管的反偏电压为:+uR-LCjC1C2VTLCjC1C2VTLDC3C4ECR2+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,。讨论:1设γ=2即满足线性调频。2 当则LC1C2CjVT+uR-(利用级数展开忽略高次项,是由Cj—Vd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:(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C1C2L1C3Cj1Cj2C1C3Cj1Cj2uΩR1R2LeReC2L1CbC4C5C6C7L2L3+-VT-UQECL4ud在要求调频波中心频率稳定度较高,而频偏较小的场合,可以采用直接对晶体振荡器调频的方法。,其振荡频率为:式中:Cg为晶体的动态电容,Co:晶体的静态电容,,fq:晶体的串联谐振频率。在电路中,当Cj变化时,CL变化,从而使晶体振荡器的振荡频率也发生变化,如果压控元件Cj受调制电压 控制,则PierceOscillator就成为一个晶体调频振荡器。注意:晶体在电路中呈现为一个等效电感,故只能工作于晶体的串联谐振频率fq与并联谐振频率fp之间,而fq与fp之间的频率变化范围只有量级,再加上Cj的串联,晶体的可调振荡频率更窄。C2ClCjJT例如载频为