u (t )
VCO
uFM ( t ) U cos[ o t k f u ( t )dt ]
仿真 式中：U为振荡信号的振幅， o:当 u (t ) 0 时的振荡频率，k f为:VCO控制灵敏度。 变容二极管 VCO中最常用的压控元件： 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：可获得较大频偏.缺点：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。
8.3.4 间接调频电路 1. 间接调频法
间接调频法就是利用调相方法来实现调频。 uFM ( t )
高稳定度 载波振荡 器 相位 调制器 窄带
uFM ( t )
宽带
多级倍频 和混频器

u (t )
积分 电路
u ( t )dt
采用高稳定度的晶体振荡器作为主振级，然后再对这个稳定的载频信 号进行调相，这样一来就可得中心频率稳定度高的调频信号。 在间接调频时，要获得线性调频必需以线性调相为基础。但在实现线性 o 调相时，要求最大瞬时相位偏移 m 30 ，因而线性调相的范围很窄， 因此转换成的调频波的最大频偏 f m 很小，即：m f<<1，这是间接调频 法的主要缺点. 但最大频偏小的缺点可以通过多级倍频器后获得符合要求的调频频偏， 另外采用混频器变换频率可以得到符合要求的调频波工作范围。
max
，要求B max 应大于输入FM波最大频偏
鉴频器
uo u (t )
uo(t)
uo(t)
由调频信号的特征： (t ) o k f u (t ) o (t )
或： f ( t ) f o
fo
Δf
kf
Bm 2 kf 所以： f ( t ) u ( t ) Δf(t) 2 表明：要实现无失真鉴频，要求鉴频器的输出电压 uo (t ) u (t ) 与频偏 f ( t ) 成线性关系，上图为典型鉴频特性曲线。 对鉴频特性曲线的主要要求： duo （1）定义：鉴频跨导 SD |f 0 df 表明了鉴频特性曲线在原点（ f 0 ）处的斜率，反映了鉴频灵敏度。 显然希望SD值应尽可能的大。 休息1 休息2
8.3.3 变容二极管直接调频电路 （Varactor diode direct FM） 1. 变容二极管
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PN结具有电容效应 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。
uFM 相乘器 低通滤波器 uΩ
90o移相网络
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2. （鉴频器的主要特性 2）鉴频器的峰值频带宽度B
Bm≥ 2Δ fm 出电压uo(t)，与其输入 FM 信号瞬时频偏 Δω(t)或Δf(t)之间的关系曲线
uFM (t ) f (或）
能全面描述鉴频器主要特性的是鉴频特性曲线。它是指鉴频器的输 2f m 。 摆动范围
L
在高 Q 值及谐振回路失谐不大的情况下，并联 LC谐 振回路电压和电流间的相位关系为： 2 ( t ) ( t ) arctan[ Q ]
o
8.4 调频波的解调原理及电路
8.4.1 鉴频方法及其实现模型
8.4.2 振幅鉴频器（斜率鉴频器slope discriminator） 8.4.3 相位鉴频器 8.4.4 比例鉴频器 8.4.5 移相乘积鉴频器
频率—幅度线 性变换网络 uFM uFM-AM t t t 包络检波器
uΩ
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1. 鉴频方法
第四种方法，先将调频波通过非线性变换网络，变换为调频脉冲序 第二种方法，将调频波通过频率—相位线性变换网络，变换成调频— 列，该脉冲序列含有反映该调频信号瞬时频率变化的平均分量，因 调相波，再通过鉴相器检测出反映相位变化的解调电压。把这种鉴 而通过低通滤波器便可得到反映平均分量变化的解调电压。也可将 频器称为相位鉴频器 。 调频脉冲序列通过脉冲计数器，直接得到反映瞬时频率变化的解调 uFM uFM-PM uΩ 电压。将这种鉴频器称为脉冲计数式鉴频器。 频率—相位线
所以为利用PN结的电容，PN结应工作在反向偏置状态. 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：uR 0 时的电容值（零偏置电容）
表明:单级LC 谐振回路在满足Δ φ < π /6（30 ） Δ φ 载波输入 uFM ( t ) 载波输入 2 高稳定度 调相器 的条件下，回路输出电压的相移是与输入调制 Cj π /6 C4 振荡器 R 3 电压uΩ(t)成线性关系的。 π /6 u (t ) u (t ) 如果将调制电压 u (t ) uΩ(t) 先积分后再加在变容二 C3 R2 积分器 4 极管上，则单级 LC谐振回路输出电压的瞬时 UQ=9V 频率 ω (t) 就与输入调制电压 uΩ(t) 成线性关系， 如果忽略二次方以上各项，可得回 即可实现对调制电压uΩ(t)的间接调频。 路的谐振频率为 ：
uR : 反向偏置电压，UD：PN结势垒电位差。Si : 0.7V
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
而结电容：
Cj
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u (t ) U cost ，则结反偏电压：uR (t ) Uo u (t ) Uo U cost
C0 U U cos t 1 ( o ) UD C0 1 U o U cost UD
8.3.2 压控振荡器直接调频电路
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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的特点：瞬时频率随外加控制信号的变化而变化。 ) 通常有： (t ) o kf u (t，压控振荡器的输出信号即为调频信号。



C0
U D Uo UD

1
U cos t U D Uo

Cj Cj

C0 U 1 o UD


1 m cos t

C jQ 1 m cost


CjQ
其中： C jQ

为静态工作点的结电容。
m U U D Uo
uFM
性变换网络
非线性变换网络
调频脉 冲序列
低通滤波器或 脉冲计数器
相位检波器
uΩ
第三种方法，是随着近年来集成电路的广泛应用，在集成电路调频 机中较多采用的移相乘积鉴频器。它是将输入 FM 信号经移相网络 后生成与FM信号电压正交的参考信号电压，它与输入的FM信号电 压同时加入相乘器，相乘器输出再经低通滤波器滤波后，便可还原 出原调制信号。
1 γ o [1 m cos t ] o [1 m cos t ] 2 LC j γ ( t ) ( t ) o m cost 回路的频率偏移为： o 2
R o1 C1
O
C2 o
ω
R2
ω
调相波 输出
L
ω
(t )出
调制信号振幅

1
0 o) (t 0 ）时的振荡频率， 为未加调制信号（u
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U
2 当 m o 2 则 (t ) o [1 m cos t] 0
2 U 2 U
o U U D Uo 2 Uo U D
2.当 变容二极管调相电路 Δ φ < π /6（或30o）时，tan Δ φ ≈ Δ φ 幅频特性 2 ( t ) 间接调频的关键电路是调相器 . ( t ) Q o 将变容二极管接在高频放大器的谐振回路里，就可构成变容二极 可得: (t ) Qγm cost 管调相电路。
-
R2
+ uΩ -
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
Uo EC R2 ，而二极管的反偏电压为：uR U o u ( t ) R1 R2
8.4 调频波的解调原理及电路
8.4.1 鉴频方法及其实现模型
1. 鉴频方法 调频信号的解调是从调频波 uFM U cos[ o t m u ( t )dt ] 中 恢 复 出 原 调制信号 u (t ) 过程，完成调频波解调过程的电路称为频率检波器 将调频波进行特定的波形变换，根据波形变换特点的不同，可归 纳以下几种实现方法： 第一种方法，将调频波通过频率 — 幅度线性变换网络，将调频波变 换成调频 — 调幅波，再通过包络检波器检测出反映幅度变化的解调 电压。把这种鉴频器称为斜率鉴频器，或称振幅鉴频器 。
t
C0 U 1 o UD
uR
UQ
t

uR
表示结电容调制深度的调制指数。
2. 变容二极管直接调频的原理电路
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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，
EC R1
C3
VT C1 L C2 Cj
LD
+
C4
VT C1 L C2 Cj + uR -
Uo
n( n 1 ) 2 n 3 ． 调频性能分析 ( 1 x ) 1 nx x ) （利用级数展开忽略高次项，