1、* *第第1111章章 集成模擬乘法器在高頻電路中的應用集成模擬乘法器在高頻電路中的應用11.1 模擬乘法器模擬乘法器 11.1.1 乘法運算電路乘法運算電路 11.1.2 模擬乘法器的應用模擬乘法器的應用 11.2 信息傳輸過程信息傳輸過程 11.2.1 信息的傳輸過程信息的傳輸過程 11.2.2 信息傳輸處理信息傳輸處理 11.3 調幅與檢波調幅與檢波 11.3.1 調幅調幅 11.3.2 模擬乘法器調幅電路模擬乘法器調幅電路 11.3.3 模擬乘法器檢波電路模擬乘法器檢波電路 * *第第1111章章 集成模擬乘法器在高頻電路中的應用集成模擬乘法器在高頻電路中的應用11.4 調頻與調相調頻

2、與調相 11.4.1 調頻與調相調頻與調相 11.4.2 調頻方法調頻方法 11.5 混頻、倍頻與鎖相環路混頻、倍頻與鎖相環路 11.5.1 混頻混頻 11.5.2 倍頻倍頻 11.5.3 鎖相環路鎖相環路 本章重點本章重點 模擬乘法器及集成模擬乘法器模擬乘法器及集成模擬乘法器 調幅、調頻、調相和解調調幅、調頻、調相和解調 檢波、鑒頻和鑒相檢波、鑒頻和鑒相本章難點本章難點 混頻及倍頓混頻及倍頓 鎖相環路鎖相環路 *第11章 集成模擬乘法器在高頻電路中的應用 11.1.1 11.1.1 乘法運算電路乘法運算電路 變跨導式乘法電路 11.1 11.1 模擬乘法器模擬乘法器圖圖11-1 11-1 乘

3、法運算乘法運算帶有恒流源的差動放大電路，ux和uy作為輸入信號，uo作為輸出信號圖中三極管的控制作用可以用跨導來表示，即圖中三極管的控制作用可以用跨導來表示，即 (11-1) 其中其中I IE E單位取單位取mA(mA(下同下同) )，當工作電流較小時，當工作電流較小時代入代入(11-1)(11-1)式推得式推得用跨導來表示差放電路的放大倍數用跨導來表示差放電路的放大倍數電路的輸出電壓為電路的輸出電壓為 （11-2） 其中其中 代入（代入（11-211-2）得）得 （11-311-3） 其中乘法增益系數其中乘法增益系數cbmbebebeiiguurbeE26300(1)rIbeE26rIEm2

4、6Igocumcxbe uRAg RuryEE3e122uIIREcomcxx26 I Rug R uucoxyxye52Ruu uKu uR ce52RKR 2. 2. 集成模擬乘法器集成模擬乘法器 集成模擬乘法器是實現兩個模擬信號相乘作用的器件，電路符號如圖11-3所示。它有兩個輸入端ux和uy，輸出端為uo，它們之間的關系是 oxyKuu uK-稱為乘法增益系數 模擬乘法器的種類很多，如AD634、AD534L、MC1496等，且不需外接元件，無須調零即可使用 11.1.2 11.1.2 模擬乘法器的應用模擬乘法器的應用 1.1.平方電路平方電路若若u uy y = u = ux x，則

5、，此時，模擬乘法器稱為平方電路。，則，此時，模擬乘法器稱為平方電路。2. 2. 除法電路除法電路變跨導乘法器還可組成除法電路，如圖變跨導乘法器還可組成除法電路，如圖11-411-4所示。根據所示。根據“虛短和虛短和“虛斷虛斷”可得可得 即即則則 由乘法器的功能可得由乘法器的功能可得因此得因此得即輸出電壓與兩個輸入電壓的商成比例關系即輸出電壓與兩個輸入電壓的商成比例關系 12ii3112 uuRR2311 RuuR302Kuu u321o212uRuuKuKRu 圖圖11-4 11-4 除法電路除法電路11.2 11.2 信息傳輸過程信息傳輸過程 11.2.1 11.2.1 信息的傳輸過程信息的

6、傳輸過程 調制調制 就是一個信號就是一個信號(如光、電磁波等如光、電磁波等)的某些參數的某些參數(如振幅、相如振幅、相位、頻率等位、頻率等)按照另一個擬傳輸的信號按照另一個擬傳輸的信號(如聲音、圖像等如聲音、圖像等)的特點變化的過程的特點變化的過程 圖圖11-5 11-5 信息傳輸過程信息傳輸過程11.2.2 11.2.2 信息傳輸處理信息傳輸處理信息傳輸處理主要包括調制與解調兩個過程信息傳輸處理主要包括調制與解調兩個過程 解調解調 是調制的反過程，亦即把低頻調制信號從高頻已調信號是調制的反過程，亦即把低頻調制信號從高頻已調信號中還原出來的過程。調幅波的解調過程稱為檢波；調頻中還原出來的過程。

7、調幅波的解調過程稱為檢波；調頻波的解調過程稱為檢頻；調相波的解調過程稱為檢相。波的解調過程稱為檢頻；調相波的解調過程稱為檢相。 11.3 11.3 調幅與檢波調幅與檢波1. 1. 調幅信號的表示方式調幅信號的表示方式 調幅就是用調制信號控制高頻載波的振幅，使高頻載波的振幅按調制信調幅就是用調制信號控制高頻載波的振幅，使高頻載波的振幅按調制信號的變化規律而變化，設調制信號為正弦波，如圖號的變化規律而變化，設調制信號為正弦波，如圖11-6(a)11-6(a)所示。其電壓表達式所示。其電壓表達式為為 11.3.1 11.3.1 調幅調幅m( )cosutUt（11-5） 載波為一高頻等幅波，如圖11

8、-6(b)所示，表達式為cmc( )cosu tUt （11-6） 通常滿足，若用調制信號對載波進行調制，根據振幅調制的定義，在通常滿足，若用調制信號對載波進行調制，根據振幅調制的定義，在理想情況下，已調信號的振幅應隨調制信號線性變化，已調信號瞬時幅值理想情況下，已調信號的振幅應隨調制信號線性變化，已調信號瞬時幅值為為其中其中mmccmamcma( )( )cos(1cos)utUu tUk UtUmt (11-7) cmamacmcmUk UmUU(11-8) 式中，式中，m ma a稱為調幅系數，表示載波振幅受調制信號控制的程度；稱為調幅系數，表示載波振幅受調制信號控制的程度；K Ka a

9、為由調制為由調制電路決定的比例常數。由此可得調幅信號的表達式為電路決定的比例常數。由此可得調幅信號的表達式為 AMmccmac( )( )cos(1cos)cosutUttUmtt (11-9) 其波形如圖其波形如圖11-6(c)11-6(c)所示所示 圖圖11-6 11-6 調幅波波形調幅波波形(a)(a)調制信號；調制信號；(b)(b)高頻載波；高頻載波；(c)(c)已調波已調波 正常情況下，ma1。圖11-6(c)所示調幅波的調幅系數ma1，此時振幅變化的最大值為(1ma)Ucm，振幅變化的最小值為(1-ma)Ucm。當ma=1時，調幅波最大值為2Ucm，最小值為零。若ma1，就要引起調

10、幅失真。 從圖11-6(c)可以看出：調幅波的包絡信號振幅各峰值點的連線完全反映了調制信號的變化；調幅波的上下包絡相位相差180；調幅波的頻率就是載波的頻率。 實際要傳送的信號往往是一個復雜的波形，如圖11-7(a)所示，由于調幅波的包絡變化規律與低頻信號波形一致，因而可做出它的調幅波波形，如圖11-7(b)所示。 2. 2. 調幅波的頻譜調幅波的頻譜 將式將式11-9展開，得展開，得 從式從式11-10可以看出，調幅波有三個頻率分量，它是由三個高頻正弦波可以看出，調幅波有三個頻率分量，它是由三個高頻正弦波疊加而成的。第一項的頻率分量是載波的頻率分量，它與調制信號無關；疊加而成的。第一項的頻率

11、分量是載波的頻率分量，它與調制信號無關；第二項的頻率稱為上邊頻，等于載波頻率與調制信號頻率之和；第三項的第二項的頻率稱為上邊頻，等于載波頻率與調制信號頻率之和；第三項的頻率稱為下邊頻，等于載波頻率與調制信號頻率之差。調制信號的信息包頻率稱為下邊頻，等于載波頻率與調制信號頻率之差。調制信號的信息包含在上、下邊頻分量之內。如果把這些頻率分量畫在頻率軸上，就構成單含在上、下邊頻分量之內。如果把這些頻率分量畫在頻率軸上，就構成單頻余弦調制的調幅波的頻譜，如圖頻余弦調制的調幅波的頻譜，如圖11-8所示。這兩個邊頻分量所示。這兩個邊頻分量c+及及c以載波以載波c為中心對稱分布，兩個邊頻幅度相等并與調制信號

12、幅度成正比，為中心對稱分布，兩個邊頻幅度相等并與調制信號幅度成正比，與載頻的相對位置決定于調制信號的頻率，這說明上、下邊頻中包含著調與載頻的相對位置決定于調制信號的頻率，這說明上、下邊頻中包含著調制信號的幅度及頻率。制信號的幅度及頻率。 AMcmac( )(1cos)cosutUmttcmcacmcacmc11coscos()cos()22UtmUtmUt(11-10) 圖圖11-7 11-7 非正弦波調制的調幅非正弦波調制的調幅(a)(a)調制信號；調制信號；(b)(b)已調波已調波 圖圖11-8 11-8 單頻調制頻譜單頻調制頻譜(a)(a)調制信號頻譜；調制信號頻譜；(b)(b)載波頻譜

13、；載波頻譜；(c)(c)已調波頻譜已調波頻譜 已調波的帶寬為已調波的帶寬為 cc()()2BW(11-11) 復雜信號的調制頻譜如圖復雜信號的調制頻譜如圖11-9所示。所示。 由圖由圖11-9可以看出，調制后產生的上邊頻和下邊頻不再是一個，而是許多可以看出，調制后產生的上邊頻和下邊頻不再是一個，而是許多個頻率分量，但頻率分量的上、下邊頻幅度仍然相等且成對出現，上、下邊頻個頻率分量，但頻率分量的上、下邊頻幅度仍然相等且成對出現，上、下邊頻帶的頻譜分布相對載頻是對稱的。所占的頻帶寬度為帶的頻譜分布相對載頻是對稱的。所占的頻帶寬度為式式11-12表明，多頻調幅時，最高頻調幅波總的頻帶寬度為調制信號率

14、的表明，多頻調幅時，最高頻調幅波總的頻帶寬度為調制信號率的2倍。倍。 cncnn()()2BW (11-12) 圖圖11-9 11-9 復雜信號調制頻譜復雜信號調制頻譜n為調制為調制信號信號的最高頻率的最高頻率 1. 不同的調幅制式不同的調幅制式11.3.2 11.3.2 模擬乘法器調幅電路模擬乘法器調幅電路 由式由式11-10可知，載波分量是不包含信息的，因此，為了提高設備的功率利用可知，載波分量是不包含信息的，因此，為了提高設備的功率利用率，可以不傳送載波而只傳送兩個邊帶信號，這叫做抑制載波雙邊帶調幅，用率，可以不傳送載波而只傳送兩個邊帶信號，這叫做抑制載波雙邊帶調幅，用DSB表示，其表達

15、式為表示，其表達式為 其頻譜圖如其頻譜圖如圖圖11-10(c)所示所示 DSBacmccoscosumUttacmc1cos()2m Utacmc1cos()2m U(11-13) 由于兩個邊頻帶所含調制信息完全相同，從信號傳輸角度看，只要發送一個由于兩個邊頻帶所含調制信息完全相同，從信號傳輸角度看，只要發送一個邊帶的信號即可，這種方式稱為單邊帶調制，用邊帶的信號即可，這種方式稱為單邊帶調制，用SSB表示，其表達式為表示，其表達式為SSBacmc1cos()2um UtSSBacmc1cos()2um Ut(11-14) (11-15) 其頻譜圖如圖 11-10(d)所示。 由圖由圖可以看出，

16、只要將雙邊帶調幅信號抑制掉一個邊頻帶，就成為單邊帶調可以看出，只要將雙邊帶調幅信號抑制掉一個邊頻帶，就成為單邊帶調幅信號，由于幅信號，由于SSB調制方式只發送一個邊帶，因而它不但功率利用高、而且它所調制方式只發送一個邊帶，因而它不但功率利用高、而且它所占用頻帶近似為占用頻帶近似為，比普通調幅和雙邊帶調幅減小了一半，提高了波段利用率。，比普通調幅和雙邊帶調幅減小了一半，提高了波段利用率。 如果保留一個邊帶及載波對另一個邊帶進行部分抑制，稱為如果保留一個邊帶及載波對另一個邊帶進行部分抑制，稱為殘留單邊帶調制殘留單邊帶調制，用用VSB表示。在電視發射技術中，普遍采用表示。在電視發射技術中，普遍采用殘

17、留單邊帶調幅制式殘留單邊帶調幅制式。 圖圖11-10 11-10 不同制式的調幅波頻譜不同制式的調幅波頻譜 改變直流電壓大小可以改變一般調幅信號的調幅度改變直流電壓大小可以改變一般調幅信號的調幅度. .為了增加為了增加調節范圍，可將圖調節范圍，可將圖11-1111-11中的中的R R1 1、R R2 2阻值由阻值由10k10k改為改為750750。但但U U值不能小于值不能小于UmUm，否則將會產生過調幅現象。，否則將會產生過調幅現象。 由式由式(11-10)(11-10)、(11-13)(11-13)、(11-14)(11-14)、(11-15)(11-15)可以看出，調幅的過程實可以看出，

18、調幅的過程實際上就是信號相乘的過程，因此，利用模擬乘法器就能實現振幅調制。際上就是信號相乘的過程，因此，利用模擬乘法器就能實現振幅調制。 圖圖11-1111-11給出了用模擬乘法器給出了用模擬乘法器MC1496MC1496實現一般調幅的電路，調制信號實現一般調幅的電路，調制信號u u( (t t) )從芯片的從芯片的1 1腳輸入，載波腳輸入，載波u uc c( (t t) )由由1010腳輸入，已調信號由腳輸入，已調信號由6 6腳輸出。在腳輸出。在1 1、4 4之之間接兩個間接兩個10k10k電阻和一個電阻和一個47k47k的電位器，是為了靈活調節的電位器，是為了靈活調節1 1、4 4之間的直

19、流之間的直流電壓。電壓。 由式由式 11-911-9 可知，只要在調制信號可知，只要在調制信號u u( (t t) )上附加直流電壓，再與載波信上附加直流電壓，再與載波信號直接相乘，即可得到一般調幅信號。因此，只要調節號直接相乘，即可得到一般調幅信號。因此，只要調節R RP P，使，使1 1、4 4兩端直流兩端直流電位不相等，就相當于給電位不相等，就相當于給u u( (t t) )上疊加了一個直流電壓上疊加了一個直流電壓U U。這時，圖中的輸出。這時，圖中的輸出電壓為電壓為 2. 2. 調幅電路調幅電路 其中其中maUmU oc( )( )( )utKut Uutcmcmcos(cos)KUt

20、 Uutmcmc(1cos)cosUKUUttUcmac(1cos)cosKUUmtt(11-16) 圖圖11-11 MC1496型模擬乘法器調幅電路型模擬乘法器調幅電路 如果調節如果調節R RP P使使1 1、4 4之間的直流電位相等，即之間的直流電位相等，即1 1端子上只有調制信號端子上只有調制信號u u(t)(t)，就實現了就實現了u u(t)(t)與與u uc c(t)(t)的直接相乘，可得的直接相乘，可得occmmc( )( )( )coscosu tKu t u tKU Uttcmmcc1cos()cos() 2KU Uttt(11-17) 圖圖11-11所示電路所示電路也可獲得抑

21、制載也可獲得抑制載頻的雙邊帶調幅頻的雙邊帶調幅信號輸出信號輸出 1. 1. 包絡檢波包絡檢波 包絡檢波是指檢波器輸出的電壓與輸入的調幅波的包絡成正比的檢波方法。包絡檢波是指檢波器輸出的電壓與輸入的調幅波的包絡成正比的檢波方法。對于普通調幅信號來說，由于其包絡與調制信號成正比，包絡就代表著它的調制對于普通調幅信號來說，由于其包絡與調制信號成正比，包絡就代表著它的調制信號波形。因此，包絡檢波適用于對普通調幅波進行檢波，其檢波器的輸出電壓信號波形。因此，包絡檢波適用于對普通調幅波進行檢波，其檢波器的輸出電壓直接反映輸入高頻調幅波包絡變化的規律。收音機中的檢波電路和電視接收機中直接反映輸入高頻調幅波包

22、絡變化的規律。收音機中的檢波電路和電視接收機中的高頻檢波電路均采用包絡檢波。其原理可由圖的高頻檢波電路均采用包絡檢波。其原理可由圖11-12(a)11-12(a)來表示，圖來表示，圖11-12(b)11-12(b)為為檢波輸入、輸出頻譜圖檢波輸入、輸出頻譜圖 11.3.3 11.3.3 模擬乘法器檢波電路模擬乘法器檢波電路 圖圖11-12 11-12 包絡檢波原理圖包絡檢波原理圖圖圖11-13 11-13 包絡檢波原理及波形包絡檢波原理及波形 下邊以二極管峰值包絡下邊以二極管峰值包絡檢波器為例進行討論，電路檢波器為例進行討論，電路如圖如圖11-13(a)11-13(a)所示所示 在圖中，在圖中

23、，u ui i為輸入的普為輸入的普通調幅信號，通調幅信號，D D為檢波二極為檢波二極管，管，R R、C C構成低通濾波器，構成低通濾波器，要求要求C C對高頻短路，而對低對高頻短路，而對低頻阻抗趨于無窮大。而頻阻抗趨于無窮大。而C CL L為為檢波器輸出端的耦合電容，檢波器輸出端的耦合電容，其值較大。對于低頻信號而其值較大。對于低頻信號而言，電容言，電容C CL L相當于短路。相當于短路。R RL L為下級電路的輸入電阻。為下級電路的輸入電阻。 由圖11-13(a)可見，加在二極管的正向電壓為uv=ui-uo，二極管導通與否，不僅與輸入電壓有關，還取決于輸出電壓。二極管導通時，電容充電，充電時

24、間常數為rvC；二極管截止時，電容放電，放電時間常數為RC。由于二極管導通電阻很小，因而一般有rvCRC。 圖圖11-13(b)11-13(b)中的鋸齒狀變化波形表示了二極管導通與截止時中的鋸齒狀變化波形表示了二極管導通與截止時u uo o的波形。的波形。 當當u ui i u uo o時，二極管導通，電容器充電，時，二極管導通，電容器充電，u uo o上升，在圖上升，在圖11-13(b)11-13(b)中表示為中表示為ABAB、CDCD、EFEF等上升段。等上升段。 當當u ui i u uo o時，二極管截止，電容通過電阻時，二極管截止，電容通過電阻R R放電，放電，u uo o下降，在圖

25、下降，在圖(b)(b)中表示為中表示為BCBC、DEDE等下降段。等下降段。 由分析可知，由分析可知，二極管兩端電壓二極管兩端電壓u uv v在大部分時間里為負值，只在輸入電壓的在大部分時間里為負值，只在輸入電壓的每個高頻周期的峰值附近才導通，因此其輸出電壓波形與輸入信號包絡相同。此時，每個高頻周期的峰值附近才導通，因此其輸出電壓波形與輸入信號包絡相同。此時，平均電壓平均電壓u uo o包含直流及低頻分量，如圖包含直流及低頻分量，如圖11-13(c)11-13(c)所示，經所示，經C CL L隔直后，將隔直后，將u u耦合至耦合至R RL L上，上，如圖如圖 11-13(d)11-13(d)所

26、示。所示。 2. 2. 同步檢波同步檢波 由于DSB和SSB信號的包絡與調制信號不同，它們的包絡并不真實地反映調制信號的變化規律，因而不能用簡單的包絡檢波，而必須采用同步檢波，電路原理框圖如圖 11-14(a)所示。 圖11-14(a)是利用模擬乘法器構成的同步檢波電路原理框圖。圖11-14(b)、(c)、(d)為頻譜圖。 圖圖11-14 11-14 同步檢波原理圖同步檢波原理圖 圖圖11-14(a)11-14(a) 它有兩個輸入電壓，一個是調幅信號電壓它有兩個輸入電壓，一個是調幅信號電壓u ui i；另一個是本地載波；另一個是本地載波電壓電壓u ur r。為了能不失真地恢復原調制信號，本地載

27、波和原調制端的載波必須保持。為了能不失真地恢復原調制信號，本地載波和原調制端的載波必須保持同頻同相，所以稱為同步檢波。設輸入信號為抑制載頻的雙邊帶調幅信號，即同頻同相，所以稱為同步檢波。設輸入信號為抑制載頻的雙邊帶調幅信號，即同步信號同步信號 要求要求 因此可得乘法器輸出電壓因此可得乘法器輸出電壓u uo o為為 rrmrcosuUtrciimccoscosuUttoiruKuuimcrmrcoscoscosKUttUtimrmimrmc11coscoscos222KU UtKU Utt(11-18) 式中，項式中，項 是解調所需要的原調制信號，是解調所需要的原調制信號，而而cos2cos2c

28、 ct t項是高頻分量，用低通濾波器將其濾除，就可得到項是高頻分量，用低通濾波器將其濾除，就可得到imrm1cos2KU Utimrm1cos2uKU Ut(11-19)經低通濾波器濾除高頻分量，即可獲得低頻信號輸出。經低通濾波器濾除高頻分量，即可獲得低頻信號輸出。 同樣同樣，若輸入信號為單邊帶調幅信號，若輸入信號為單邊帶調幅信號，即即 ，則乘法器的輸出電壓，則乘法器的輸出電壓u uo o為為iimccos()uUtoiruKu uimrmcccos() cosKU Uttimrmimrmc11coscos(2)22KU UtKU Ut(11-20) 由集成模擬乘法器構成由集成模擬乘法器構成的

29、實際同步檢波電路如圖的實際同步檢波電路如圖11-11-1515所示，圖中模擬乘法器的所示，圖中模擬乘法器的型號為型號為MC1596MC1596，普通調幅信，普通調幅信號或雙邊帶調幅信號經耦合號或雙邊帶調幅信號經耦合電容后從電容后從y y通道通道1 1、4 4腳輸入，腳輸入，同步信號同步信號u ur r從從x x通道通道8 8、1010腳腳輸入，輸入，1212腳單端輸出后經腳單端輸出后經RCRC型低通濾波器取出調制型低通濾波器取出調制信號信號u u。圖圖11-15 11-15 模擬乘法器模擬乘法器MC1596MC1596組成的同步檢波電路組成的同步檢波電路 11.4 調頻與調相調頻與調相11.4

30、.1 調頻與調相調頻與調相 1. 調頻調頻 調頻信號是高頻信號的振幅不變，而高頻信號的瞬時頻率隨調制信號而變調頻信號是高頻信號的振幅不變，而高頻信號的瞬時頻率隨調制信號而變化，且瞬時頻率變化的大小與調制信號的強度成線性關系的已調信號。化，且瞬時頻率變化的大小與調制信號的強度成線性關系的已調信號。 設低頻調制信號設低頻調制信號 ，高頻載波信號，高頻載波信號 ，則已，則已調波的角頻率為調波的角頻率為mcosuUtccmc( )cosu tUtcfcfm( )( )costk utk utcmcost (11-21) mfm k u 其中 (11-22) kf為由調制電路決定的比例常數；c為未調制時

31、載波的中心頻率；m為調頻波最大角頻偏。cf00( )( )d( )dttttttkutt瞬時相位瞬時相位調頻信號調頻信號調頻波的波形如圖調頻波的波形如圖11-1611-16所示所示 FMcmcf0( )cos( )d tutUtkutt (11-23) (11-24) (a)(a)為高頻載波信號波形為高頻載波信號波形(b)(b)為低頻調制信號為低頻調制信號u u的波形的波形(c)(c)為調頻波波形為調頻波波形(d)(d)為調頻波的角頻率波形為調頻波的角頻率波形 當當u u為波峰時，調頻波的瞬時角頻為波峰時，調頻波的瞬時角頻率最大，等于率最大，等于( (c c+m m) )，調頻波波形，調頻波波

32、形最密；當最密；當u u為波谷時，調頻波的瞬時角為波谷時，調頻波的瞬時角頻率最小，等于頻率最小，等于( (c c-m m) )，調頻波波，調頻波波形最疏。調頻波的瞬時角頻率按低頻信形最疏。調頻波的瞬時角頻率按低頻信號變化規律而變化，由圖號變化規律而變化，由圖11-16(d)11-16(d)可見，可見，它是在載頻的基礎上加了受低頻調制信它是在載頻的基礎上加了受低頻調制信號控制的變化部分。號控制的變化部分。 圖圖11-16 11-16 調頻與調相信號的波形調頻與調相信號的波形2. 調相調相 調相信號是高頻信號的振幅不變，而高頻信號的瞬時相位隨調制信號調相信號是高頻信號的振幅不變，而高頻信號的瞬時相

33、位隨調制信號u u( (t t) )而而變化的已調信號。變化的已調信號。 設高頻載波為設高頻載波為 ，調制信號為，調制信號為 ，則調，則調相信號的瞬時相位為相信號的瞬時相位為 ccmc( )cosu tUtm( )cosutUtcpcpm( )( )costtk uttk Ut(11-25) 瞬時角頻率為瞬時角頻率為 PMPM信號最大角頻偏為信號最大角頻偏為調相信號的表達式為調相信號的表達式為 pmd ( )( )sindttck Uttmpmk UPMcmcpm( )cos(cos)utUtk utcmcpcos(cos)Utmt(11-28) (11-26) (11-27) k kp p為

34、由調制電路為由調制電路決定的比例常數決定的比例常數 ppmmk u 調相信號的波形如圖調相信號的波形如圖11-16(e)11-16(e)、(f)(f)所示，其中，所示，其中，(e)(e)為調相波波形、為調相波波形、(f)(f)為調為調相波的角頻率波形相波的角頻率波形 綜上分析可知：綜上分析可知：調頻與調相信號都是等幅信號，二者的頻率和相位都隨調制調頻與調相信號都是等幅信號，二者的頻率和相位都隨調制信號而變化，但二者的頻率和相位隨調制信號變化的規律不同，由于頻率與相位信號而變化，但二者的頻率和相位隨調制信號變化的規律不同，由于頻率與相位是微積分關系，因而二者是有密切聯系的。是微積分關系，因而二者

35、是有密切聯系的。 11.4.2 調頻方法調頻方法 能夠實現調頻的方法很多，歸納起來有兩種：能夠實現調頻的方法很多，歸納起來有兩種：直接調頻和間接調頻直接調頻和間接調頻。直。直接調頻是用調制信號直接控制載波的瞬時頻率，以產生調頻信號。間接調頻接調頻是用調制信號直接控制載波的瞬時頻率，以產生調頻信號。間接調頻是先將調制信號進行積分，然后對載波進行調相，結果也可產生調頻信號。是先將調制信號進行積分，然后對載波進行調相，結果也可產生調頻信號。 在調頻電路中，常常利用在調頻電路中，常常利用變容二極管與電感線圈變容二極管與電感線圈構成的構成的LCLC諧振回路進行諧振回路進行調頻。隨著集成電路的發展，涌現出

36、了各種由集成電路構成的調頻電路。調頻。隨著集成電路的發展，涌現出了各種由集成電路構成的調頻電路。11.5 11.5 混頻、倍頻與鎖相環路混頻、倍頻與鎖相環路 11.5.1 11.5.1 混頻混頻 混頻就是將高頻信號經過頻率變換，成為另一個固定的新的頻率的過程。這種混頻就是將高頻信號經過頻率變換，成為另一個固定的新的頻率的過程。這種頻率變換，通常是把已調高頻信號的載波從高頻變為中頻，同時保持其調制規律不頻率變換，通常是把已調高頻信號的載波從高頻變為中頻，同時保持其調制規律不變。變。 用非線性器件和模擬乘法器均能實現混頻。分立元件超外差式收音機中的混頻用非線性器件和模擬乘法器均能實現混頻。分立元件

37、超外差式收音機中的混頻電路就是由晶體三極管及電路就是由晶體三極管及LCLC諧振回路組成的。在這里，僅介紹由模擬乘法器實現混諧振回路組成的。在這里，僅介紹由模擬乘法器實現混頻的原理，其原理框圖如圖頻的原理，其原理框圖如圖11-1711-17所示。所示。 圖圖11-17 11-17 由模擬乘法器混頻的原理圖由模擬乘法器混頻的原理圖 設輸入到混頻器的已調波為設輸入到混頻器的已調波為 本地振蕩為本地振蕩為 乘法器的輸出電壓為乘法器的輸出電壓為 可利用帶通濾波器取出所需的邊帶，即可得到中頻信號電壓為可利用帶通濾波器取出所需的邊帶，即可得到中頻信號電壓為 其中其中 ， (11-29)(11-29)從式從式

38、11-2911-29可看出，混頻后得到的中頻信號可看出，混頻后得到的中頻信號u uo o( (t t) )與輸入信號與輸入信號u ui i相似，中相似，中頻信號所包含的信息沒變，只是載頻由原來的頻信號所包含的信息沒變，只是載頻由原來的c c變為變為o o。 iimccoscosuUttLLmLcosuUtoimLmcL( )coscoscosu tKU UtttimLmLcLc1coscos()cos() 2KU UtttoimLmLcomo1( )coscos()coscos2u tKU UttUttomimLm12UKU UoLc 11.5.2 11.5.2 倍頻倍頻 倍頻電路輸出信號的頻

39、率是輸入信號頻率的整數倍，即倍頻電路可以成倍數倍頻電路輸出信號的頻率是輸入信號頻率的整數倍，即倍頻電路可以成倍數地把信號頻譜搬移到更高的頻段。地把信號頻譜搬移到更高的頻段。 能夠實現倍頻的電路很多，而由模擬乘法器實現倍頻的原理如圖能夠實現倍頻的電路很多，而由模擬乘法器實現倍頻的原理如圖11-1811-18所示。所示。 圖圖11-18 11-18 用模擬乘法器實現二倍頻的原理圖用模擬乘法器實現二倍頻的原理圖設設 (11-30) (11-30) (11-31) (11-31) 經高通濾波器選出二倍頻，可得經高通濾波器選出二倍頻，可得 (11-32) (11-32) 倍頻在電子系統及通信系統中均有廣

40、泛的應用，如利用倍頻器可以實現倍頻在電子系統及通信系統中均有廣泛的應用，如利用倍頻器可以實現頻率合成；利用振蕩器的輸出進行倍頻，可以得到更高的所需振蕩頻率等。頻率合成；利用振蕩器的輸出進行倍頻，可以得到更高的所需振蕩頻率等。 iim( )cosu tUt222oimimcos(1cos2)2KuKUtUt 2oim( )cos22Ku tUt11.5.3 11.5.3 鎖相環路鎖相環路 鎖相環路鎖相環路(PLL)(PLL)是一種自動相位控制系統，它能使受控振蕩器頻率和相位均是一種自動相位控制系統，它能使受控振蕩器頻率和相位均與輸入信號保持確定的關系，即保持相位同步，因此稱為鎖相。與輸入信號保持確定的關系，即保持相位同步，因此稱為鎖相。 鎖相環路的基本組成如圖鎖相環路的基本組成如圖11-1911-19所示，它由檢相器、環路濾波器和壓控振蕩所示，它由檢相器、環路濾波器和壓控振蕩器組成閉合環路。器組成閉合環路。 圖圖11-19 11-19 鎖相環路基本組成