第四节 调频立体声广播发射机系统组成
一般来说，调频立体声广播发射机在整个发射系统中是相对集中完整的一个主体。它包括有调频激励器、功率放大器、控制系统及供电系统等组成。如下图所示。
天线LRSCA1SCA2定向耦合器FM激励器3kW功率放大器配电盘45V开关电源控制单元遥控JC1JC23/380VFK1图1-4 调频立体声广播发射机原理图
发射机除电源输入外，最重要的就是音频调制信号的输入及载频已调波的输出，只有高质量的节目信号，才能使高质量的播出得到基本保证。这里可能涉及到信号的传送、音频处理器的处理等问题，发射机的输出经过馈线送到天线发射时，当有多部发射机共塔或主备机交换问题时，还需经过同轴开关切换或多工器组合送到天线，这中间的每一处连接都要求有严格的技术保证。
目前传统的调频立体声广播发射机主要采用变容二极管直接调频技术和锁相环稳频电路来实现调频调制的，最新的数字式调频激励器采用了数字信号处理技术，通过FPGA、DSP器件，在数字域实现调频——频率综合器。
本节重点介绍发射机中调频激励器和立体声编码器的工作原理，最后简单说明对发射机以外配套系统的要求。
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一、 调频调制器
实现调频的方法可分为两类，一类是直接调频，另一类是间接调频。直接调频是用调制信号电压直接去控制自激振荡器的振荡频率（实质上是改变振荡器的定频元件），变容二极管调频便属于此类。间接调频则是利用频率和相位之间的关系，将调制信号进行适当处理（如积分）后，再对高频振荡进行调相，以达到调频的目的。两种调频法各有优缺点，直接调频的稳定性较差，但得到的频偏大，线路简单，故应用较广。间接调频器的优点是载波频率比较稳定，但电路较复杂，频移小，且寄生调幅较大，通常需多次倍频使频移增加。对调频器的基本要求是调频频移大，调频特性好，寄生调幅小。调频器广泛用于调频广播、电视伴音、微波通信、锁相电路和扫频仪等电子设备 。
目前模拟的调频广播发射机都采用变容二极管直接调频技术，即在工作于发射载频的LC振荡回路上直接调频，采用晶体振荡器和锁相环路来稳定中心频率。较之中频调制和倍频方法，这种方法的电路简单、性能良好、副波少、维修方便，是一种较先进的频率调制方案。
1 .变容二极管直接调频原理
用调制信号直接控制振荡器的瞬时频率变化的方法称为直接调频法。如果受控振荡器是产生正弦波的 LC 振荡器，则振荡频率主要取决于谐振回路的电感和电容。将受到调制信号控制的可变电抗与谐振回路连接，就可以使振荡频率按调制信号的规律变化，实现直接调频。
可变电抗器件的种类很多，其中应用最广的是变容二极管。作为电压控制的可变电容元件，它有工作频率高、损耗小和使用方便等优点。具有铁氧体磁芯的电感线圈，可以作为电流控制的可变电感元件。此外，由场效应管或其它有源器件组成的电抗管电路，可以等效为可控电容或可控电感。
直接调频法原理简单，频偏较大，但中心频率不易稳定。在正弦振荡器中，若使可控电抗器连接于晶体振荡器中，可以提高频率稳定度。
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图1-5 变容二极管调频原理图
变容二极管调频电路是有主振电路和调频电路构成，T为振荡管，C1、C2、C3、L1为主振回路，D为变容二极管，Cc为耦合电容隔离直流，C5为高频滤波电容，C4为耦合电容，Cb为旁路电容。R1、R2为变容二极管提供一个静态反偏电压，R3为隔离电阻，Rb1、Rb2、
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Re、Rc给三极管提供一个合适静态工作点。
设调制信号为uΩ(t)=UΩm cosΩt,加在二极管上的反向直流偏压为 VQ, VQ的取值应保证在未加调制信号时振荡器的振荡频率等于要求的载波频率,同时还应保证在调制信号uΩ(t)的变化范围内保持变容二极管在反向电压下工作。加在变容二极管上的控制电压为：
ｕr (t)= VQ+ UΩm cosΩt
根据上式可得，相应的变容二极管结电容变化规律为
(1)当调制信号电压uΩ(t)=0时，即为载波状态。此时ｕr (t)= VQ，对应的变容二极管结电容为CjQ
(2)当调制信号电压uΩ(t)=UΩm cosΩt时,对应的变容二极管的结电容与载波状态时变容二极管的结电容的关系是：
令ｍ= uΩ/(UD+VQ)为电容调制度,则可得
上式表示的是变容二极管的结电容与调制电压的关系。而变容二极管调频器的瞬时频率与调制电压的关系由振荡回路决定。无调制时，谐振回路的总电容为：
CQ??C1?CCCQCC?CQ；
ＣQ为静态工作点所对应的变容二极管节电容。
当有调制时，谐振回路的总电容为：
C∑＝C1?CCCj；
CC?Cj- 14 -
回路的总电容的变化量为：△Ｃ＝C∑－CQ∑；频偏△f与△Ｃ的关系:△f=1/2πf0*△Ｃ/ CQ∑。
由变容二极管部分接入振荡器振荡回路的等效电路。调频特性取决于回路的总电容C∑,而C∑可以看成一个等效的变容二极管, C∑随调制电压uΩ（t）的变化规律不仅决定于变容二极管的结电容Cj随调制电压uΩ（t）的变化,而且还与C1和C2的大小有关。因为变容二极管部分接人振荡回路,其中心频率稳定度比全部接入振荡回路要高，但其最大频偏要减小。
2.变容二极管工作原理
变容二极管又称可变电抗二极管\。是一种利用PN结电容（势垒电容)与其反向偏置电压Vr的依赖关系及原理制成的二极管。所用材料多为硅或砷化镓单晶，并采用外延工艺技术。反偏电压愈大，则结电容愈小。变容二极管具有与衬底材料电阻率有关的串联电阻。主要参量是：零偏结电容、零偏压优值、反向击穿电压、中心反向偏压、标称电容、电容变化范围（以皮法为单位）以及截止频率等，对于不同用途，应选用不同C和Vr特性的变容二极管，如有专用于谐振电路调谐的电调变容二极管、适用于参放的参放变容二极管以及用于固体功率源中倍频、移相的功率阶跃变容二极管等。
变容二极管是根据PN结的结电容随反向电压大小而变化的原理设计的一种二极管。它的极间结构、伏安特性与一般检波二极管没有多大差别。不同的是在加反向偏压时，变容二管呈现较大的结电容。这个结电容的大小能灵敏地随反向偏压而变化。正是利用了变容二极管这一特性，将变容二极管接到振荡器的振荡回路中，作为可控电容元件，则回路的电容量会随调制信号电压而变化，从而改变振荡频率，达到调频的目的。
已知，结电容 C j 与反向电压 V R 存在如下关系：
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