**师范学院电气信息工程学院2014届通信工程专业课程设计报告
利用率也较高。
把含有信息的低频信号从经过传输的调频波中解调出来，还原含有信息的低频信号，称为鉴频。
使载波频率按照调制信号改变的调制方式叫调频。已调波频率变化的大小由调制信号的大小决定，变化的周期由调制信号的频率决定。已调波的振幅保持不变。调频波的波形，就像是个被压缩得不均匀的弹簧，调频波用英文字母 FM表示。
2.2.2 间接调频电路
调频波的数学表示式，在调制信号为uΩ(t)时，为
uFM(t)=Ucmcos[ωct+kf
可见调频波的相位偏移为kf
调制信号先通过积分器得 信号为
的调相波，即
]
] （2.2.2-1）
uΩ(t)的积分成正比。若将
与调制信号 ，
，然后再通过调相器进行调相，即可得到调制
u(t)=Ucm cos[ωct+kP （2.2.2-2）
因此，调频可以通过调相间接实现。通常将这样的调频方式称为间接调频，其原理方框图如图10-1所示。这样的调频方式采用频率稳定度很高的振荡器(例如石英晶体振荡器)作为载波振荡器，然后在它的后级进行调相，得到的调频波的中心频率稳定度很高。
载波振荡器 FM已调信号 缓冲级 调相器
FM已调信号 基带信号 积分器
图2.2.2-1 间接调频原理方框图
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2.2.3变容二极管直接调频电路
（1）变容二极管的特性
变容二极管是根据PN结的结电容随反向电压改变而变化的原理设计的。在加反向偏压时，变容二管呈现一个较大的结电容。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，则回路的电容量会明显地随调制电压而变化，从而改变振荡频率，达到调频的目的。
变容二极管的反向电压与其结电容呈非线性关系。其结电容Cj 与反向偏置电压ur之间有如下关系：
Cj?
Cj0?ur??1???Ud?
r (2.2.3-1)
式中，UD 为PN结的势垒电压，Cj0 为ur =0时的结电容;γ为电容变化系数。
（2）调频基本原理
图2.2.3-1变容二极管调频电路
图2.2.3-1是变容二极管调频器的原理电路。图中虚线左边是一个LC正弦波振荡器，右边是变容二极管和它的偏置电路。其中Cc是藕合电容，ZL为高频扼流圈，它对高频信号可视为开路。变容二极管是振荡回路的一个组成部分，加
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在变容二极管上的反向电压为
ur =Vcc?VB+uΩ(t)=VQ+uΩ(t) （2.2.3-2)
式中，VQ=Vcc?VB是加在变容二极管上的直流偏置电压；uΩ(t)为调制信号电压。
图2.2.3-2结电容随调制电压变化关系
图2.2.3-2 (a)是变容二极管的结电容与反向电压ur的关系曲线。由电路可知，加在变容二极管上的反向电压为直流偏压VQ和调制电压uΩ(t)之和，若设调制电压为单频余弦信号，即uΩ (t)=UΩmcosΩt则反向电压为:
ur (t)= VQ+UΩm cosΩt (2.2.3-3) 如图2.2.3-2 (b)所示。在ur (t)的控制下，结电容将随时间发生变化，如图2.2.3-2 (c)所示。结电容是振荡器振荡回路的一部分，结电容随调制信号变化，回路总电容也随调制信号变化，故振荡频率也将随调制信号变化。只要适当选取变容二极管的特性及工作状态，可以使振荡频率的变化与调制信号近似成线性关系，从而实现调频。 （3）电路分析
设调制信号为uΩ(t)=UΩmcosΩt，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
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在变容二极管上的反向电压为
ur =Vcc?VB+uΩ(t)=VQ+uΩ(t) （2.2.3-2)
式中，VQ=Vcc?VB是加在变容二极管上的直流偏置电压；uΩ(t)为调制信号电压。
图2.2.3-2结电容随调制电压变化关系
图2.2.3-2 (a)是变容二极管的结电容与反向电压ur的关系曲线。由电路可知，加在变容二极管上的反向电压为直流偏压VQ和调制电压uΩ(t)之和，若设调制电压为单频余弦信号，即uΩ (t)=UΩmcosΩt则反向电压为:
ur (t)= VQ+UΩm cosΩt (2.2.3-3) 如图2.2.3-2 (b)所示。在ur (t)的控制下，结电容将随时间发生变化，如图2.2.3-2 (c)所示。结电容是振荡器振荡回路的一部分，结电容随调制信号变化，回路总电容也随调制信号变化，故振荡频率也将随调制信号变化。只要适当选取变容二极管的特性及工作状态，可以使振荡频率的变化与调制信号近似成线性关系，从而实现调频。
（3）电路分析
设调制信号为uΩ(t)=UΩmcosΩt，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
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ur (t)= VQ+UΩm cosΩt (2.2.3-4)
相应的变容二极管结电容变化规律为
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:
CjQ?Cj0?VQ??1???Ud?r (2.2.3-5)
当调制信号电压uΩ(t)=UΩm cosΩt时， Cj?Cj0Cj0?
[1?mcos?t]r[UD?VQ(1?U?mcos?t)]rUDUD?VQ代入式(2.2.3-5),并令m= UΩm /(UD+VQ)为电容调制度，则可得
Cj?Cj0[1?mcos?t]r (2.2.3-6)
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。由图2.2.3-1可得，振荡器振荡回路的等效电路，如图2.2.3-3 (a)所示。
图2.2.3-3 振荡回路等效电路
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