调频解调电路工作原理

电路基础原理模拟信号的调频与解调频

在电路领域中，模拟信号的调频与解调频是非常重要的概念。调频（Frequency Modulation, FM）可以理解为改变信号的频率，而解调频（Demodulation）则是将调频后的信号恢复成原始信号。本文将介绍一些关于电路基础原理中模拟信号调频与解调频的基本知识。

一、调频

调频是一种通过改变信号的频率来传输数据的方法，其基本原理是在信号中添加一个载波信号，使得信号的频率随着载波的频率的变化而改变。调频可以实现更好的抗干扰能力和更高的传输质量。

首先，我们需要了解AM调制（Amplitude Modulation）和PM调制（Phase Modulation）这两种调制方式。AM调制是通过改变信号的幅度来传输信息，而PM调制则是通过改变信号的相位来传输信息。这两种调制方式不同于FM调制，它们都是通过改变信号的幅度或相位来实现数据传输。

调频，则是通过改变信号的频率来传输信息。在调频中，信号会与一个高频的载波信号进行混合。在混合过程中，如果信号的幅度较大，则信号的频率将上升，如果信号的幅度较小，则信号的频率将下降。这样，我们就可以将信息通过信号频率的变化来传输了。调频具有较好的抗噪声能力，适用于高质量的音频和视频传输。

二、解调频 解调频是将调频后的信号恢复为原始信号的过程。解调频的方法有很多种，其中最常见的是相干解调法。

相干解调法是通过与一个已知频率和相位的参考信号进行比较，来恢复调频信号中的原始信息。在相干解调法中，我们需要使用一个称为鉴频器（Discriminator）的电路来实现解调。鉴频器会将经过混频的信号与参考信号进行比较，从而得到原始信号的频率和相位信息。

在解调过程中，我们还需要使用一个称为低通滤波器（Low Pass

Filter）的电路来去除高频成分。因为解调后的信号中会存在由载波信号引入的高频分量，所以低通滤波器可以将这些高频分量去除，得到干净的原始信号。

调频预加重电路原理分析

摘要：从电路的基本特点和电路的传输函数两方面分析调频广播预加重网络的幅频特性和预加重电路基本原理和作用。

关键词：调频、预加重、预加重电路、RC电路、幅频特性、信噪比

调频广播提高信噪比的关键技术就是预加重技术。我们知道，声音信号的人耳可听部分频率范围是20Hz-20KHz，语言和音乐中的音频信号，从其频谱的构成上来看，大部分能量是集中在低频范围内的。我国规定调频音频（调制）信号的频率范围是30Hz-15KHz，调频的最大频偏是75KHz。在调频广播中达到产生75KHz频偏极限的瞬时信号（调频音频信号）幅度，大部分时间都是信号的低频分量引起的，调制信号中的较高频率分量少有达到足以产生75KHz频偏的幅度。平均来说，幅度较小的高频分量产生的频偏小的多。因此，调频信号没有充分占有分配给它的较大的带宽，我国规定：调频广播的带宽是200KHz。

可是，接收端引入的噪声频谱却占据了整个调频带宽,我们一般都会假设调频广播的噪声是高斯白噪声。这使我们有了可能改善鉴相器输出端信噪比的一个办法：我们可以人为地加重发射机调制信号的高频分量到适当程度，使它们在大部分时间上产生75KHz的频偏。这样做，在某种意义上，可认为是均衡了音频频谱的低频部分和高频部分，使信号得以充分地占据所给予的带宽。然后在接收机鉴相器的输出端，我们可进行相反的处理，即把高频分量去加重，恢复成原来的功率分布。在这个去加重的过程中，同时也减小了噪声的高频分量，因而有效地增大了信噪比。这种预加重和去加重过程，普遍地使用于调频的传输和接收机中。

下面就从预加重电路出发来分析预加重网络为什么能够提高信噪比，是怎么做到提高信噪比的。

调频广播的预加重电路如图一所示：

图一

以上分析也能得出图二的结论。

从上文的两种分析可以看出，预加重电路是以电阻与电容并联再与电阻串联的方式组成的电路。此电路就是RC高通滤波器电路的改进电路。此电路频率在ω1和ω2之间的信号被加重了。实际上高频分量通过时并不改变，低频分量则衰减，衰减量当然可由放大器来补偿。以这种相对的方式来加重高频分量。通常，f1的数值选择为信号频谱密度下降了3dB时所对应的频率值。对调频广播来说，f1约为3.2KHz（这时τ=R1C=50μS),f2应位于需要传送的最高音频频率（15KHz）以上。我国规定调频广播预加重时间常数τ=50μS。

调频基本原理及基本电路分析

1.调频基本原理

产生调频信号的方式很多，总体来看主要是两种，一种是直接调频；一种是间接调频。

(1)直接调频

由调频的定义，我们知道调频波的频率是与调制信号成线性关系，调频波的频率变化量是与调制信号成正比的，因而可以将调制信号作为载波压控振荡器的控制电压，使其产生的振荡频率随调制信号成线性变化。这种调频方式叫做直接调频。

在LC正弦波振荡器中，由于其振荡频率主要取决于振荡回路的电感量和电容量，所以在振荡回路中接入可控电抗元件，就可以实现直接调频。

(2)间接调频

间接调频主要是利用调频波和调相波的数学描述之间的关系。

变容二极管直接调频电路

用变容二极管取代振荡回路中的电容C，以完成调制信号控制载波振荡器瞬时频率的作用的电路叫做变容二极管直接调频电路。

1.电路原理

图10.9是一个变容二极管直接调频电路的原理图。

该电路本是变压器耦合反馈式正弦波振荡回路，L1C1回路是振荡器的主谐振回路，若没有图中虚线右边的电路，则该谐振回路决定了振荡器的振荡频率

但该电路中在L1C1谐振回路中并联了一个变容二极管D，因而fo应由L1、C1及Cj共同决定，如图中虚线右边电路所示。电路中C2是耦合电容，C3是高频及调制信号uΩ(t)的旁路电容，L2是高频扼流圈用以让uΩ(t)通过。电源E用以给变容二极管D提供反偏直流电压，uΩ(t)是调制信号。下面我们通过分析该电路来阐述变容二极管调频电路的工作原理。

变容二极管是利用半导体PN结的结电容随反向电压变化这一特性而制成的一种半导体二极管，它是一种电压控制可变电抗元件，变容二极管的结电容Cj与反向电压uΩ(t)的关系见下式：

下面我们来阐述该电路的具体工作原理：

设调制信号为uΩ(t)，反向直流偏压Uo=UCC－E，则二极管反向电压为 ur(t)=U0+uΩ(t)，因为

∣Uo︱>︱uΩmax︱，所以二极管一直保持处于反偏状态。

此时，二极管等效电容Cj为：

教学内容： 一、调频信号的产生

由调频信号的频谱分析可知，调制后的,要产生调频信号就必须利用非线性调频信号中包含许多新的频率分量，因此元器件进行频率变换。

产生调频信号的方法主要有两种：直接调频和间接调频。直接调频是用调制信号直接控制载波的瞬时频率，产生调频信号.间接调频则是先将调制信号进行积分，再对载波进行调相，获得调频信号。

二、直接调频电路

直接调频的基本原理是利用调制信号直接控制振荡器的振荡频率,使其不失真地反映调制信号变化规律。

（1）改变振荡回路的元件参数实现调频

调频电路中常用的可控电容元件有变容二极管和电抗管电路。常用的可控电感元件是具有铁氧体磁芯的电感线圈或电抗管电路，而可控电阻元件有PIN二极管和场效应管.若将这样的可控参数元件或电路直接代替振荡器振荡回路的某一元件(例如L或C)或者直接并接在振荡回路两端，这样振荡频率就会与可控参数元件的数值有关,用调制信号去控制这样元件的参数值，就能够实现直接调频。

（2）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，变容二管呈现一个较大的结电容。这个结电4312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.

右图为变容二极管的反向电压与其结电容呈非线性关系

2）基本原理

变容二极管是振荡回路的一个组成部分，加在变容二极管上的反向电压u = VCC–VB+U（t)，

结电容是振荡器的振荡回路的一部分，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而变化.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。