调频原理

news/2024/12/5 5:30:23/

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什么是调频(Frequency Modulation)

调频是指根据数字信号的变化改变载波信号的频率。“1”时频率高,“0”时频率低,载波信号的幅度和相位均未改变。

调频电路

能够完成调频功能的电路称为调频器或调频电路。常用的调频方法是直接调频法,也就是用调制信号直接改变载波振荡器频率的方法。图1给出了它的大体框图,图中用一个可变电抗元件并联在谐振回路上。用低频调制信号控制可变电抗元件参数的变化,使载波振荡器的频率发生变化。
Image:调频电路.jpg

调频原理与方法


调频就是用调制信号x去 控制 高频载波信号的频率。常用的是线性调频,即让调频信号的频率按调制信号x的线性函数变化。调频信号 us 的一般表达式可写为
us = Umcos(ωc + mx)t

式中:ωc是载波信号的角频率;Um是调频信号中载波信号的幅值;m为调制度。

  图2绘出了这种调频信号的波形。图(a)为调制信号x的波形,可按任意规律变化;图(b)为调频信号的波形,其频率随x变化。若 x = XmcosΩt ,则调频信号频率可在 ωc ± mXm 范围内变化。为避免发生频率混叠现象,并便于解调,要求 ωc >> mXm
Image:调频信号的波形.jpg

  与调幅情况一样,为了提高测量信号的抗干扰能力,常要求从信号形成起就已经是已调信号,因此常常在传感器中进行调制。信号的调频也可以用电路来实现,只要能用调制信号去控制产生载波信号的振荡器频率,就可以实现调频。载波信号可以用LC、RC或多谐振荡器产生,只要让决定其频率的某个参数随调制信号变化,就可实现调频。

  图3是通过改变多谐振荡器中的电容实现调频的例子。靠稳压管 Vs 将输出电压 uo 稳定在± Ur 。若输出电压为 Ur ,则其通过R+ Rp ,向电容C充电,当电容C上充电电压 uc >F Ur 时(其中F= R4 /( R3 + R4 )),N的状态翻转,使 uo = − Ur  − Ur 通过R+ Rp 对电容C反向充电,当电容C上充电电压 uc <-F Ur 时,N再次翻转,使 uc =- Ur 。这样就构成一个在± Ur 间来回振荡的多谐振荡器,其振荡频率f=1/ T0 ,由充电回路的时间常数(R+ Rp )C决定。可以用一个电容传感器的电容作为图中的C,这样就可使振荡器的频率得到调制。 Rp 用来调整调频信号的中心频率。也可用一个电阻式传感器的电阻作尺,振荡器的频率随被测量的变化得到调制。
Image:通过改变多谐振荡器的C或R实现调频电路.jpg

  除了通过改变C、R、L使振荡器的频率得到调制外,还可以通过电压的变化控制振荡器的频率。例如,可以利用变容二极管将电压的变化转换为电容的变化,实现振荡器的频率调制。也可以用电压去改变一个晶体管的等效内阻,使振荡器的频率发生变化,实现调制。这种频率随外加电压变化的振荡器常称为压控振荡器。




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