调频

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调频(Frequency Modulation)

目录

什么是调频[1]

  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[2]

  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[3]

  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>FUr时(其中F=R4/(R3 + R4)),N的状态翻转,使uo = − UrUr通过R+Rp对电容C反向充电,当电容C上充电电压uc<-FUr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。

参考文献

  1. 汪志锋主编.可编程序控制器原理与应用.西安电子科技大学出版社,2004年02月第1版.
  2. 王建中等著.金属熔体电脉冲处理理论及应用.科学出版社,2011.08.
  3. 吕俊芳 钱政 袁梅编著.传感器接口与检测仪器电路.国防工业出版社,2009.02.
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