調頻

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調頻(Frequency Modulation)

目錄

什麼是調頻[1]

  調頻是指根據數字信號的變化改變載波信號的頻率。“1”時頻率高,“0”時頻率低,載波信號的幅度和相位均未改變。

調頻電路[2]

  能夠完成調頻功能的電路稱為調頻器或調頻電路。常用的調頻方法是直接調頻法,也就是用調製信號直接改變載波振蕩器頻率的方法。圖1給出了它的大體框圖,圖中用一個可變電抗元件並聯在諧振迴路上。用低頻調製信號控制可變電抗元件參數的變化,使載波振蕩器的頻率發生變化。
Image:调频电路.jpg

調頻原理與方法[3]

  調頻就是用調製信號x去控制高頻載波信號的頻率。常用的是線性調頻,即讓調頻信號的頻率按調製信號x的線性函數變化。調頻信號us的一般表達式可寫為
us = Umcos(ωc + mx)t

式中:ωc是載波信號的角頻率;Um是調頻信號中載波信號的幅值;m為調製度。

  圖2繪出了這種調頻信號的波形。圖(a)為調製信號x的波形,可按任意規律變化;圖(b)為調頻信號的波形,其頻率隨x變化。若x = XmcosΩt,則調頻信號頻率可在ωc±mXm範圍內變化。為避免發生頻率混疊現象,並便於解調,要求ωc>>mXm
Image:调频信号的波形.jpg

  與調幅情況一樣,為了提高測量信號的抗干擾能力,常要求從信號形成起就已經是已調信號,因此常常在感測器中進行調製。信號的調頻也可以用電路來實現,只要能用調製信號去控制產生載波信號的振蕩器頻率,就可以實現調頻。載波信號可以用LC、RC或多諧振蕩器產生,只要讓決定其頻率的某個參數隨調製信號變化,就可實現調頻。

  圖3是通過改變多諧振蕩器中的電容實現調頻的例子。靠穩壓管Vs將輸出電壓uo穩定在±Ur。若輸出電壓為Ur,則其通過R+Rp,向電容C充電,當電容C上充電電壓uc>FUr時(其中F=R4/(R3 + R4)),N的狀態翻轉,使uo = − UrUr通過R+Rp對電容C反向充電,當電容C上充電電壓uc<-FUr時,N再次翻轉,使uc=-Ur。這樣就構成一個在±Ur間來回振蕩的多諧振蕩器,其振蕩頻率f=1/T0,由充電迴路的時間常數(R+Rp)C決定。可以用一個電容感測器的電容作為圖中的C,這樣就可使振蕩器的頻率得到調製。Rp用來調整調頻信號的中心頻率。也可用一個電阻式感測器的電阻作尺,振蕩器的頻率隨被測量的變化得到調製。
Image:通过改变多谐振荡器的C或R实现调频电路.jpg

  除了通過改變C、R、L使振蕩器的頻率得到調製外,還可以通過電壓的變化控制振蕩器的頻率。例如,可以利用變容二極體將電壓的變化轉換為電容的變化,實現振蕩器的頻率調製。也可以用電壓去改變一個晶體管的等效內阻,使振蕩器的頻率發生變化,實現調製。這種頻率隨外加電壓變化的振蕩器常稱為壓控振蕩器。

參考文獻

  1. 汪志鋒主編.可編程式控制器原理與應用.西安電子科技大學出版社,2004年02月第1版.
  2. 王建中等著.金屬熔體電脈衝處理理論及應用.科學出版社,2011.08.
  3. 呂俊芳 錢政 袁梅編著.感測器介面與檢測儀器電路.國防工業出版社,2009.02.
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