直接调频法：优化音频传输方式

1.变容二极管直接调频电路

如果在变容二极管两端加一反向电压ur，该反向电压包括反向直流偏置V0和调制信号电压UΩ，即

这时，变容二极管结电容大小受调制信号电压UΩ的控制，利用变容管这一特点，将其接入载波振荡器的振荡回路之中，如图7-2-1所示。

图7-2-1　变容二极管调频电路

图中，uΩ(t)＝UΩcos Ωt为调制信号电压，Cc为高频耦合电容，Cφ为低频旁路电容，L2为高频扼流圈。加在变容二极管两端反向电压为

式中，V0为加在变容二极管两端的反向直流偏压。

为了定性讨论变容二极管直接调频电路的工作原理，取出图7-2-1中的振荡回路部分，如图7-2-2所示。

振荡回路中总电容为

式中，Cj为变容二极管结电容，它受调制信号控制，当uΩ(t)改变时，Cj也随之变化。

图7-2-2　变容二极管调频电路中谐振回路

回路的振荡频率表示为

当加在变容二极管D上的调制电压uΩ(t)改变时，变容二极管结电容Cj也随之改变，结果振荡回路总电容C∑发生变化，最终使振荡频率f0发生变化。由于振荡频率的变化是受调制信号控制，所以达到了调频的目的。下面对变容二极管直接调频工作原理进行定量分析。

若调制信号为单音频，即uΩ(t)＝UΩcos Ωt，变容二极管结电容为

假设CjQ为调制前变容二极管静态工作点处结电容，即反向直流偏压V0对应的结电容。

调制后，振荡回路总电容

调制前振荡回路总电容

调制前、后振荡回路总电容变化量为

将上式中(1+mcosΩt)r 在mcosΩt＝0附近泰勒展开并忽略高次项，得到

利用三角公式

则式（7-2-11）变为

所以(1+mcosΩt)r＝1+φ(m,r)，因此调制前、后振荡回路总电容变化量可以写成

由于变容二极管调频电路中电感不变，即ΔL＝0，上式变为

式中，f0为调制前载波中心频率，C为调制前振荡回路总电容。

所以，

结果分析：

通过上述分析，调频时产生的非线性失真大小取决于Δf2和Δf3的大小。其中，由调制信号二次谐波产生的非线性失真系数为

由调制信号三次谐波产生的非线性失真系数为

总的非线性失真系数

从上式看出，要减小Kf，必须减小Kf2和Kf3，实质上就是减小Δf2和Δf3。

2.晶体振荡器直接调频电路

晶体振荡器直接调频电路如图7-2-3（a）所示。图中，L1、L2、L3为高频扼流圈，它们对高频信号相当于开路，对低频信号相当于短路。

图7-2-3　晶体振荡器直接调频电路

图7-2-4显示了晶体振荡器直接调频电路的调频过程。当外加调制信号发生变化时，即

图7-2-4　晶体振荡器直接调频电路的调频过程

图7-2-5　晶体串入电感

图7-2-6　电抗曲线