调频电路

本发明涉及一种调频电路，例如可应用于VTR、CATV之类的 RF调制器中的音频信号的调频。

迄今，例如在VTR中，来自磁带的重放视频和音频信号在一个 RF转换电路中被转换成高频信号(RF信号)并送到电视天线端。 VTR是利用电视机来再生被转换成这种高频信号的视频及音频信号 的。

RF转换电路获得一个FM(调频)声音信号，其中的声音载波是 由再生的声音信号频率调制成具有FM声音信号的均衡调制的RF信 号；同时获得AM(调幅)视频信号，其中的RF信号是由再生的视频 信号调幅成以便与具有均衡调制输出的AM视频信号相混合。随之， 该RF转换电路经过具有一预定频率的带通滤波器将混频的信号作 为RF转换信号而送出。

上述的这种用于获得FM声音信号的RF转换电路已经由待审日 本专利60-248008(日本专利公开号4-79163)所公开。用以实现此 目的的FM电路的构成由图1示出。经过晶体管Q5和耦合电容器C2， 该FM电路1从主振电路2的LC谐振电路3输出声音载波信号S1以及信 号S4，并在相乘电路4处通过对信号S4、声音载波信号S1以及从声 音信号输入电路5来的音频信号SA输入相乘而获得相乘输出信号。 然后，FM电路1经移相电路6把声音相乘输出信号移相，并将其与 声音载波信号S1合成的获得调频输出。随后，FM电路1从输出放大 器电路7输出已调频的信号。

经一个放大晶体管Q11和一个IC端T3，主振电路2把两个差分 晶体管Q6和Q7之一Q7的集电极连接到由线圈L1和电容C1构成的LC 谐振电路3。LC谐振电路3连至从电源线P1延伸出的IC端T2，从而 以与负载电阻R6并连的方式从LC谐振电路3把声音载波信号S1送到 晶体管Q11一侧。经过反馈晶体管Q5和耦合电容C2，该声音载波以 正反馈形式馈回另一支晶体管Q6的基极，以使晶体管Q6和Q7以LC 谐振电路3的振荡频率振荡。

另一方面，在声音信号输入电路5中，音频信号SA从外部端 T4输入到差分晶体管晶体管Q29和Q30的基极，并从其集电极将作 为声音信号S2和S3输出到乘法电路4。在该乘法电路4中，从主振 电路2的晶体管Q6和Q7来的声音载波信号S4由声音信号S2和S3所调 幅，从而获得AM声音信号S5。该AM调制信号S5被电容C3相移π/2， 并在放大器晶体管Q11的发射极与声音载波信号S1矢量合成，从而 可以获得一个调频信号。

出自PM电路1的LC皆振电路3的声音载波振荡信号S1的频率是 由线圈L1的感抗以及静电电容及电容器C1的电路容抗所决定的。 例如，NTSC制中是设置4.5(MHz)的振荡调制信号作为调制频率。

而且，除去NTSC制以外，世界各区域中采用有各种电视制式， 例如PAL制等等，从而使针对不同体制的电视制式的用于FM电路中 的声音载波信号被设置为不同的频率。例如在日本及美国，采用 的是NTSC制，因而设置4.5MH的调制频率。另外，包括英国及东欧 的欧洲国家中，5.5MHz、6.MHz以及6.5MHz的调制频率被分别采用。 因此，类似上述所示的FM电路1的其中LC谐振电路的谐振频率是被 固定的，所以在声音载波信号的频率为不同的区域之间没有可互 变性。

为了对应于这些不同TV制式的调制频率的每一个，已经提出 了如图2示出的FM电路，其中有通过电压改变静电电容的可变电容 二极管D1与LC谐振电路8的线圈L2相结合，并使谐振频率改变，从 而执行调制转换。

然而，存在的基本问题是该可变容二极管的C-V(电容-电压) 特性是一个非线性比例关系。而且，还有其它的问题。如果输入 信号的幅度变大，自偏效应会出现，它会增加可变容二极管的振 荡信号的电压并因此使该频率调制的线性变劣。而且还有另外的 问题，在这种情况下，加到该LC谐振电路的偏置被设置成5V或更 高以改变可变电容二极管的静电电容，在诸如由5V操作的IC电路 的条件下，需要有附加的供电，这将使电路构成变得复杂。

由上所述，本发明的目的是提供一种具有简单结构的调频电 路，它可以对应于所有的电视制式来改变LC谐振电路谐振频率。

本发明的另一个目的是提供这样一种调频电路，其构成的谐 振电路不带有由无源器件构成的线圈，以适于IC的构成。

本发明的另一个目的是提供一种调频电路，它将根据阻抗而 把转换谐振电路的无器件以及电容之类的器件组合在一起，以 获得稳定的谐振输出。

本发明的上述及其它目标已经由如下的电路方案所实现。该 电路包括：主振电路，用于通过与LC谐振电路相连接的差分电路 产生具有LC谐振电路的振荡频率；差分电路构形的乘法电路，用 以第二信号乘第一信号，并用以形成其中第一信号被第二信号所 调幅的第三信号；相移电路，通过把第三信号经相移装置送到主 振电路而以便移动第三信号的相位；以并联方式连接到LC的谐振 电路的多个无源部件的串联电路，以及多个转换装置，通过对这 些无源部件和LC谐振电路的连接及分离，以用实现它们的转换与 控制。

通过转换装置，用于改变LC电路的时间常数的多个无源部件 串联电路被与该LC谐振电路连接或与之脱离，以使LC谐振电路可 被转换到一预定的频率。

通过结合附图而阅读下面的详述，本发明的性质、原理及使 用将变为显见，其中相同的部件以相同的数码及符号来表示。

在其附图中，

图1表示相关技术FM电路的总体构成的电路示意图；

图2是表示使用变容二极管相关技术的LC谐振电路的电路示意 图；

图3是本发明FM第一实施例的总体构成的电路示意图；

图4是反映连接到图3所示CR(电容器-电阻器)对的每一转换开 关的连接状态与FM电路谐振频率之间关系表；

图5A至图5D是表示本发明LC谐振电路构成示意图；

图6是说明调制情况的曲线；

图7是本发明LC谐振电路第二实施例示意图；

图8是反映连接到该第二实施例的RC对的每一转换开关的连接 状态与谐振频率之间关系的表；

图9A、9B、10A和10B是说明本发明第三实施例的LC谐振电路 的电路示意图。

现参考附图来描述本发明的实施例。

图3示出本发明第一实施例。FM电路10以主振电路11的LC谐振 电路12产生声音载波信号S11。乘法电路13的乘法输出被移相π/2 并被加到声音载波信号S11。双相音频信号SA从声音信号输入电路 14输入到该乘法电路13的差分输入部分Q61、Q62、Q63和Q64，并 以该音频信号SA调幅该声音载波信号S11。已调幅的声音载波信号 S15由相移电路15所相移并随之与声音载波信号矢量合成。以此方 式获得FM信号。

经放大器晶体管Q71和IC接端T31，主振电路11把两个差分晶 体管Q72和Q73之一的晶体管Q72的集电极连接到由线圈L3和电容 C3构成的LC谐振电路12。IC接端T13经过电阻R67与恒压源线P10和 放大器晶体管Q71的集电极连接。而且，IC接端T13还与三个CR对 (C10、R80)、(C11、R81)和(C12、R82)相连接，每一个都以并联 的方式包括用以改变LC电路12CR时间常数的一个电容器。这三个 CR对的每一个都包括电容和电阻的串联电路。电阻R80、R81和 R82的另一端分别连接到晶体管Q81、Q82和Q83的集电极。晶体管 Q81、Q82、Q83接地发射极并把来自微处理器(未示出)的控制信号 经转换开关SW1、SW2和SW3接收到基极。

从LC谐振电路12振荡出的声音载波信号S11被送到放大器晶体 管Q71的集电极和反馈晶体管Q76的基极。利用一个正反馈把声音 载波信号S11经反馈晶体管Q76和耦合电容C13返回到差分晶体管 Q76和Q73的另一支晶体管Q73的基极，以使晶体管Q72和Q73以IC谐 振电路12的谐振频率振荡。

倍乘电路13具有差分晶体管Q65和Q66，并在Q66的基极经过耦 合电容C13接收所获得的反馈信号S12。晶体管Q65和Q66被接到晶 体管对Q61和Q62以及Q63和Q64。音频信号SA被从IC端T14经电容 15和晶体管Q60输入到音频信号输入电路14，并从差分晶体管Q53 和Q54送到倍乘电路13。

更具体地说，第一相位声音信号S13从两支差分晶体管Q53和 Q54之一的Q53输入到乘法电路13的晶体管Q62和Q63的基极，并同 时把第二相位声音信号14从另一支晶体管Q54输入到乘法电路13的 晶体管Q61和Q64的基极。结果是，在晶体管Q62和Q64的集电极处 获得AM声音信号S15，其中从主振电路11晶体管Q72和Q73送出的反 馈信号S12由声音均衡信号S13和S14所调幅。随后，该AM声音信号 S15经相移电路的射随器晶体管Q69送到电容器C14。在电容器C14 中，AM声音信号S15被移相π/2，随后在放大器晶体管Q71的发射 极与声音载波信号S11组合，以产生FM信号。该FM信号经反馈晶体 管Q76从IC端T11处输出。

由微计算机(未示出)控制的转换开关SW1、SW2和SW3与晶体管 Q81、Q82和Q83的每一个基极相连，这些晶体管与主振电路11的 LC谐振电路相连的CR对的另一端分别相连。通过对SW1、SW2和 SW3进行转换，送到晶体管Q81、Q82和Q83基极的控制信号受到控 制。结果是，晶体管受控被接通和关闭，以使连接到晶体管的这 些CR对被接地或被转换连接到开路端。

为获得声音载波信号的65[MH]、6.0[MHz]、5.5[MHz]和4.5 [MHz]的每一个频率，接到LC谐振电路12的串接CR对的每一个电容 及电阻的值是以如下方式得到。如图4所示，当SW1、SW2和SW3都 断开时，LC谐振电路则呈图5A所示。若此时将谐振频率置为6.5 [MHz]，则由下面方程式由谐振频率f1获得谐振电路12的角频ω率：

ω＝2πf1                                     (1) 而且，利用该角频率ω，在与LC谐振电路12相并联的电感L03＝18 [μH]的线圈L3的条件下，电容器C6设置为C01＝33[pF]，以获得稳 定振荡，而且表示响应锐度的“Q”值设为一预定值9，则接到谐 振电路12的电阻，R67的电阻r0由下式决定：

r0＝Q/ωC01                                   (2) 由此得到r0值＝6.68[KΩ]

随后，当只有开关SW接通到还没有接入CR对的LC谐振电路12 时，该LC谐振电路呈图5B的状况。在谐振频率被设置为f2＝6.0 [MHz]的情况中，借助于构成并联电路电容器的静电容C02′和电阻 的阻值r′A，通过Y-Z变换而把CR对并联电路变换成串联电路的CR 对。从而有可能在接通开关SW1时设置连接到谐振电路的串联电路 的CR对(C10，R80)的静电容C02和阻值r1。

即通过下式由谐振频率f2得到角频率ω：

ω＝2πf2                                     (3)

而且，替代新近并联接入谐振电路的静电容C02′＝6.0[pF]及 已经存在于谐振电路中的静电容C01＝33[pF]的整个谐振电路的静 电容C10]以下面的等式得到

C10′＝C01＋C02′                           (4)

此时，如果振荡频率的Q值被设置为一恒定值“9”，则该新 加入LC谐振电路12的电阻值r′即可利用静电容C10′和角频率由下 式获得：

r1′＝Q/ωC10′                                (5)

而且，当电阻r1′和r0已经被并联接入该谐振电路时，则总电 阻R1则可由下式计算出：

R1＝r0r1′/(r0＋r1′)                      (6)

此外，利用阻值R1、电容值C10′和角频率ω，可实现下式：

C10′＝C10/[(r1ωC10)2)＋1]                 (7)

R1＝r12ω2C102＋1/r1ω2C102             (8) 随后，利用等式(7)和(8)的结果作Y-Z变换。而且，有可能分别地 利用下式来设置接到谐振电路的一个串联电路的CR对(C10，R80) 的电阻R80的值r1和电容C10的值C02：

C10＝C01＋C02                                  (9)

在接通SW1和SW2的情况下，LC谐振电路变为如图5C所示。当 谐振频率f3设置为5.5[MHz]时，通过SW2的接通而接入谐振电路的 CR对则通过Y-Z变换而成为串联电路CR对(C11，R81)，这种变换使 用了一个并联电路的CR对的电容C03′和电阻r2′。从而设定了串联 电路CR对(C11，R81)的电容C03和电阻值r2。

首先，利用下式由谐振频率f3得到角频率ω：

ω＝2πf3                                       (10)

而且，当开关SW1被接入时，通过下式来获得替代新进并联接 入调振电路的电容器的电容C03′＝7.5[pF]和LC谐振电路12的电容 C10＝39[pF]的整个谐振电路的电容C20′。

C20′＝C10＋C03′                              (11)

随后，利用电容C20′和角频率ω由下面的等式来获得对于谐 振电路恒定Q值为“9”的LC谐振电路的电阻值r2′

r2′＝Q/ωC20                                 (12)

而且，当阻值r2′以及已经接入谐振电路的电阻R67和R80的阻 值r0和r1是并联接入时，总电阻R2由下式而定：

R2＝r0r1r2′/r1r2′＋r1r0＋r0r2′  (13)

而且，利用阻值R2、电容值C03′和角频率ω，可实现下式：

C20′＝C20/(r2ωC20)2＋1                   (14)

R2＝r22ω2C202＋1/r2ω2C202            (15) 利用式(14)和(15)的结果执行Y-Z变换。而且，利用下列等式有可 能设置由于接通开关SW2而被接入谐振电路的一串连电路的CR对 (C11，R81)的电容C11的电容值C03和电阻R81的电阻值r2：

C20＝C10＋C03                                 (16)

进一步，在开关SW1、SW2和SW3同时接通时，LC谐振电路12由 图50所示。当谐振频率f4设置成4.5[MHz]时，由SW3的接通而接入 谐振电路的CR对则通过Y-Z变换而成为串联电路CR对(C12，R82)， 这种变换使用了一个并联电路的CR对的电容C04′和电阻r3′从而设 定了串联电路CR对(C12，R82)的电容C04和电阻r3。

首先利用下式由谐振频率f4得到角频率ω：

ω＝2πf4                                       (17)

而且，当开关SW1和SW2被接通时，通过下式来获得替代新近 接入谐振电路的电容器的电容C04′＝22.5[pF]和LC谐振电路12的电 容C20＝46.5[pF]的整个谐振电容的电容C30′：

C30′＝C20＋C04                               (18)

随后，利用电容C30′和角频率ω由下面等式来获得对于谐振 电路的恒定Q值“9”的LC谐振电阻的电阻值r3′

r3′＝Q/ωC30                                                          (19)

而且，当电阻r3′以及已经接入谐振电路的电阻r0、r1和r2是 并联接入时，总电阻R3由下式而定：

R3＝r0r1r2r3′/r0r2r3′＋r1r2r3′＋r0r1r2＋r0r1r3 (20)

而且，利用电阻R3、电容C04′和角频率ω，可实现下式：

C30′＝C30/(r3ωC30)2＋1                                            (21)

R3＝r32ω2C302＋1/r3ω2C302                                     (22) 利用公式(21)和(22)的结果执行Y-Z变换。而且，利用下列等式能 够设定接入谐振电路的串连电路的CR对(C12，R82)的电容C12值C 04和电阻R82的值r3：

C30＝C20＋C04                                                          (23)

在上述构形当中，从主振电路11振出的声音载波信号S11在乘 法电路13中由从声音信号输入电路14来的声音信号S13和S14所调 幅。就是说，经过相移电路15的电容C14得到的AM声音信号S15根 据声音信号改变幅度，并相对于晶体管Q73的反馈信号有同一频率 和π/2的相位差。因此在放大晶体管Q71的集电极上获得其中正反 馈信号S11和AM声音信号S15被矢量合成的一个FM信号。

在此，接到LC谐振电路的CR对(C10，R80)、(C11，R81)和( C12，R82)通过主振电路11的开关SW1、SW2和SW3的转换而被选择。 因此使LC电路12的时间常数被改变，并使LC谐振电路12的振荡频 率变为下列值之一：f1＝6.5[MHz]、f2＝6.0[MHz]、f3＝5.5[MHz]或 f4＝4.5[MHz]。结果是，在声音载波信号的频率不同的几种TV制式 中，可以根据声音载波信号的分别的不同频率而通过选择使用在 调频中的声音载波的频率来实现声音信号的调频。

根据上述的构形，可以与一个振荡器型的相移器相连接或脱 离的多个CR对是由开关SW1、SW2和SW3的转换而实现其接通或脱离 的，因而使用于调频的声音载波信号的频率可被容易地转换到所 希望的频率。在此情况中，没有由于使用变容二极管时起因于自 偏置而在振荡频率中所出现的失真问题.而且，当改变CR对的电 容值而改变LC谐振电路的谐振频率时，Q值被保持恒定值“9”， 因而如图6所示，由任何一种电视制式的声音载波信号的频率4.5 [MHz]、5.5[MHz]、6.0[MHz]和6.5[MHz]所调频的振荡输出可被大 致相同的电平上形成。结果是，实现了稳定的调频。此外，不需 要附加偏置电源，因而减少了外部元件的数目。

此外，接到LC谐振电路12的由电阻和电容构成的CR对由于是 一个电容和一个电阻的串接，因而可使阻值降低。因而使电路中 由电阻所占的面积可被减少，且使CR对更便于构造在IC当中。

而且，在上述的实施例中，当对应于声音载波信号的每一频 率来改变LC谐振电路12的时间常数时，这些CR对被顺序地接到更 低的谐振频率，以使每一个CR对的多个电容器被组合起来，而且 谐振电路的电容则由所连接的CR对的电容的总电容量所增加。然 而本发明并不局限于此，而是如图7所示，该谐振电路的静电电容 可以由如本发明第二实施例所述的每一个CR对的电容所设定。

更具体地说，图3所示的LC谐振电路的转换晶体管Q81、Q82和 Q83被分别地连接到CR对(C20，R90)、(C21，R91)和(C22，R92)的 另一端。每一个CR对的静电容及其电阻值被如下设置；电容C20为 6.02[pF]，电阻R90为267[Ω]；电容C21为13.5[pF]，电阻R91为 132[Ω]；电容C22为36.16[pF]而电阻R92为64.9[Ω]。

下面来描述本发明的第三个实施例。

上述LC谐振电路20的谐振频率可以通过控制图3中所示的转换 晶体管Q81、Q82和Q83而被改变，这些晶体管由出自一个微计算机 的控制信号而被接到这些CF对，并随之对应着分别的谐振频率接 通或关闭这些转换晶体管。更具体地说，如图8所示，当声音载波 信号的频率是6.5[MHz]时，开关SW1、SW2和SW3都被关断，以使得 LC谐振电路20的静电容和电阻的值为33[pF]和6.68[KΩ](图9)。 结果是对应于6.5[MHz]的谐振频率使Q值置为“9”。

而且，当谐振频率为6.0[MHz]时，通过仅将开关SW1接通而使 接到LC谐振电路20的CR对的静电容C20和电阻R90变为36.16[pF]和 64.9[Ω](图9B)，以使相对于6.0[MHz]的谐振频率的Q值设置为“ 9”。而且，当谐振频率是5.5[MHz]时，通过仅把SW2接通而使接 到LC谐振电路20的CR对的静电容C21和电阻R91变为13.5[pF]和 132[Ω](图10A)，以使相对于5.5[MHz]的谐振频率的Q值设置为“ 9”。

而且，当谐振频率是4.5[MHz]时，通过仅将开关SW3接通而使 接到LC谐振电路20的CR对的静电容C22和电阻R92为6.02[pF]和 267[Ω](图10B)，以使相对于4.5[MHz]的谐振频率的Q值设置为“ 9”。因此，即使是用于改变CR时间常数的CR对是对应于每一个谐 振频率而被分别地连接的，LC谐振电路20的静电容也能被改变。 因此，通过把振荡的每一频率的Q值设置为“9”，可以获得一个 稳定的振荡输出。

在上述的本发明中，其中提供了用于改变LC谐振电路的时间 常数的多个无源部件的串联电路及其开关装置，并且这些无源部 件串联电路和被接到该LC谐振电路或从该谐振电路分离是通过转 换装置所转换的，从而可以实现能够便易地改变LC谐振电路的谐 振频率的调频电路。

而且，无源部件串联电路是由电容器和电阻构成，以晶体管 用作转接这些串联电路的转换部件，以使调频电路可被在一个IC 内实现。结果是可能降低造价。

虽然已经联系本发明最佳实施例作了描述，但对于本专业的 技术人员，可实现各种改变及修正将是显而易见的，因此，所附 权利要求中所覆盖的全部这种改变及其修正都在本发明的精神范 围之内。