高频 chap8课件

1、第八章第八章调角信号的解调电路调角信号的解调电路第一节第一节 概述概述电路功能电路功能鉴相器：鉴相器：从从调相波调相波中取出原调制信号中取出原调制信号鉴频器鉴频器: : 从从调频波调频波中取出原调制信号中取出原调制信号c cc cc cc c 2 2 3 3 鉴相鉴相( (频频) )器器1 1c cmmc cu u = =U U c co os s t t+ +2 2c co os s t t 1cos2sincmcuUttm=2技术指标技术指标 鉴相器：鉴相器： 鉴相特性曲线鉴相特性曲线（表示输出电压与输入信号瞬时相（表示输出电压与输入信号瞬时相位偏移之间的关系）位偏移之间的关系） 鉴相跨导

2、鉴相跨导（输出电压（输出电压/ /输入信号瞬时相位偏移）输入信号瞬时相位偏移） 鉴相线性范围鉴相线性范围（应高于最大相移的二倍）（应高于最大相移的二倍） 非线性失真非线性失真（应尽可能小）（应尽可能小） 鉴频器：鉴频器： 鉴频特性曲线、鉴频跨导、鉴频线性范围、非线鉴频特性曲线、鉴频跨导、鉴频线性范围、非线性失真性失真 鉴频器的鉴频器的输出电压输出电压的大小的大小u u (t)(t)与输入调频波的与输入调频波的瞬瞬时频率偏移时频率偏移之间的关系之间的关系, ,称为称为鉴频特性鉴频特性。鉴频特性曲线鉴频特性曲线 鉴频跨导鉴频跨导g gd d 鉴频跨导是指鉴频跨导是指单位频偏所产生输出电压的大小单位

3、频偏所产生输出电压的大小, ,即即鉴频特性的斜率鉴频特性的斜率, ,又称为又称为鉴频灵敏度。鉴频灵敏度。cffddfdug2. 2. 频带宽度频带宽度B B 鉴频特性曲线中间一部分线性较好。通常鉴频特性曲线中间一部分线性较好。通常2 2f fm m为为频带宽度频带宽度B B。一般要求。一般要求B B大于输入调频波频偏的两倍。大于输入调频波频偏的两倍。3. 3. 非线性失真非线性失真 为了从调频信号中无失真地解调出调制信号为了从调频信号中无失真地解调出调制信号, ,在在f fc c附附近鉴频器输出电压近鉴频器输出电压u u与瞬时频偏成比例与瞬时频偏成比例, ,即在频带即在频带B B内内应为一条直

4、线应为一条直线( (鉴频跨导鉴频跨导g gd d为常数为常数) )。否则输出电压就。否则输出电压就不能真实地还原出调制信号不能真实地还原出调制信号, ,产生非线性失真。产生非线性失真。4. 4. 抑制寄生调幅的能力抑制寄生调幅的能力 对调频信号的寄生调幅应具有一定的抑制能力对调频信号的寄生调幅应具有一定的抑制能力, ,除比例鉴频器外除比例鉴频器外, ,一般都在鉴频器前加限幅器。一般都在鉴频器前加限幅器。鉴相器是用来比较两个输入电压鉴相器是用来比较两个输入电压 和和 的相位，而输出的相位，而输出电压电压 是两个输入电压相位差的函数。是两个输入电压相位差的函数。1u (t)2u (t)0 0u u

5、 ( (t t) )即即)()()(21ttftuo 鉴相器鉴相器11u (t)(t)22u (t)(t) ou (t) 鉴相器可实现鉴相器可实现PMPM信号的解调，但也广泛用于信号的解调，但也广泛用于解调解调FMFM信号信号，以及以及锁相技术及频率合成技术锁相技术及频率合成技术中。中。 鉴相器的实现方法：鉴相器的实现方法： 乘积型鉴相器乘积型鉴相器 叠加型鉴相器叠加型鉴相器当线性鉴相的情况下，输出电压当线性鉴相的情况下，输出电压 与两个输入电压的瞬时相与两个输入电压的瞬时相位差成正比位差成正比。 Ou (t)o ou u ( (t t) )= = k k ( (t t) )- -( (t t

6、) ) 1 12 2 即即第二节第二节 鉴鉴 相相 器器( )( ) ( )cos( )cos21cos( ( ) cos2( )222osrscrcsrcu tku t u tkUtt UtkUUttt则相乘器则相乘器的输出信号的输出信号 为：为：o ou u ( (t t) )1 1、乘积型鉴相器（、乘积型鉴相器（product phase detectorproduct phase detector） 设鉴相器输入设鉴相器输入PMPM信号。信号。 ( )cos( )sscu tUtt即：即：)()(tuktP 而而而另一输入信号而另一输入信号 与与 为为同频正交载波同频正交载波。)(tu

7、r)(tuss( )cos()2rcu tUt即：即：其中其中k k为相乘器的乘积因子。为相乘器的乘积因子。经低通滤波器后，输出电压经低通滤波器后，输出电压为：为：)(tuo)(sin212)(cos21)(tUkUtUkUtursrso 可见：乘积型鉴相器具有可见：乘积型鉴相器具有正弦形鉴相特性正弦形鉴相特性相乘器相乘器低通滤波器低通滤波器)(tur)(tuo )(tuo( )su t)()(21)(21)(tuKtukUKUtUkUtuPPrsrso 所以所以 注意：注意：乘积型鉴相器在电路结构上乘积型鉴相器在电路结构上与同步检波器是相同的，即只要输与同步检波器是相同的，即只要输入调相信号

8、入调相信号 与与 的载波正的载波正交，同步检波器就变成了乘积型鉴交，同步检波器就变成了乘积型鉴相器。相器。 )(tus)(tur12| )(| t另外，如果满足另外，如果满足 ， 则有则有)()(sintt 即输出电压即输出电压 与与 成成线性关系，线性关系，可实现线性鉴相。可实现线性鉴相。)(tuo)(t - - )(tuo)t ( )(sin212)(cos21)(tUkUtUkUtursrso 333333333( )10sin210 ()( )( )2010 cos210 (/)( )( )10 10 cos210 (Hz)10cos210 (kHz)2( )( )5 1010cos2

9、1050 cos210 (mV)oDtt raddttt rad Sdttf tttu tf t Stt 解：解：第三节第三节 鉴频器鉴频器 双失谐回路鉴频器双失谐回路鉴频器: : 通过线性网络把通过线性网络把等幅调频波等幅调频波变换变换成成振幅振幅与调频波瞬时频率成正比的与调频波瞬时频率成正比的调幅调频波调幅调频波. .然后然后用振幅检波器进行振幅检波。用振幅检波器进行振幅检波。 相位鉴频器相位鉴频器: :利用双耦合回路的相位频率特性将利用双耦合回路的相位频率特性将FMFM波变成调频调幅波，通过振幅检波电路实现鉴频。波变成调频调幅波，通过振幅检波电路实现鉴频。 比例鉴频器比例鉴频器: :兼有

10、抑制寄生调幅能力的鉴频器。兼有抑制寄生调幅能力的鉴频器。频频- -幅幅变换器变换器包络包络检波器检波器)t (vFM1(AM-FM)v)t(v 一、失谐回路振幅鉴频器一、失谐回路振幅鉴频器 这种鉴频器利用这种鉴频器利用对调频波中心频率失谐对调频波中心频率失谐的的LCLC回路，将回路，将FMFM波变换为波变换为AMFMAMFM波，然后用二极管峰值包波，然后用二极管峰值包络检波器进行振幅检波从而完成调频信号的解调。络检波器进行振幅检波从而完成调频信号的解调。补充：补充：单失谐回路鉴频器单失谐回路鉴频器1 1、电路组成、电路组成单失谐回路（谐振回路对输入调频波的载波失谐）单失谐回路（谐振回路对输入调

11、频波的载波失谐）二极管包络检波器二极管包络检波器2 2、工作原理、工作原理将载波角频率设在谐振特性曲线部分中接近直线段的将载波角频率设在谐振特性曲线部分中接近直线段的中点（中点（o o或或oo）单失谐回路将输入的等幅调频波变换为幅度反映瞬时单失谐回路将输入的等幅调频波变换为幅度反映瞬时频率变化的调幅调频波频率变化的调幅调频波通过包络检波器完成鉴频功能通过包络检波器完成鉴频功能双失谐回路鉴频器双失谐回路鉴频器 （斜率鉴频器）（斜率鉴频器）12cooc12ooouuuoo1o2oo1o2u = u-uu = u-uFM FM AM FMAM FM特性分析特性分析二、二、( (互感耦合互感耦合) )

12、相位鉴频器相位鉴频器 利用耦合回路次级电压和初级电压间的相移随频率变化的特性来实现鉴频，其电路原理图如图所示：v1+-C1C2C3C4CCR1R2MLCD1D2L1L2+-v2+-vO1 1、电路结构和基本原理、电路结构和基本原理电路由两部分构成：电路由两部分构成：移相网络移相网络（调频调频调幅变换器调幅变换器）包络检波器包络检波器1 1）移相网络：）移相网络：互感为互感为M M的电容耦合双调谐的电容耦合双调谐回路组成移相网络，回路组成移相网络，v v1 1经移经移相网络后生成相网络后生成PMFMPMFM波波v v2 2。v v1 1经耦合电容在扼流圈经耦合电容在扼流圈L LC C上产上产生的

13、电压生的电压v v3 3= =v v1 1，其等效电路其等效电路如图所示：如图所示：C3C4R1R2D1D2v2/2v2/2v3+-2 2）包络检波器：）包络检波器：D D1 1 、C C3 3 、R R1 1D D2 2 、C C4 4 、R R2 2和和组成平衡式包络检波器，21OOOvvv v1+-C1C2C3C4CCR1R2MLCD1D2L1L2+-v2+-vO输出电压为：输出电压为：2 2、工作原理分析、工作原理分析互感耦合相位鉴频器的工作分为三个过程：互感耦合相位鉴频器的工作分为三个过程：（1 1）移相网络的频率移相网络的频率相位变换相位变换，实现，实现FMFM信号到信号到 FMP

14、MFMPM信号的转换。信号的转换。（2 2）加法器的相位加法器的相位幅度变换幅度变换，实现，实现FM PMFM PM信号到信号到 FM PM AMFM PM AM信号的转换。信号的转换。（3 3）包络检波器的差动检波包络检波器的差动检波，最终实现调频信号的最终实现调频信号的 解调。解调。（1）频率）频率相位变换相位变换初、次级回路的参数相同，都谐振于调频信初、次级回路的参数相同，都谐振于调频信号的中心频率号的中心频率f0，若忽略次级回路对初级若忽略次级回路对初级回路的影响，则初级回路中流过回路的影响，则初级回路中流过L1的电流的电流i1近似为：近似为：111111LjvLjrvi 次级回路感应

15、的电动势为：次级回路感应的电动势为：1112vLMMije 忽略检波电路对次级回路的影响，次级回路的阻抗忽略检波电路对次级回路的影响，次级回路的阻抗Z2为：为：22221CjLjrZ v1+-C1C2CCML1L2v2+- -211ZvLM 次级回路的电流次级回路的电流i2为：为：222Zei )1(2 jrv1+-C1C2CCML1L2v2+- -211ZvLM 次级回路的电流次级回路的电流i2为：为：222Zei 222Cjiv 次级回路两端的电压为：次级回路两端的电压为：2211ZCvLMj ;121LMLLMk )2(121 vkQL1222(1)vvjkCrj);1(22 jrZ22

16、1rCQL jvkQjL11 arctg)2(1212 vkQvL arctg 式中，广义失谐是与信号频率有关的量，所以式中，广义失谐是与信号频率有关的量，所以当调频波的频率变化时，当调频波的频率变化时，v2与与v1之间的幅值和相位关系都会随之变化。之间的幅值和相位关系都会随之变化。v2与与v1之间的相位差为：之间的相位差为： /2- ，相频特性曲线如图所示：，相频特性曲线如图所示： /2 /2- ff0 在一定的频率范围内，在一定的频率范围内， v2与与v1的相位差与频率之间具有线性关系，实现的相位差与频率之间具有线性关系，实现了频率了频率相位的变换。相位的变换。 f =f0， 次级回路谐振

17、，相位差为次级回路谐振，相位差为 /2； f f0，次级回路呈感性，相位差为次级回路呈感性，相位差为0 /2； f f0，次级回路呈感性，相位差为次级回路呈感性，相位差为0 /2；1v22v22v 1dv2dv由矢量图可知：由矢量图可知：|21ddvv 0)(2121 dddOOOVVKvvv（3） f f0，次级回路呈容性，相位差为次级回路呈容性，相位差为 /2 ；综合以上的讨论：互感耦合相位鉴频器具有图示的鉴频特性曲线：00 Ovff时，时，当当00 Ovff时，时，当当00 Ovff时，时，当当f0fOv综上所述：综上所述： 互感耦合鉴相器中的耦合双调谐回路互感耦合鉴相器中的耦合双调谐回

18、路是一个是一个频频相变换器，它把相变换器，它把FMFM波波v v1 1变换成变换成FMPMFMPM波波v v2 2 ，而，而v v1 1 、v v2 2经叠加后，变换成两个经叠加后，变换成两个AMFMAMFM波波v vd1 d1 、v vd2d2 ，经包络检波器后，即可获得原调制信号，其过程为：经包络检波器后，即可获得原调制信号，其过程为：波波FM)(tv 波波PMFM 波波FMAM 耦合双回耦合双回路路叠加叠加检波检波三、比例鉴频器三、比例鉴频器 相位鉴频器的输出电压除了与输入电压的瞬时频率相位鉴频器的输出电压除了与输入电压的瞬时频率有关外，还与输入电压的振幅有关。而在实际中，调频信有关外，

19、还与输入电压的振幅有关。而在实际中，调频信号通过传输很难保证是理想的等幅波，寄生调幅的干扰分号通过传输很难保证是理想的等幅波，寄生调幅的干扰分量必须尽可能去掉或减小，因而在相位鉴频器前通常需加量必须尽可能去掉或减小，因而在相位鉴频器前通常需加一级一级限幅器限幅器，以消除寄生调幅。，以消除寄生调幅。 对于要求不太高的设备，例如调频广播和电视接收中对于要求不太高的设备，例如调频广播和电视接收中常采用一种常采用一种兼有抑制寄生调幅能力的鉴频器兼有抑制寄生调幅能力的鉴频器，这就是，这就是比例比例鉴频器。鉴频器。一、比例鉴频器的基本电路和工作原理一、比例鉴频器的基本电路和工作原理1 1、在在a ab b

20、两端并接一个大电容两端并接一个大电容C C0 0，其电容量约为，其电容量约为uF,uF,由由于时间常数很大，在检波过程中，对于于时间常数很大，在检波过程中，对于15 Hz15 Hz以上的寄生以上的寄生调幅变化，电容调幅变化，电容C C0 0的电压基本保持不变。的电压基本保持不变。2 2、两个二极管中一个与相位鉴频器接法方向相反。这样两个二极管中一个与相位鉴频器接法方向相反。这样除了保证两个二极管的直流通路外，还使得两个检波器除了保证两个二极管的直流通路外，还使得两个检波器的输出电压变成极性相同。因此，的输出电压变成极性相同。因此，abab两端就是两个两端就是两个检波电压之和，即检波电压之和，即U Uabab=U=UC3C3+U+UC4C4 =U=Udcdc。3 3、把两个检波电容把两个检波电容C C3 3和和C C4 4的连接点的连接点d d