第5章角度调制与解调电路-3

1、第第 5 章角度调制与解调电路章角度调制与解调电路5.3.1限幅鉴频实现方法概述限幅鉴频实现方法概述5.3调频波解调电路调频波解调电路5.3.2斜率鉴频电路斜率鉴频电路5.3.3相位鉴频电路相位鉴频电路5.3调频波解调电路调频波解调电路频率检波频率检波( (鉴频鉴频) )：调频波的解调：调频波的解调相位检波相位检波( (鉴相鉴相) )：调相波的解调：调相波的解调本章重点讨论调频波的解调本章重点讨论调频波的解调鉴频鉴频。一一超外差式调频接收机组成框图超外差式调频接收机组成框图在鉴频前加限幅器的作用：在鉴频前加限幅器的作用：高放混频本振中放限幅鉴频低放调制信号（1）干扰一般是幅度干扰，限幅可以去干

2、扰。）干扰一般是幅度干扰，限幅可以去干扰。（2）高放）高放、混频、中放等电路的幅频特性不平坦导致不同频、混频、中放等电路的幅频特性不平坦导致不同频率幅度不同率幅度不同寄生调幅，限幅可以抑制寄生调幅。寄生调幅，限幅可以抑制寄生调幅。二、鉴频电路性能要求二、鉴频电路性能要求鉴频电路功能：鉴频电路功能： 将输入调频信号的瞬时频率变换为相应解调输出电压。将输入调频信号的瞬时频率变换为相应解调输出电压。1鉴频特性鉴频特性 描述描述 vO 随瞬时频偏随瞬时频偏 (f - - fc) 的变的变化特性，化特性，如图如图。2鉴频跨导鉴频跨导鉴频特性原点处的斜率：鉴频特性原点处的斜率：c)(cODffffvS -

3、 - 单位单位 V/Hz。 SD 越大，鉴频器将输入瞬时频偏变换为输出解调电压越大，鉴频器将输入瞬时频偏变换为输出解调电压的能力越强。的能力越强。5.3.1限幅鉴频实现方法概述限幅鉴频实现方法概述4非线性失真非线性失真鉴频特性曲线在鉴频特性曲线在 内近似线性，则内近似线性，则 为鉴频带为鉴频带宽宽BW。要求：。要求： 由于鉴频特性非理想直线而使解调信号产生的失真。由于鉴频特性非理想直线而使解调信号产生的失真。二、鉴频的实现方法二、鉴频的实现方法1利用反馈环路利用反馈环路( (例如锁相环例如锁相环) )实现鉴频实现鉴频( (第第 6 章章) )2利用波形变换利用波形变换将输入的调频信号进行特定的

4、将输入的调频信号进行特定的波形波形变换变换，使变换后的波形含有反映瞬时频率变化的平均分量。，使变换后的波形含有反映瞬时频率变化的平均分量。再通过检波、低通滤波器输出所需的解调电压。再通过检波、低通滤波器输出所需的解调电压。方法：三种。方法：三种。22 maxmBWff2 fmax2 fmax3鉴频带宽鉴频带宽( (1) )斜率鉴频器斜率鉴频器 将输入调频波通过具有合适频率特性的将输入调频波通过具有合适频率特性的线性网络线性网络，使，使输出调频波的输出调频波的振幅振幅按照瞬时频率的规律变化按照瞬时频率的规律变化 通过通过包络检波器包络检波器输出反映振幅变化的解调电压。输出反映振幅变化的解调电压。

5、频幅变换包络检波FMFM-AMvo(t)( (2) )相位鉴频器相位鉴频器 将输入调频波通过具有合适频率特性的将输入调频波通过具有合适频率特性的线性网络线性网络，使，使输出调频波的附加输出调频波的附加相移相移按照瞬时频率的规律变化按照瞬时频率的规律变化 。 相位检波器相位检波器将它与输入调频波的瞬时相位进行比较，将它与输入调频波的瞬时相位进行比较，检出反映附加相移变化的解调电压。检出反映附加相移变化的解调电压。( (3) )脉冲计数式鉴频器脉冲计数式鉴频器 调频波通过调频波通过非线性变换网络非线性变换网络变成变成调频等宽调频等宽脉冲序列。脉冲序列。 由低通滤波器输出反映平均分量变化的解调电压。

6、由低通滤波器输出反映平均分量变化的解调电压。频相变换鉴相FM-PMFMvo(t)调频电压调频电压 限幅器限幅器 调频方波调频方波 微分电路微分电路 微分脉冲微分脉冲脉冲形成电路脉冲形成电路 调频方波调频方波 低通滤波器低通滤波器 解调电压解调电压* *三、调频信号通过线性网络的响应三、调频信号通过线性网络的响应线性网络：斜率、相位鉴频的关键线性网络：斜率、相位鉴频的关键作用：瞬时频率变化作用：瞬时频率变化- -振幅、相移变化振幅、相移变化1FM波到波到FM-AM波的变换波的变换当当 v1 = V1mcos( ct + Mfsin t) 时时 (Mf= m/ ) )v2(t) = - -A0Vl

7、m( c + mcos t) sin( ct + Mfsin t)( (5-3-8) )cos(mc1m02mtVAV 可见，经过可见，经过理想微分网络理想微分网络，等幅等幅调频波变成了调频波变成了FM-AM波，波，可通过对可通过对v2进行包络检波得到所需的解调电压。进行包络检波得到所需的解调电压。V1tV2tV3t 一理想时延网络的频率特性：一理想时延网络的频率特性：0j0e)j ( - - AA - - 0)(0)(0A0 AA2FM波到波到FM-PM波的变换波的变换当当 v1(t) = Vlmcos( ct + Mfsin t) 时，时，)(sin)(cos)(0f0c1m02 - -

8、- - tMtVAtv其中其中 sin (t- - 0) = sin tcos0- - cos tsin0 sin t- - cos t0 ( (若若0 /12/12，则则 cos0 1，sin0 0)即即 sin (t- - 0) sin t- - cos t0)cos)sincos()cos(sincos)(sin)(cos)(0f0cfc1m00f0cc1m00f0c1m02tMtMtVAttMtVAtMtVAtv - - - - - - - - - - - 上式表明，通过理想时延网络，当上式表明，通过理想时延网络，当 0 / /12 时，输出时，输出调频波中附加相移为调频波中附加相移为

9、 = - - c 0 - - Mf0 cos t = - - 0 ( c m cos t )与输入调频波的瞬时频率成正比。与输入调频波的瞬时频率成正比。理想时延网络理想时延网络幅频特性：恒值幅频特性：恒值相频特性：线性相频特性：线性理想微分网络理想微分网络总结：总结：线性网络：利用时沿网络线性相频特性构成线性网络或线性网络：利用时沿网络线性相频特性构成线性网络或微分网络线性幅频特性构成线性网络。微分网络线性幅频特性构成线性网络。四、振幅限幅器四、振幅限幅器 作用：将寄生作用：将寄生调幅调幅的调频信号变换为的调频信号变换为等幅等幅的调频信号。的调频信号。1差分对振幅限幅器差分对振幅限幅器( (1

10、) )电路电路( (2) )原理原理输入输入 vS 较大，较大，iC 上下削平，后接上下削平，后接LCLC谐振回路，可得等幅谐振回路，可得等幅调频波。调频波。LCLC调谐回路：中心调谐回路：中心频率频率fc，BWFM波的频谱波的频谱带宽。带宽。多级差放级联，可有效降低门限电压（单级：多级差放级联，可有效降低门限电压（单级：100mV100mV左右）。左右）。一、失谐回路斜率鉴频电路一、失谐回路斜率鉴频电路1电路组成电路组成( (1) )单失谐回路单失谐回路( (谐振回路谐振回路对输入调频波的载波失谐对输入调频波的载波失谐) )( (2) )二极管包络检波器二极管包络检波器2工作原理工作原理 (

11、 (1) )将载波角频率设在谐将载波角频率设在谐振特性曲线倾斜部分中接近振特性曲线倾斜部分中接近直线段的中点直线段的中点( ( O或或 O ) ) 。 ( (2) )单失谐回路将输入的单失谐回路将输入的等幅等幅调频波调频波 vS(t) = Vsmcos( ct + Mfsin t) 变换为幅度反映瞬时频率变化的变换为幅度反映瞬时频率变化的调幅调幅调频波。调频波。( (3) )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。斜率鉴频器斜率鉴频器5.3.2斜率鉴频电路斜率鉴频电路3扩大鉴频特性范围扩大鉴频特性范围单失谐回路鉴频器：谐振曲线线性范围小，为扩大鉴频单失谐回路鉴频器：谐振曲线线性

12、范围小，为扩大鉴频特性范围，多采用特性范围，多采用双失谐回路斜率鉴频器双失谐回路斜率鉴频器。 ( (1) )电路电路vO = vA V1 - - vA V2 图中，上谐振回路调谐在图中，上谐振回路调谐在 f01，下谐振回路调谐在，下谐振回路调谐在 f02，它们各自失谐在输入调频波载波频率它们各自失谐在输入调频波载波频率 fc 的两则，并且与的两则，并且与 fc 间间隔隔 f 相等，即相等，即 f f01 - - fc = fc- - f02。( (2) )鉴频特性鉴频特性设设 A1( ) 、A2( )：上、下两谐振回路的幅频特性上、下两谐振回路的幅频特性vO ：双失谐回路斜率鉴频器输出解调电压

13、，则双失谐回路斜率鉴频器输出解调电压，则vO = vA V1 - - vA V2 = Vsm dA1( )- -A2( )可见，当可见，当 Vsm 和和 d 一定时，一定时，vO 随随 的变化特性就是两的变化特性就是两个失谐回路的幅频特性相减后的合成特性。个失谐回路的幅频特性相减后的合成特性。 d：上、下两包络检波器的检波电压传输系数：上、下两包络检波器的检波电压传输系数( (3) )讨论讨论合成鉴频特性曲线的线性：合成鉴频特性曲线的线性： 与与两失谐回路的幅频特性形状有关；两失谐回路的幅频特性形状有关； 主要取决于主要取决于 f01 和和 f02 的位置。配的位置。配置恰当，补偿两曲线中的弯

14、曲部分，可置恰当，补偿两曲线中的弯曲部分，可获线性范围较大的鉴频特性曲线。获线性范围较大的鉴频特性曲线。 二、集成电路中采用的斜率鉴频器二、集成电路中采用的斜率鉴频器1电路电路 ( P294 ) T1T2：射随器；：射随器；T3T4：三极管包络检：三极管包络检波器；波器；T5T6：差分放大器；：差分放大器； L1C1C2：线性网络，：线性网络，作用：作用： f V 变换，输出调变换，输出调频调幅电压频调幅电压 v1 (t) ，v2 (t)。vo (v1m-v2m)2f V 变换原理变换原理( (1) )当当 时时， L1C1并联谐振，并联谐振，v1m 最大，最大， v2m 最小；最小；( (2

15、) ) 当当 时时， L1C1C2串联谐振，串联谐振， v1m 最小，最小，v2m 最大；最大；RsC1C2L1v1v2vs+-1111L C21121()L CC(3)(3)合成鉴频特性曲线如图：合成鉴频特性曲线如图：vO = A (V1m- V2m ) A：增益常数，取决于射随器、：增益常数，取决于射随器、检波器、差分放大器。检波器、差分放大器。作用作用：鉴相，用来检出两信号间的相位差，并输出与：鉴相，用来检出两信号间的相位差，并输出与相位差大小相对应的电压。相位差大小相对应的电压。实现电路实现电路一、乘积型鉴相器一、乘积型鉴相器1组成框图组成框图5.3.3相位鉴频电路相位鉴频电路- -*

16、叠加型叠加型乘积型乘积型模拟鉴相器模拟鉴相器由数字电路构成由数字电路构成* *数字鉴相器数字鉴相器移 相鉴 相LPFX YA XYMFM波调 制 信 号加在乘法器的两输入端的应是一对具有同一调频规律，而加在乘法器的两输入端的应是一对具有同一调频规律，而不同频率具有不同相差的信号，相差与频偏成线性关系。不同频率具有不同相差的信号，相差与频偏成线性关系。诺顿定理诺顿定理 如图如图( (b) )，其中，其中， 则该网络就是在则该网络就是在 激励下的单谐振回路。激励下的单谐振回路。111jVCI 1IRCVRIVj1jj11112 在在 0 0 附近，网络的增益附近，网络的增益 A A( (j ) 可

17、近似表示为可近似表示为RCRCVVAj1jj1j)j (10112 1. 1. 频相转换网络（单调频相转换网络（单调谐回路移相电路）谐回路移相电路） 电路（图（电路（图（a)a) 输出电压输出电压 或或( (5-3-25) )式中式中00e00e2)( - - - - QQ定义为定义为广义失谐量广义失谐量，其中，其中 arctan2)(1)(A210- - ，RCA二、乘积型相位鉴频器的实际电路（电视机伴音二、乘积型相位鉴频器的实际电路（电视机伴音IC） 幅频特性和相频特性曲线可根幅频特性和相频特性曲线可根据据 ( (5-3-25) ) 式画出，如图式画出，如图。 讨论讨论 RCCLRLRQC

18、CL)()(110e10 ，比较理想时延网络特性，该网络既不能提供恒值的幅比较理想时延网络特性，该网络既不能提供恒值的幅频特性，也不能提供线性的相频特性，仅在频特性，也不能提供线性的相频特性，仅在 0（ 0应设应设置为置为 c c）附近的很小范围内，才可近似认为）附近的很小范围内，才可近似认为 A A( ( ) ) 为为恒恒值，值， A( ) 在在 /2 /2 上、下线性变化。上、下线性变化。T3 T9、D6：双差分对平衡双差分对平衡调制器。调制器。 2. 2. 乘积型鉴相器乘积型鉴相器除除 90 固定相移外，它们之间的固定相移外，它们之间的相位差相位差为为 。则双差。则双差分对管输出差值电流

19、为分对管输出差值电流为)2)(th)2)(thT2T10VtvVtvIi ( (5-3-19) )( (1) )V2m 260 mV，上式简化为，上式简化为( (4-2-27 式式) )双差分对管平衡调制器工作原理：双差分对管平衡调制器工作原理：设两个输入信号分别为设两个输入信号分别为)sin()2cos()(2m2m2 - - tVtVtvtVtv cos)(m11 )sin()3cos34cos4(2)()(22mT022T0 - - tVttVItKtvVIi通过低通滤波器，滤除通过低通滤波器，滤除 2 及其以上各次谐波项，取出有及其以上各次谐波项，取出有用的平均分量，其值与用的平均分量，其值与 sin 成正比。成正比。设双差分对管的直流负载电阻为设双差分对管的直流负载电阻为 RC，低通滤波器的传输，低通滤波器的传输增益为增益为 1，则鉴相器的鉴相特性为，则鉴相器的鉴相特性为( (5-3-20) )式中，式中，Ad 为为鉴相灵敏度鉴相灵敏度，单位为，单位为 V