建工第8章调角度解调电路

1、第7章 角度调制电路 第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路第7章 角度调制电路 一、调角信号的解调电路的功能一、调角信号的解调电路的功能1、调相波解调电路的功能、调相波解调电路的功能1、从调相波中取出原调制信号，也称为鉴相器。、从调相波中取出原调制信号，也称为鉴相器。2、当输入调相波为、当输入调相波为 时，输出电压时，输出电压coscos)(tmtUtupccmitUtumocos)(3、当、当mp =2时，其输入输出频谱变换关系如图时，其输入输出频谱变换关系如图8-1(a)所示：所示：第一节第一节 概述概述回顾P191图7-2第7章 角度调制电路 2、调频波解调电路的功能、调频波

2、解调电路的功能（1）从调频波中取出原调制信号，也称为鉴频器。）从调频波中取出原调制信号，也称为鉴频器。（2）当输入调频波为）当输入调频波为 时，输出电压时，输出电压sincos)(tmtUtufccmitUtumocos)(（3）当）当mf =2时，其输入输出频谱变换关系如图时，其输入输出频谱变换关系如图8-1(b)所示：所示：回顾P191图7-3第7章 角度调制电路 二、主要技术指标二、主要技术指标（一）鉴相器的主要技术指标（一）鉴相器的主要技术指标1、鉴相特性曲线，即鉴相器的输出电压与输入信、鉴相特性曲线，即鉴相器的输出电压与输入信号的瞬时号的瞬时相位相位偏移的关系，通常要求是线性关系。偏

3、移的关系，通常要求是线性关系。成线性与可见而瞬时相位偏移则瞬时相位，设输入信号)()(,cos)(cos)(cos)(coscos)(ttutUtutmttmtttmtUtuomoppcpccmi所以鉴相特性曲线应如所以鉴相特性曲线应如右图所示：右图所示：第7章 角度调制电路 2、鉴相跨导要大。鉴相跨导即鉴相特性曲线的斜率。、鉴相跨导要大。鉴相跨导即鉴相特性曲线的斜率。3、鉴相线性范围应大于调相波最大相移的二倍。、鉴相线性范围应大于调相波最大相移的二倍。4、非线性失真应尽可能小。、非线性失真应尽可能小。第7章 角度调制电路 第二节第二节 鉴相器鉴相器一、乘积型鉴相电路一、乘积型鉴相电路 鉴相电

4、路分为模拟电路型和数字电路型两大类。在集成电路系统中，常用的电路有乘积型鉴相和门电路鉴相。乘法器乘法器低通低通滤波器滤波器1u2uou1u为输入调相波为输入调相波)(coscoscos1111ttUtmtUucmpcm2u 是由是由 变化来的，或是系统本身产生的与变化来的，或是系统本身产生的与 有有确定关系的参考信号，一般来说，确定关系的参考信号，一般来说， 和和 为正交为正交关系，例如：关系，例如： 1u1u1u2u)sin(22tUucm。ttutUtuomo成线性时，实现鉴相与即当)()(,cos)(1)(sincossin2222ttUtmtUucmpcm第7章 角度调制电路 （一）（

5、一） u u1 1和和u u2 2均为小信号均为小信号1、 u1和和u2均小于均小于26mV时时,根据模拟乘法器的特性，根据模拟乘法器的特性，其输出电流为：其输出电流为：212102102222uuKkTqukTquIkTquthkTquthIiM)(2sin21)(sin21sin)(cos12112112121ttUUKtUUKtttUUKuuKicmmMmmMccmmMM分三种情况分析：分三种情况分析：第7章 角度调制电路 2、经低通滤波器滤波、经低通滤波器滤波,在负载在负载RL上可得输出电压为：上可得输出电压为：)(sin21)(sin21)(121121tRUUKtRUUKtuLmm

6、MLmmMo。，tutRUUKtututuuteoeLmmMooe的鉴相特性曲线称为鉴相器性的正弦曲线显然这是一个周期系曲线的关与据上式可画出可表示为表示，则的相位差，通常可用和是)()(sin21)()()()(21211第7章 角度调制电路 3、鉴相特性曲线所示：、鉴相特性曲线所示：.)()(成线性，实现鉴相与很小时，可见ttueoe4、主要指标、主要指标（1）鉴相跨导）鉴相跨导00eedduS定义：（2）线性鉴相范围：）线性鉴相范围：radturadeeoeee6,)(,sin6max故线性鉴相范围为实现鉴相成线性与此时时，可认为LmmMeRUUKSSrad2121,6为常数时当第7章

7、角度调制电路 （二）（二） u u1 1为小信号，为小信号，u u2 2为大信号为大信号1、当、当u1小于小于26mV, u2大于大于100mV时时, 模拟乘法器的模拟乘法器的输出电流为：输出电流为：kTquthuKkTquthkTquIkTquthkTquthIiM2222221210210tUuttUucmcmsin)(cos22111:21为流为大信号乘法器输出电小信号因为i，uu第7章 角度调制电路 .)(4sin32)(2sin32)(2sin2)(sin2.3sin34sin4)(cos1111111111ttUKttUKttUKtUKttttUKicmMcmMcmMmMcccmM

8、.5sin543sin34sin42:2101222tttkTquthttkTquthccccc可展开为:2关函数双曲正切函数也具有开大信号因为，u第7章 角度调制电路 )(sin2)(11tRUKtuLmMo2、经低通滤波器滤波、经低通滤波器滤波,在负载在负载RL上可得输出电压为：上可得输出电压为：成线性，实现鉴相与很小时，可见)()()(11ttuto4、线性鉴相范围：、线性鉴相范围：rade6max3、鉴相跨导、鉴相跨导LmMeRUKSSrad12,6为常数时当第7章 角度调制电路 （三）（三） u u1 1和和u u2 2均为大信号均为大信号1、当、当u1和和u2大于大于100mV时时

9、, 模拟乘法器的输出电流为：模拟乘法器的输出电流为：:221210关函数双曲正切函数也具有开大信号因为，ukTquthkTquthIi .)(5sin54)(3sin34)(sin42:23)(212)(2121111111ttttttkTquthttttkTquthccccc此式可展开为tUuttUucmcmsin)(cos22111第7章 角度调制电路 .5sin543sin34sin42:2, 10 , 12222tttkTquthttkTquth，uccccc开为对上式按傅里叶级数展其表达式为也是大信号因为第7章 角度调制电路 .)(36sin)3(8)(3sin)3(8)(4sin3

10、8)(2sin38)(34sin38)(32sin38)(2sin8)(sin8.5sin543sin34sin4.)(3cos34)(cos422120120120120120120120120110210ttItIttIttIttIttIttItItttttttIkTquthkTquthIiccccccccccc第7章 角度调制电路 .)(3sin)3(8)(sin8)(12120ttRItuLo2、经低通滤波器滤波、经低通滤波器滤波,在负载在负载RL上可得输出电压为：上可得输出电压为：5、鉴相跨导、鉴相跨导20LRIS4、)(2)(2)(2101tRItutLo区间内有在6、线性鉴相范围

11、：、线性鉴相范围：rade2max3、鉴相特性为三角形：、鉴相特性为三角形：分析表明，大信号工作状态可获得较宽的线性范围分析表明，大信号工作状态可获得较宽的线性范围第7章 角度调制电路 例：即：即：试分析试分析 均为小信号时的鉴相特性均为小信号时的鉴相特性解：解：21uu 和cos),(sin22111tUuttUucmcm乘积型鉴相器的两输入信号为正交关系乘积型鉴相器的两输入信号为正交关系)(2sin21)(sin21cos)(sin12112112121ttUUKtUUKtttUUKuuKicmmMmmMccmmMM 经低通滤波器滤波经低通滤波器滤波,在负载在负载RL上可得输出电压为：上可

12、得输出电压为：)(sin21)(121tRUUKtuLmmMo其鉴相特性为周期性正弦波。其鉴相特性为周期性正弦波。, 0)(0)(1tuto时第7章 角度调制电路 例：试分析试分析 均为小信号时的鉴相特性均为小信号时的鉴相特性解：解：21uu 和cos),(cos22111tUuttUucmcm乘积型鉴相器的两输入信号为乘积型鉴相器的两输入信号为:)(2cos21)(cos21cos)(cos12112112121ttUUKtUUKtttUUKuuKicmmMmmMccmmMM 经低通滤波器滤波经低通滤波器滤波,在负载在负载RL上可得输出电压为：上可得输出电压为：)(cos21)(121tRU

13、UKtuLmmMo其鉴相特性为周期性余弦波。其鉴相特性为周期性余弦波。, 0)(0)(1tuto时通常要求鉴相特性为正弦波，即通常要求鉴相特性为正弦波，即, 0)(0)(1tuto时第7章 角度调制电路 鉴频器的功能：鉴频器的功能：1、当输入调频波为、当输入调频波为 时，输出电压时，输出电压sincos)(tmtUtufccmitUtumocos)(2、鉴频特性曲线，要求鉴频器的输出电压与输入、鉴频特性曲线，要求鉴频器的输出电压与输入信号的信号的瞬时频率偏移瞬时频率偏移成线性关系。成线性关系。鉴频器的分类：鉴频器的分类：1.调频调频调幅调频型，先将调频波变成调幅调频型，先将调频波变成调幅调幅调

14、频波调频波(其幅度与调频波的瞬时频移成线性其幅度与调频波的瞬时频移成线性)，然后用包络检，然后用包络检波器检波波器检波2.相移乘法鉴频型，先将调频波变成相移乘法鉴频型，先将调频波变成调相调相调频波调频波(其相位与调频波的瞬时频移成线性其相位与调频波的瞬时频移成线性)，然后用鉴相，然后用鉴相电路进行检波。电路进行检波。3.脉冲均值型。脉冲均值型。第三节第三节 鉴频器鉴频器第7章 角度调制电路 1、一次回路调谐于调频波的中心频率、一次回路调谐于调频波的中心频率 ，其通带较，其通带较宽。二级两个回路分别调谐于宽。二级两个回路分别调谐于 和和 ，并使，并使 和和 与与 成对称失谐，即成对称失谐，即 。

15、完成调频。完成调频-调幅调频转换。其幅度与输入信号的瞬时频率有关。调幅调频转换。其幅度与输入信号的瞬时频率有关。cccc0201010201023、uo = uo1 uo22、 D1 R1 C3和和D2 R2 C4为两个包络检波器。为两个包络检波器。一、双失谐回路鉴频器（一）电路特点（一）电路特点第7章 角度调制电路 1、两个回路的幅频特性如图 coscos)(tmtUtufccmitmfctsintmtfsin)(（二）鉴频原理（二）鉴频原理2、当输入调频波为、当输入调频波为则瞬时频率为：瞬时频移为： 第7章 角度调制电路 3 3、由此可画出输出电压、由此可画出输出电压u uo1o1和和u

16、uo2o2 ，如图。，如图。4、uo = uo1 uo2得到得到uo(t)()(tktuotkmfsin6、当输入调频信号频率为、当输入调频信号频率为 时时, uo1 = uo2 , uo = uo1 uo2 =0为鉴频零点。为鉴频零点。5、可见、可见uo与瞬时频移成线性，与瞬时频移成线性，即：即：实现鉴频。其鉴频特性实现鉴频。其鉴频特性 为线性。为线性。)(0uc第7章 角度调制电路 例：将双失谐回路鉴频器的两个检波二极管将双失谐回路鉴频器的两个检波二极管D1 D2都调换极性，电路还能否工作？只接反都调换极性，电路还能否工作？只接反一个，电路还能否工作？有一个损坏，电一个，电路还能否工作？有

17、一个损坏，电路还能否工作？路还能否工作？两个检波二极管两个检波二极管D1 D2都调换极性，电路还能都调换极性，电路还能正常工作，只是鉴频特性与原鉴频特性反向。正常工作，只是鉴频特性与原鉴频特性反向。只接反一个，电路不能实现鉴频，因为没有只接反一个，电路不能实现鉴频，因为没有鉴频零点。鉴频零点。解：解：一个损坏，也不能实现鉴频，因为没有鉴频一个损坏，也不能实现鉴频，因为没有鉴频零点。零点。第7章 角度调制电路 例：)(,2,/5)(102sin10cos3)(03tufkHzmVSVtttumDci求鉴频输出电压线性鉴频范围大于已知鉴频跨导鉴频器输入信号为分析：鉴频特性曲线为分析：鉴频特性曲线为

18、鉴频器的输出电压与输鉴频器的输出电压与输入信号的瞬时频率偏移入信号的瞬时频率偏移之间的关系，而鉴频跨之间的关系，而鉴频跨导为鉴频特性曲线的斜导为鉴频特性曲线的斜率，所以有：率，所以有：)()(0tfStuD第7章 角度调制电路 )(102cos50)102cos1010()101105()()(333330mVtttfStuDtttftttttttucci3333333102cos10102)()(102cos10210)(102cos10210)(102sin10cos3)(解解：第7章 角度调制电路 例：的表达式写出原调制信号的表达式写出输入信号鉴频跨导求输出信号为图，鉴频器的某鉴频器的鉴

19、频特性如)()3()()2() 1 (:)(104cos1)(3tutuSVttuiDo)(kHzf100-100)(tuo1-1第7章 角度调制电路 解：解：(1) (1) 鉴频跨导：鉴频跨导：)/(01. 01001kHzVfUSmomD(2)求输入信号表达式：求输入信号表达式：3104cos100)()(DoStutf瞬时频率偏移：tccdttftfttfftf0)(22)()()(瞬时相位：瞬时频率：ttfttfcc3333104sin502104sin10221010022)(104sin502cos)(3VttfUtuccmi(3)(3)调制信号：调制信号：)(104cos)(3V

20、tUtum第7章 角度调制电路 二、 相位鉴频器( (一一) ) 原理电路：原理电路：.,31114上全部加在所以交流接地开路对短路对和LUVULUC、CCCc)(:102012211cfffCLC、L回路双调谐、包络检波器：、42312RCDRC、D- -+ +2abU- -+ +2abU- -+ +1U1DU2DU+uo1uo2-+-第7章 角度调制电路 检波器的输入电压为：点从中间抽头，故包络、c4, 2/, 2/1211abDabDUUUUUU):(,5112121的振幅为注意，则为相同设两个检波器传输系数DDDdDdooodUUUKUKuuuK、- -+ +2abU- -+ +2ab

21、U- -+ +1U1DU2DU+uo1uo2-+-第7章 角度调制电路 - -+ +2abU- -+ +2abU- -+ +1U1DU2DU+uo1uo2-+-第7章 角度调制电路 111111LjULjrUI初级：1222122222222111)(11)1(UjXRCLMjICjUjXRECLjREIULMIMjEabsss次级：( (二二) )相位鉴频器的定性分析：相位鉴频器的定性分析：第7章 角度调制电路 122212222222222222)(111:)1(UjXRCLMjICjU。，CLCLXjXRECLjREIabss还可能为零也可能为负正其值随频率不同可能为回路总电抗是其中第7

22、章 角度调制电路 于是时当输入信号频率, 0,) 1 (2Xffc。UCLUCLeURCLMjICjUjXRCLMjICjUabjab2/:11)(1111122)2(1221221222122滞后回路电压比回路电压此式表明由021DdDdoUKUKu则可得相位图由221211abDabDUUUUUU第7章 角度调制电路 0)(:11:2980arctan:, 0,)2(21021211122)(1221)(12212222222222222222222DDdDDabjjabjcUUKuUUUCLUCLeUCZLMeUCZLMURX，ZXRZ，ZZeZjXRZCLXff图中看出滞后回路电压比回

23、路电压此式表明代入式其值为的相角是其值为的模是回路总阻抗为时当输入信号频率第7章 角度调制电路 0)(:),2/(:1298,0)/arctan(,:2102111122)(122122222222222222DDdDDjabjUUKuUUUCLCLeUCZLMURXXRZeZjXRZCL图中看出滞后回路电压回路电压比此式表明代入式时式中回路总阻抗为于是时当输入信号频率, 0,)3(2Xffc第7章 角度调制电路 （三）鉴频特性曲线：（三）鉴频特性曲线：0)0)(0)0)(0)0)(ocococututut时时，时已知可画出鉴频特性曲线为：可画出鉴频特性曲线为：ouc0第7章 角度调制电路 例

24、：例：将图将图8-9中耦合回路的同名端反过来，设初中耦合回路的同名端反过来，设初级和次级回路均调谐在级和次级回路均调谐在fc :21DDUU和(1) 画出矢量分析画出矢量分析图和鉴频特性曲图和鉴频特性曲线。线。(2)画出在输入为画出在输入为单音频调频波的单音频调频波的作用下，二极管作用下，二极管检波器检波器D1 D2的电的电压压 的波的波形；并画出形；并画出 和和(3)若次级回路未调谐在若次级回路未调谐在fc(设设f02 fc)时，鉴频时，鉴频特性曲线如何变化。特性曲线如何变化。及及uo的波形的波形uo1uo21DU2DU+Uo1uo2-+-第7章 角度调制电路 分析：分析：122211222

25、111UjXRCLMjUUjXRCLMjUabab同名端反过来则：原来有2/2/1211abDabDUUUUUU对于电路仍然有：对于电路仍然有：2121DdDdoooUKUKuuu- -+ +2abU- -+ +2abU- -+ +1U1DU2DU+Uo1uo2-+-第7章 角度调制电路 解解： （1）可画出相位图如下：由2/, 2/)1(11121112222112221abDabDabUUUUUUUCLjRCLMjUjXRCLMjUct)(ct)(ct)(位置互换与位置互换。与相比：与书上图212/2/118DDababUUUU第7章 角度调制电路 及相位图可知：由21DdDdoUKUKu

26、0)0)(0)0)(0)0)(ocococututut时时，时可画出鉴频特性曲线为：可画出鉴频特性曲线为：ouc0ouc原来的鉴频特性曲线：原来的鉴频特性曲线：第7章 角度调制电路 ct)(ct)(ct)(（2） 是调幅调频波，由相位图可知：是调幅调频波，由相位图可知：21DDUU和f fc时时,其幅值比其幅值比f = fc时要大，时要大，1DU2DU则相反则相反:频率最大则幅值最小频率最大则幅值最小,反之最大反之最大.第7章 角度调制电路 可画出可画出 的波形的波形: :21DDUU和1DU2DUtt最密最密最小最小最稀最稀最大最大最密最密最大最大最稀最稀最小最小1ou2ououuo1 uo

27、2 uo的波形的波形:uo =uo1-uo2 u uo1o1u uo2o2分别是分别是 的包络线的包络线21DDUU和ttt第7章 角度调制电路 （3）次级回路未调谐在次级回路未调谐在fc （设（设f02 fc ）:, 0,2121DDoDDUUuUU才有当次级回路谐振频率满足当次级回路谐振频率满足f02 fc时时,只有在谐只有在谐振点振点(即即f = f02时时)才有才有 所以鉴频特性曲线如下图所以鉴频特性曲线如下图:foucf02f第7章 角度调制电路 例：例：以上图为例以上图为例,如果发现下列情况时如果发现下列情况时,鉴频特性鉴频特性曲线将如何变化曲线将如何变化.(1) 次级回路未次级回

28、路未调谐在中心频调谐在中心频率率fc上上(2)初级回路未初级回路未调谐在中心频调谐在中心频率率fc上上第7章 角度调制电路 (1) 次级回路未调谐在中心频率次级回路未调谐在中心频率fc上上,鉴频特性鉴频特性曲线的鉴频零点将发生偏离曲线的鉴频零点将发生偏离.若调谐高于若调谐高于fc,则则零点高于零点高于fc,见下图见下图(a)所示所示;若调谐低于若调谐低于fc,则零则零点低于点低于fc ,见下图见下图(b)所示所示.解解:foucf02ffoucf02f(a)(b)第7章 角度调制电路 (2) 初级回路未调谐在中心频率初级回路未调谐在中心频率fc上上,则鉴频特则鉴频特性上下不对称性上下不对称.若

29、初级回路调谐高于若初级回路调谐高于fc,则高于则高于fc的特性正常的特性正常,低于低于fc的特性幅度变小的特性幅度变小;若初级回若初级回路调谐低于路调谐低于fc,则低于则低于fc的特性正常的特性正常,高于高于fc的特的特性幅度变小性幅度变小;f01 fc的鉴频特性曲线：的鉴频特性曲线：foucf01ff01 fc的鉴频特性曲线：的鉴频特性曲线：foucf01f第7章 角度调制电路 三、三、 比例鉴频器比例鉴频器 比例鉴频器的主要特点是本身兼有抑制寄比例鉴频器的主要特点是本身兼有抑制寄生调幅的能力。在调频广播和电视接收中得生调幅的能力。在调频广播和电视接收中得到广泛应用。到广泛应用。 从相位图可

30、以看出，相位从相位图可以看出，相位鉴频器的输出电压除了与输入鉴频器的输出电压除了与输入电压的频率有关外，还与输入电压的频率有关外，还与输入电压的振幅有关。实际工作中，电压的振幅有关。实际工作中，调频信号不是理想的等幅波，调频信号不是理想的等幅波，而是含有寄生调幅。相位鉴频而是含有寄生调幅。相位鉴频器无法抑制寄生调幅。器无法抑制寄生调幅。第7章 角度调制电路 ( (一一) ) 原理电路：原理电路：不变。上的电压电容器以上的寄生调幅变化，。对于常为电路时间常数很大，通组成和，一个大电容两端并接在dcUCHzsRRCCba、00015)2 . 01 . 0()(2不变。电容上电压为两检波电压之和，即位鉴频器接法相反，使两个二极管中一个与相)(343dcccbabaUUUUU、1