第八章调角信号的解调电路

1、通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-1页电子教案第第8章章 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1、调相波解调电路的功能是从调相波中取出原调制信号，也称为鉴相、调相波解调电路的功能是从调相波中取出原调制信号，也称为鉴相器器。 当输入调相波当输入调相波 : ( )coscosicmcpu ttmt0( )cosmu tt2、调频波解调电路的功能、调频波解调电路的功能是从调频波中取出原调制信号，也称从调频波中取出原调制信号，也称鉴频器鉴频器。 输出电压输出电压:当输入调频波当输入调频波 : ( )cossintcmcfu tutmt0( )cosmu

2、tUt输出电压输出电压:一、调角信号解调电路的功能一、调角信号解调电路的功能 从调角波中取出原调制信号从调角波中取出原调制信号。通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-2页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路u鉴相器的技术指标鉴相器的技术指标1、鉴相特性曲线、鉴相特性曲线:即鉴相器输出电压与输入信号的瞬时相位偏移即鉴相器输出电压与输入信号的瞬时相位偏移 的关系。通常要求是线性关系。的关系。通常要求是线性关系。2、鉴相跨导、鉴相跨导:鉴相器输出电压与输入信号的瞬时相位偏移鉴相器输出电压与输入信号的瞬时相位偏移 的关的关 系的比例系数。即鉴相特性曲线的斜率。

3、系的比例系数。即鉴相特性曲线的斜率。3、鉴相线性范围、鉴相线性范围:通常应大于调相波最大相移的二倍。通常应大于调相波最大相移的二倍。4、非线性失真、非线性失真:应尽可能小。应尽可能小。二、主要技术指标二、主要技术指标通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-3页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路u鉴频器的主要指标鉴频器的主要指标 1、鉴频特性曲线、鉴频特性曲线:即鉴频器输出电压与输入信号的瞬时频率偏移即鉴频器输出电压与输入信号的瞬时频率偏移f 的关系。通常要求是线性关系。的关系。通常要求是线性关系。2、鉴频跨导、鉴频跨导:鉴频器输出电压与输入信号的瞬时频

4、率偏移的关系的鉴频器输出电压与输入信号的瞬时频率偏移的关系的 比例系数。即鉴频特性曲线的斜率比例系数。即鉴频特性曲线的斜率,也叫鉴频灵敏度也叫鉴频灵敏度3、鉴频线性范围、鉴频线性范围:通常应大于调频波最大频偏的二倍。通常应大于调频波最大频偏的二倍。4、非线性失真、非线性失真:应尽可能小应尽可能小。通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-4页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路1 1、鉴相电路通常可分为模拟电路型和数字电路型两大类。、鉴相电路通常可分为模拟电路型和数字电路型两大类。2 2、在集成电路系统中，常用的有模拟乘法器构成的乘积型鉴相器和、在集成电路

5、系统中，常用的有模拟乘法器构成的乘积型鉴相器和数字门电路构成的门电路鉴相器。数字门电路构成的门电路鉴相器。第二节第二节 鉴相器鉴相器 调相信号调相信号参考信号参考信号解调输出解调输出乘法器一、鉴相器的分类一、鉴相器的分类二、乘积型鉴相电路二、乘积型鉴相电路1 1、电路组成框图、电路组成框图通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-5页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路2、工作原理、工作原理 分析分析 u1是需解调的信号是需解调的信号 :u1 是与是与u2 正交的参考信号正交的参考信号: )(cos111ttUucm22sinmcuUt一般来说，一般来说，

6、u1和和 u2 为正交关系，以取得正弦形鉴相特性。为正交关系，以取得正弦形鉴相特性。01222qqiI thu thuKTKT模拟乘法器的输出电流：模拟乘法器的输出电流： u1和和 u2 大小不同，要采取不同的近似方法，分为以下三种情况讨论：大小不同，要采取不同的近似方法，分为以下三种情况讨论： u1和和 u2 都是小信号都是小信号 u1是小信号，是小信号， u2 是大信号是大信号u1和和 u2都是大信号都是大信号 通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-6页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路 u1和和 u2均小于均小于26mV时，根据模拟乘法器的特性

7、，其输出电流时，根据模拟乘法器的特性，其输出电流01222qqiIuuKTKT12121cos( )sinMMmmccK u uK U Uttt1211211sin 2( )21sin( )2MmmMmmcK U UtK U Utt 经低通滤波器滤波，在负载经低通滤波器滤波，在负载 RL 可得输出电压为可得输出电压为01211sin( )2MmmLuK U URt1211sin( )2MmmLK U U Rt调相波的相移低频低频高频高频u u1和和 u2 都是小信号都是小信号 通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-7页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电

8、路当当 时，时， ，即，即上式中上式中 表示表示 和和 的瞬时相位差。的瞬时相位差。通常用通常用 表示。表示。 随随 变化为正弦变化为正弦形。形。 鉴相特性曲线鉴相特性曲线 主要指标主要指标00eeduSd1)(te1u鉴相跨导鉴相跨导:rade6LmmMRUUKS2121VradS6esineemax6erad 2u)(teou当当鉴相跨导为鉴相跨导为的单位为的单位为 线性鉴相范围线性鉴相范围1211sin( )2oMmmLuK U U Rt通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-8页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路当当 u2 的振幅大于的振幅大于

9、100mV时，双曲线函数具有开关函数的形式时，双曲线函数具有开关函数的形式 u1为小信号为小信号 ，u2 为大信号时，乘法器的输出电流为为大信号时，乘法器的输出电流为u u1为小信号，为小信号， u2 为大信号为大信号01212222MqqqiIu thuK u thukTkTkT210122ttukTqthcc2444sinsin3sin5235cccqthutttKT展开为傅氏级数展开为傅氏级数1144cos( )sinsin33MmccciK Utttt 11112sisin 2n2MMmmcK UtKttU 111122sin 2( )sin 4( )33MmcMmcK UttK Ut

10、t乘法器输出电流乘法器输出电流通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-9页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路经低通滤波器滤波，在负载经低通滤波器滤波，在负载 RL 上得到输出电压上得到输出电压0112sin( )MmLuK U Rt 112sinMmLK U Rt12MmLSK UR 鉴相跨导鉴相跨导max6erad 线性鉴相范围线性鉴相范围鉴相特性是正弦形鉴相特性是正弦形主要技术指标主要技术指标通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-10页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路在在 u1和和u2的振幅均大于的振幅

11、均大于100mV时，与时，与 u2 相似，相似，u1 也可也可表示为开关函数形式表示为开关函数形式 u1和和u2均为大信号时，乘法器的输出电流为均为大信号时，乘法器的输出电流为u u1 和和u2 均为大信号均为大信号01222qqiI thu thuKTKT 23212212111ttttuKTqthcc1111444cos( )cos3( )cos5( )235cccqthuttttttKT展开为傅氏级数展开为傅氏级数通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-11页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路00112288sin( )sin 3( )(3 )L

12、uI Rtt 10122118sin 2121nLnI Rntn 21022uKTqthuKTqthIi乘法器的输出电流为乘法器的输出电流为经低通滤波器滤波，在负载上得到输出电压经低通滤波器滤波，在负载上得到输出电压 010101201222888sin2sin 23 ( )sin 43 ( )38s 3incccIttIttIIttt012010101222888sin 2( )sin 4(8sin)sin 63 ( )333 ( )(3 )(3 )cccIttItttItIt通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-12页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解

13、调电路两个开关函数相乘后的电流波形两个开关函数相乘后的电流波形K2(t)00i0 Io Io 0(a)K2(t)00i00(b)K2(t )22K2(t )tttttt通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-13页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路一次和三次叠加一次和三次叠加通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-14页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路一次、三次和五次叠加一次、三次和五次叠加通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-15页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电

14、路在在 区间，区间，鉴相特性为三角波形鉴相特性为三角波形 122t 0012LuI Rt 02LSI R 鉴相跨导鉴相跨导max2e 鉴相线性范围鉴相线性范围通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-16页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路不同的起始固定相移的鉴相特性不同的起始固定相移的鉴相特性 (a)(a)起始固定相移等于起始固定相移等于9090；(b)(b)起始固定相移等于起始固定相移等于0 0；(c)(c)起始固定相移等于起始固定相移等于-90-90；(d)(d)起始固定相移等于起始固定相移等于180180 uo0uo0(a)(b)uo0(c)uo

15、0(d)通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-17页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路由由MC1596MC1596组成的鉴相电路组成的鉴相电路(a)(a)电路；电路；(b)(b)大信号输入和输出方波；大信号输入和输出方波；(c)(c)线性鉴相特性线性鉴相特性 MC15968147102511 k10 k510.001 u1u235Re0.001 1 k693.6 kuo516.8 k3.6 k0.01 10 kRbR1RcRcRfCf51 k(a)tthu12UT23tthu22UT2t2uom3A1A2uo 2 222 Uom Uom(b)(c)通

16、信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-18页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路 三. 门电路鉴相器特点l电路简单l线性鉴相范围大l易于集成化分类l或门鉴相器l异或门鉴相器通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-19页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路异或门鉴相器及波形异或门鉴相器及波形00eedmeedmedUUu/dmSU 经低通滤波器滤波后，输出电经低通滤波器滤波后，输出电压压u ud d( (e e) )与与e e的关系为三角的关系为三角形，可表示为：形，可表示为：其鉴相跨导为：其鉴相跨导为：通信电子线路

17、电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-20页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路第三节 鉴频器 一、鉴频电路的分类 1、调频调频- -调幅调频变换型调幅调频变换型 包络检波器线路简单、性能好包络检波器线路简单、性能好 调频波调频波 调幅调频波调幅调频波 检波检波 2、相移乘法鉴频型、相移乘法鉴频型 调频波调频波 调相调频波调相调频波 鉴相鉴相 3、脉冲均值型（零交点鉴频或脉冲计数式鉴频）、脉冲均值型（零交点鉴频或脉冲计数式鉴频） 把调频信号通过过零比较器变换成重复频率与调频信号瞬时频率把调频信号通过过零比较器变换成重复频率与调频信号瞬时频率相等的单极性等幅脉冲序列

18、，然后通过低通滤波器取出脉冲序列的平相等的单极性等幅脉冲序列，然后通过低通滤波器取出脉冲序列的平均值，这就恢复出与瞬时频率变化成正比的信号均值，这就恢复出与瞬时频率变化成正比的信号。斜率鉴频斜率鉴频 单失谐回路单失谐回路 双失谐回路双失谐回路相位鉴频相位鉴频比例鉴频比例鉴频通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-21页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路二、鉴频器的主要特性二、鉴频器的主要特性 能全面描述鉴频器主要特性的是鉴频特性曲线。输出电压能全面描述鉴频器主要特性的是鉴频特性曲线。输出电压u uo o( (t t) )输入输入信号瞬时频偏信号瞬时频偏

19、( (t t) )或或f f( (t t) )的关系曲线的关系曲线 fofuo(t)Bmf(t)uo(t)()()(ttuktofo 或：或： )()(2)(tfftukftfofo )(2)(tuktff 所以：所以：表明：要实现无失真鉴频，要求鉴频器表明：要实现无失真鉴频，要求鉴频器的输出电压与频偏成线性关系。的输出电压与频偏成线性关系。 （1 1）鉴频跨导：表明了鉴频特性曲线在原点处的斜率，）鉴频跨导：表明了鉴频特性曲线在原点处的斜率，反映了鉴频灵敏度。显然希望反映了鉴频灵敏度。显然希望S SD D值应尽可能的大。值应尽可能的大。 0| foDfdduS对鉴频特性曲线的主要要求：对鉴频特

20、性曲线的主要要求：（2）鉴频器的峰值频带宽度鉴频器的峰值频带宽度B max ，要求要求B max 应大于输入应大于输入FMFM波最大频偏摆波最大频偏摆动范围动范围 。 mf 2Bm2fm通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-22页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路三、斜率鉴频法三、斜率鉴频法0( )cos( )tFMcfutUtkfd 调制信号为调制信号为 u=f(t)调频波为调频波为对此式直接微分可得对此式直接微分可得 uFM包络检波uuoddt0( )( )sin( )tFMcfcfutuUk f ttkfddt 通信电子线路电路通信电子线路电路

21、湖南第一师范学院廖永忠第8-23页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路最简单的频最简单的频幅变换电路就是并联谐振回路，其工作特点：幅变换电路就是并联谐振回路，其工作特点：1、单失谐回路鉴频器FMFM信号工作在并联谐振回路的失谐区，即（信号工作在并联谐振回路的失谐区，即（ ），当），当FMFM波电流波电流流过回路时，由于瞬时频率随调制信号而变化，对于不同的瞬时频偏，流过回路时，由于瞬时频率随调制信号而变化，对于不同的瞬时频偏，失谐回路阻抗不同，失谐回路阻抗不同， 回路输出电压回路输出电压 振幅将随瞬时频偏振幅将随瞬时频偏 的变化而变化，即可完成的变化而变化，即可完成 变换。变

22、换。 1uopff AMFMFM )(tf f o)(tf 1umf fp利用失调回路中幅频特性曲线的倾斜部分来实现鉴频，解调后失真较大，是利用失调回路中幅频特性曲线的倾斜部分来实现鉴频，解调后失真较大，是一种原始类型的鉴频器，现已很少采用，但它对理解振幅鉴频器对一种原始类型的鉴频器，现已很少采用，但它对理解振幅鉴频器对FMFM波的解波的解调有很直观的意义。调有很直观的意义。 1u fpius(fo)通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-24页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路（1）、双失谐回路鉴频器原理图）、双失谐回路鉴频器原理图检波电路检波电路波

23、形变换波形变换LC回路：谐振在回路：谐振在 ,带宽较宽带宽较宽c0102c、与对称失谐cL1C1回路：谐振在回路：谐振在0101cL2C2回路：谐振在回路：谐振在0202c鉴频器输出电压是上下两鉴频器输出电压是上下两个检波器输出电压之差。个检波器输出电压之差。2、双失谐回路鉴频器、双失谐回路鉴频器通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-25页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路当输入调频信号的频率从当输入调频信号的频率从c向增大方向偏离时，向增大方向偏离时，L2C2 回路电压大，而回路电压大，而L1C1回路电压小，经检波后回路电压小，经检波后 u01u0

24、2，则鉴频器输出电压，则鉴频器输出电压 u0=u01-u020 。当输入调频信号的频率从当输入调频信号的频率从c向减小方向偏离时，向减小方向偏离时， L2C2回路电压小，而回路电压小，而 L1C1回路电压大。经检波后回路电压大。经检波后u01u02 ，则鉴频器输出电压，则鉴频器输出电压 u0=u01-u020 。通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-26页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路双失谐回路鉴频器的鉴频特性双失谐回路鉴频器的鉴频特性Bm0UofAf双失谐回路鉴频器双失谐回路鉴频器的输出是取两个带通响应之差，即该鉴频器的传输特性的输出是取两个带

25、通响应之差，即该鉴频器的传输特性或鉴频特性，如图中的实线所示。其中虚线为两回路的谐振曲线。从图看或鉴频特性，如图中的实线所示。其中虚线为两回路的谐振曲线。从图看出，它可获得较好的线性响应，失真较小，灵敏度也高于单回路鉴频器。出，它可获得较好的线性响应，失真较小，灵敏度也高于单回路鉴频器。通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-27页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路 两个失谐回路分别调谐于两个失谐回路分别调谐于35MHz和和40MHz。它们是共基放大器的负载回路。它们是共基放大器的负载回路。输入调频波输入调频波 ui从两放大器发射极输入，经共基放大，在

26、负载回路产生输从两放大器发射极输入，经共基放大，在负载回路产生输 出电出电压经检波器产生检波电流压经检波器产生检波电流I1和和 I2。在负载上得到电压为。在负载上得到电压为 （I1-I2）RL 。（2）、实用电路举例）、实用电路举例通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-28页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路六、相移乘法鉴频器六、相移乘法鉴频器由移相器将调频波变成调相调频波，然后经乘法器与原调由移相器将调频波变成调相调频波，然后经乘法器与原调频波进行相位比较，从低通滤波器取出原调制信号。频波进行相位比较，从低通滤波器取出原调制信号。1、相移乘法鉴频器

27、的组成、相移乘法鉴频器的组成通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-29页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路移相网络及其特性移相网络及其特性2101CCL2100CCRLRQLjRCjUjQRCjUUL1211100112002LQ 为广义失谐为广义失谐2 移相网络及其特性移相网络及其特性图中电容图中电容C1 1和单调谐回路和单调谐回路LC2R组成的分压传输移相网络，其组成的分压传输移相网络，其输出电压输出电压2为：为：LjCCjRCjULjCjRCjLjCjRUU111111111211121212令令则：则：在在0附近变化时：附近变化时：且且（1）

28、输出电压与输入电压的关系）输出电压与输入电压的关系通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-30页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路12( )1C RK( )arctan2 tan 00222LQ当当变化较小，即变化较小，即 arctan/6 (rad) 时时:( )( )cftK Ut0c cfLccLtUKQtQ2222（3）对于输入调频信号来说，其瞬时频率：）对于输入调频信号来说，其瞬时频率：移相网络及其特性移相网络及其特性（2）移相网络传输的幅频特性和相频特性）移相网络传输的幅频特性和相频特性如图（如图（b）所示：）所示：则：则：中心频率：中心频

29、率：则：则：通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-31页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路3 鉴频原理鉴频原理（1）输入信号：）输入信号：u1=U1mcosct + mf sint 是调制信号是调制信号: u(t)= Umcos(t) 的调频波。的调频波。21( )cossin( )mcfuKUtmt （2）经移相网络得）经移相网络得u2 ：12MiK u u21( )cossincossin( )MmcfcfK KUtmttmt 221111( )cos( )( )cos 2(sin)( )22MmMmcfK KUK KUtmt （3）经乘法器相乘

30、，乘法器输出电流为（设）经乘法器相乘，乘法器输出电流为（设u1、 u2均为小信号）均为小信号）通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-32页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路2011( )cos ( )2MLmuK KR U cfLmLMtuKQURKK22cos2121（4）经低通滤波器（设通带内传输系数）经低通滤波器（设通带内传输系数KL=1），在负载），在负载 RL上得输出电压：上得输出电压： cfLmLMtuKQURKK2sin2121若：若： radtuKQcfL62则：则： 2121cos2LfoMLmmcQ KuKKR UUt通信电子线路电路通信电子线路电路湖南第一师范学院廖永忠第8-33页电子教案第第8章章 调角信号的解调电路调角信号的解调电路用用MC1596MC1596构成乘积型相位鉴频器构成乘积型相位鉴频器 MC15968147102511 k0.047 351006912 V12 k3.3 k1 k120