第5章 角度调制与解调电路-3.ppt

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1、第 5 章角度调制与解调电路5.3.1限幅鉴频实现方法概述5.3调频波解调电路5.3.2斜率鉴频电路5.3.3相位鉴频电路5.3调频波解调电路1概念频率检波(鉴频)：调频波的解调相位检波(鉴相)：调相波的解调2作用从已调波中检出反映在频率或相位变化上的调制信号。鉴频鉴相采用的方法不尽相同，本章重点讨论调频波的解调鉴频。3特点限幅与鉴频一般联用统称限幅鉴频器。在调频接收机中，因多种原因(如频率特性不均、干扰等)会导致调频信号振幅发生变化。鉴频时，上述寄生调幅会反映在输出解调电压上，产生解调失真。解决办法在鉴频前加限幅器。5.3.1限幅鉴频实现方法概述一、鉴频电路性能要求1功能 将输入调频信号的瞬

2、时频率变换为相应解调输出电压。2鉴频特性 描述 vO 随瞬时频偏(f-fc)的变化特性，如图 5-3-1 所示。图 5-3-1鉴频特性3鉴频跨导鉴频特性原点处的斜率单位 V/Hz。SD 越大，鉴频器将输入瞬时频偏变换为输出解调电压的能力越强。4对鉴频电路性能要求 通频带大于调制信号的最高频率 max。在传输视频信号时，还必须满足相位失真和瞬变失真的要求。大的鉴频跨导 SD 满足线性和非线性失真的要求。二、鉴频的实现方法 利用反馈环路(例如锁相环)实现鉴频 利用波形变换 将输入的调频信号进行特定的波形变换，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。(

3、1)斜率鉴频器 将输入调频波通过具有合适频率特性的线性网络，使输出调频波的振幅按照瞬时频率的规律变化。通过包络检波器输出反映振幅变化的解调电压。图 5-3-2斜率鉴频器的实现模型图 5-3-15单失谐回路斜率频器(2)相位鉴频器 将输入调频波通过具有合适频率特性的线性网络，使输出调频波的附加相移按照瞬时频率的规律变化。相位检波器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。图 5-3-3相位鉴频器的实现模型(3)脉冲计数式鉴频器 调频波通过非线性变换网络变成调频等宽脉冲序列。由低通滤波器输出反映平均分量变化的解调电压。图 5-3-4脉冲计数式鉴频器的实现模型四、振幅限幅器

4、 作用：将寄生调幅的调频信号变换为等幅的调频信号。图 5-3-12振幅限幅器的作用 典型电路三极管振幅限幅器差分对振幅限幅器1三极管振幅限幅器(1)特性：丙类谐振放大器的放大特性。(2)电路：工作在过压状态的谐振功率放大器。图 5-3-12振福限幅器的作用5.3.2斜率鉴频电路一、失谐回路斜率鉴频电路1电路组成 单失谐回路(谐振回路对输入调频波的载波失谐)二极管包络检波器图 5-3-15单失谐回路斜率鉴频器2工作原理 将载波角频率设在谐振特性曲线倾斜部分中接近直线段的中点(O 或 O)。单失谐回路将输入的等幅调频波 vS(t)=Vsmcos(ct+Mfsin t)变换为幅度反映瞬时频率变化的调

5、幅调频波。通过包络检波器完成鉴频功能。斜率鉴频器3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，为扩大鉴频特性范围，多采用双失谐回路构成平衡回路斜率鉴频器。(1)电路图 5-3-16双失谐回路斜率鉴频器vO=vA V1-vA V2图 5-3-16 中，上谐振回路调谐在 f01，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 fc 的两侧，并且与 fc 间隔 f 相等，即 f=f01-fc=fc-f02。(2)鉴频特性设 A1()、A2()：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，则vO=vA V1-vA V2=VsmdA1()-A2()可见，当 V

6、sm 和 d 一定时，vO 随 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。d：上、下两包络检波器的检波电压传输系数(3)讨论合成鉴频特性曲线的线性：与两失谐回路的幅频特性形状有关；主要取决于 f01 和 f02 的位置。配置恰当，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。图 5-3-16双失谐回路斜率鉴频器 f 过大时，会在 fc 附近出现弯曲；f 过小时，线性段范围不能扩展。可证，若，鉴频特性的线性范围达到最大。为了实现线性鉴频，应限制 m BW0.7/4。二、集成电路中采用的斜率鉴频器图 5-3-17集成电路中广泛采用的斜率鉴频电路1电路L1C1C2：线性网络，作

7、用：f V 变换，输入调频调幅电压 v1(t)，v2(t)；T1T2：射随器；T3T4：三极管包络检波器，输出解调波；T5T6：差分放大器，放大解调电压。2原理图 5-3-18鉴频特性曲线 特性曲线如图 5-3-18(a)所示。1，L1C1并联谐振，v1m 最大，v2m 最小。2，L1C1C2串联谐振，v1m 最小，v2m 最大。合成鉴频特性曲线如图 5-3-18(b)所示。vO=A(v1m-v2m)A：增益常数，取决于射随器、检波器、差分放大器。可调元件 L1、C1、C2。5.3.3相位鉴频电路作用：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。实现电路叠加型乘积型模拟鉴相

8、器数字鉴相器由数字电路构成一、乘积型鉴相器1组成框图图 5-3-19乘积型鉴相器相乘器(例如双差分对平衡调制器)+低通滤波器。图 5-3-25乘积型相位鉴频电路T3 T9、D6：双差分对平衡调制器、实现乘积型相位鉴频电路。2工作原理设两个输入信号分别为除 90 固定相移外，它们之间的相位差为。则双差分对管输出差值电流(见式 4-2-23)为(5-3-19)(1)V2m 260 mV，上式简化为(见式 4-2-27)通过低通滤波器，滤除 2 及其以上各次谐波项，取出有用的平均分量，其值与 sin 成正比。设双差分对管的直流负载电阻为 RC，低通滤波器的传输增益为 1，则鉴相器的鉴相特性为(5-3

9、-20)式中，Ad 为鉴相灵敏度，单位为 V。图 5-3-20乘积型鉴相器的鉴相特性当|/12 时，sin，vO 与 成正比。故只能不失真地解调|为小值的调相信号。输入信号引入 90 的固定相移，目的是获得正弦的鉴相特性，以保证=0 时 vO=0，且上、下奇对称。(2)当 Vlm 和 V2m 均大于 260 mV近似表示为两个双向开关函数相乘，即 可画出两个开关波形相乘后的波形。通过低通滤波器，得到鉴相器的输出电压为，为在|/2 内的一条通过原点的直线，并向两侧周期性重复。3实现电路(1)电路图 5-3-25乘积型相位鉴频电路T1：射随器，将一路信号 vS 分为大小两路：大：接 T7，作用：保

10、证 T7、T8 为开关状态。小：经频相转换网络接 T3 T6，为相乘器小信号输入电压。T3 T9、D6：双差分对平衡调制器，实现乘积型鉴相。频相转换网络D1 D5：T2及双差分对偏置电路。(2)频相转换网络 电路(a)(b)图 5-3-26单谐振回路作为相频转换网络参见图 5-3-26(a)。将输入电压源 变换为电流源，如图 5-3-26(b)所示，其中，。则该网络就是在激励下的单谐振回路。输出电压 在 0 附近，网络的增益 A(j)可近似表示为或(5-3-25)或(5-3-25)式中，定义为广义失谐量，其中 幅频特性和相频特性曲线可根据式(5-3-25)画出，如图 5-3-26 所示。图 5

11、-3-26(3)鉴频特性 设频相转换网络谐振频率 0=c。电路中射随器 T1 和 T2 的增益近似为 1，则 v1(t)的振幅 V1m 近似等于输入调频信号 vs(t)的振幅 Vsm，v2(t)的振幅 V2m=(1/10)A()Vsm。(A()为频相转移网络增益)根据 vO Adsin，在双差分对管单端输出时，鉴频器的输出解调电压为(5-3-27)式中，A=arctan(5-3-20)根据上式画鉴频特性曲线，如图 5-3-27 所示。图 5-3-27鉴频特性曲线图 5-3-27 中，虚线是假设 A()为恒值时画出的特性，而实线则是按 A()的变化进行修正后画出的实际特性。可见，当广义失谐量 向

12、正、负方向增大时，由于 A()下降，实际特性出现正、负两个峰值，而后便近似按 A()的规律单调下降。若 arctan 限制在/12，即|0.27 时，由可近似认为A()A(0)=0C1R 若输入调频信号的瞬时角率(t)=c+(t)，且 0=c，代入上式，则 因而，由式(5-3-27)，可得式中，鉴相灵敏度。实现了线性鉴频。二、叠加型鉴相器图 5-3-23叠加型鉴相器电路1原理电路由两个包络检波器叠加后组成的叠加型鉴相器。2工作原理加到上、下包络检波器的输入信号电压分别为vi1(t)=v1(t)+v2(t)，vi2(t)=v1(t)-v2(t)假设 v1(t)=V1mcost，v2(t)=V2m

13、sin(t+)，则根据矢量叠加原理，vi1(t)和 vi2(t)可分别表示为：vi1(t)=Vm+(t)cost-1(t)vi2(t)=Vm-(t)cost+2(t)其中，可见，合成电压的振幅Vm+(t)和 Vm-(t)均与 有关，但它们之间的关系是非线性的。3解调电压输出 若包络检波器的检波电压传输系数为 d，则鉴相器的输出电压为 式中，以 Ksin 为变量，将上式用幂级数展开当 Ksin 为小量时，Ksin 的三次方及其以上各次方项可忽略，上式简化为(5-3-23)呈正弦鉴相特性。4实际电路(1)电路图 5-3-28耦合回路叠加型相位鉴频器电路 频相转换网络：L1C1 和 L2C2，互感耦

14、合双调谐回路。C0：隔直电容，对输入信号频率呈短路。L3：高频扼流圈，高频阻抗很大，接近开路，而对平均分量接近短路，为包络检波器提供通路。图 5-3-28耦合回路叠加型相位鉴频器电路(2)原理 两个输入信号叠加后加到包络检波器而构成的叠加型鉴相器。1 路：调频信号 vS(t)经 T、一次回路 L1C1 上产生电压v1(t)，通过互感耦合在二次回路 L2C2 上产生电压 v2(t)。2 路：v1(t)又通过 C0、高扼圈 L3 和滤波电容 C 通地，形成闭合回路，在这个回路中，v1(t)几乎全部加到 L3 上。图 5-3-28耦合回路叠加型相位鉴频器电路实际加到上、下包络检波器的输入电压分别为 v1(t)+v2(t)/2 和 v1(t)-v2(t)/2。符合叠加型相位检波器对输入电压的要求。(3)幅频、相频特性可证，频相转换网络的幅频、相频特性(5-3-32)图 5-3-29互感耦合回路(4)解调电压 根据叠加型鉴相器的鉴相特性(5-3-23)解调电压为式中，(5)鉴频特性曲线 图 5-3-30叠加型鉴频特性曲线如图 5-3-30 所示。虚线为 V2m 为恒值时的特性。实线是按 V2m=V1mA()修正后画出的实际特性。