第5章 角度调制与解调电路-3

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。,(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,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,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+Mfsint)变换为幅度反映瞬时频率变化的调幅调频波。,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=vAV1-vAV2,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=vAV1-vAV2=VsmdA1()-A2(),可见，当Vsm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mBW0.7/4。,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，作用：fV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。,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,T3T9、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)V2m260mV，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,(5-3-20),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260mV,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：保证T7、T8为开关状态。小：经频相转换网络接T3T6，为相乘器小信号输入电压。,T3T9、D6：双差分对平衡调制器，实现乘积型鉴相。,频相转换网络,D1D5：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5-3-26,(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vOAdsin，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)=V2msin(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,