第四章调频解调模块制作与调试

4.3解调器模块制作与测试无线电接收机的组成框图本机振荡器高频放大器混频器中频放大器

振幅检波器低频放大器超外差式无线电接收机的框图检波:从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号。AM---包络检波与同步检波

调幅广播,电视机视频信号检波(早期黑白包络\同步检波)FM---鉴频调频广播,电视机伴音的解调PM---鉴相雷达模拟信号的解调:检波器的输入输出波形检波器把波形包络检出来检波器uiu0图检波器检波前后的频谱调幅波检波器检波前后的频谱高频低频从图可以看出，检波是调幅的逆过程,则其频谱变换也与调幅相反，即把调幅波的频谱由高频不失真地搬到低频，可见，检波器也是频谱搬移电路。检波的分类二极管检波器三极管检波器检波器件信号大小小信号检波器大信号检波器工作特点包络检波器同步检波器图检波器的组成部分检波器的组成非线性器件进行频率变换，低通滤波，取出低频(类似调幅方法)

4.3.1调幅解调电路测试t调幅波调幅波频谱ωc+Ωωc-Ωωcω输出信号频谱Ωω包络检波输出t非线性电路低通滤波器t调幅波t调幅波t调幅波包络检波输出t包络检波输出t包络检波输出t1包络检波

从已调波中检出包络信息，只适用于AM信号,ui≥500mVtusO(a)uo'Ot(b)(1)工作原理(c)峰值包络检波(PeakEnvelopeDetection)

R为负载电阻，它的数值较大；C为负载电容，它的值应选取得在高频时，其阻抗远小于R，可视为短路，而调制频率(低频)时，其阻抗则远大于R，可视为开路。此时输入的高频信号电压较大。由于负载电容C的高频阻抗很小，因此高频电压大部分加到二极管D上非线性器件低通滤波器峰值包络检波(PeakEnvelopeDetection)充电时间常数放电时间常数在高频信号正半周，二极管导电，并对电容器C充电。由于二极管导通时的内阻很小，所以充电电流很大，R很大,所以放电时间很长-充电-放电图4.3.1二极管检波器的原理图和波形图UDCuΩ(t)tuo(t)Δucui(t)uo(t)

ui(t)与uo(t)t检波器的实际输出电压为：uo(t)+Δuc=

uΩ(t)+UDC+Δuc当电路元件选择正确时，高频纹波电压Δuc很小，可以忽略，输出电压为：uo(t)=uΩ(t)+UDC包含了直流及低频调制分量。

图4.3.1二极管检波器的原理图和波形图uA低频信号中的直流如何滤掉?加隔直电容tt0uI(t)UimuA(t)UΩm0t0uΩ(t)UΩm包络检波仿真:包络检波电路:包络检波电路是一种非相干解调电路,这种电路结构简单,由一个二极管和一个低通滤波器组成,但其缺点是检波效率和灵敏度非常低,视频损失严重且拍频干扰较严重,这种电路在早期的黑白电视机中采用,由于其严重的缺点,人们后来采用了性能较前者优性很多的模拟同步检波电路。:1)电压传输系数(检波效率)电压传输系数的定义为

用近似分析法可以证明

为电流通角，其值为：R为检波器负载电阻；为检波器内阻。(2)性能指标电压传输系数(检波效率)、输入电阻和失真。显然,检波器的电压传输系数越大,则在同样输入信号的情况下,输出信号就越大,即检波效率高。一般二极管检波器Kd总小于1，Kd越接近于1越好。2)等效输入电阻检波器的等效输入电阻定义为式中，为输入高频电压的振幅；

为输入高频电流的基波振幅。通常

由于二极管输入电阻的影响，使输入谐振回路的Q值降低，消耗一些高频功率。这是二极管检波器的主要缺点。3)失真

理想情况下，包络检波器的输出波形应与调幅波包络线的形状完全相同。但实际上，二者之间总会有一些差别，亦即检波器输出波形有某些失真。产生的失真主要有：①惰性失真(inertiadistortion，failtofollow)；②负峰切割失真(negativepeakclippingdistortion)；③非线性失真；④频率失真。A.惰性失真(对角线切割失真)原因:这种失真是由于负载电阻R与负载电容C的时间常数RC太大所引起的。这时电容C上的电荷不能很快地随调幅波包络变化。参阅图5.21，在调幅波包络下降时，由于RC时间常数太大，在图中时间内，输入信号电压总是低于电容C上的电压，二极管始终处于截止状态，输出电压不受输入信号电压控制，而是取决于RC的放电，只有当输入信号电压的振幅重新超过输出电压时，二极管才重新导电。这个非线性失真是由于C的惰性太大引起的，所以称为惰性失真。为了防止惰性失真，只要适当选择RC的数值，使C的放电加快，能跟上高频信号电压包络的变化就行了。调制信号Ω越高、ma越大，则包络下降速度越快，越易产生惰性失真为避免产生惰性失真:uC

变化的速度应比高频包络变化的速度快.不产生惰性失真的条件工程上可按下式计算惰性失真仿真是指耦合电容Cc通过电阻R放电，对二极管引入一附加反向偏置电压，导致二极管截止而引入的失真。B.负峰切割失真(底边切割失真)负峰切割失真波形动画演示负峰切割失真(底边切割失真)这种失真是由于检波器的直流负载电阻R与交流(音频)负载电阻不相等，而且调幅度又相当大时引起的。图考虑了耦合电容和低放输入电阻后的检波器失真的原因和确定造成交、直流负载电阻不同的原因是隔直流电容的存在

隔直电容Cc数值很大，可认为它对调制频率Ω交流短路，电路达到稳态时，其两端电压VC≈Vim。图考虑了耦合电容和低放输入电阻后的检波器不产生这种失真的条件。交、直流负载电阻越悬殊，越容易发生该失真。ma越大，越容易发生该失真。

失真最可能在包络的负半周发生。假定二极管截止，Cc将通过R和Ri2缓慢放电，相对于高频载波一个周期内，其电压VC≈Vim将在R和Ri2上分压。直流负载电阻R上的电压为负峰切割失真原因:uim(1-ma)>交流电阻直流电阻负峰切割仿真减小交、直流负载电阻值差别负峰切割失真解决方法：检波器的直流负载

RL=RL1+RL2；交流负载

RΩ=RL1+RL2∥Ri2；当RL一定时，RL1越大，交直流负载的差别就越小，但输出低频电压也越小；一般取RL1/RL2=0.1~0.2。图中电容C2是用来进一步滤除高频分量的。VD+-uiCRL1RL2C2CCri2+-uΩVim（1-m）V

imV

RVRVRV

RV

RV

R考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路③非线性失真这种失真是由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。

如果负载电阻R选得足够大，则检波管非线性特性影响越小，它所引起的非线性失真即可以忽略。1.锁相环路早在20世纪30年代就已提出，并被用于同步接收机中.同步是通信、电视等电子设备中一个重要的实际问题。当采用同步检波和相干解调时，接收端需要一个与调制载波同频同相的相干载波。获得这个相干载波过程就叫载波提取，或称载波同步。X调幅波uAM=UCM(1+macosΩt)cosωCt

相干载波ur=Urm

cos

ωCt低通滤波uΩ可以用锁相环路实现同频同相2.同步检波同步检波：已调波：AM，DSB，SSB电视发射系统中,图象信号是调幅而且为了压缩图象信号所占的频带宽度,采用单边带形式,又考虑到接收机复杂性和高成本希望能用接收普通调幅波的形式去接收图象信号.这就要求在发射单边带图象信号的同时,发送部分载波和被抑制的边带信号.这种组合称为残留边带形式.同步检波器主要用于对载波被抑止的双边带或单边带信号进行解调。它的特点是必须外加一个频率和相位都与被抑止的载波相同的电压。外加载波信号电压加入同步检波器可以有两种方式：一种是将它与接收信号在检波器中相乘，经低通滤波器后，检出原调制信号，如图4.3.5（a）所示；另一种是将它与接收信号相加，经包络检波器后取出原调制信号，如图4.3.5(b)所示。图4.3.5同步检波器方框图非线性器件同步检波：本地载波与输入信号载波的角频率必须相等外，乘积检波称为“同步检波”在理想情况下，希望二者的相位也相同。否则输出幅度将有衰减同步检波器又称相干检波器，由模拟乘法器和低通滤波器组成；但需要输入同步信号，和载波同频同相.4.3.2调频解调模块制作与测试鉴频方法综述将调频信号中的调制信号提取恢复的过程即调频信号的解调，又称鉴频，由鉴频器完成。常用的鉴频器有相位鉴频器、比例鉴频器、脉冲计数式鉴频器和符合门鉴频器。在分别予以介绍之前，首先介绍一下鉴频器的性能指标。鉴频器的性能指标(1)鉴频跨导鉴频器的输出电压与输入调频波的瞬时频率偏移成正比，其比例系数称做鉴频跨导。图4.3.6为鉴频器输出电压U与调频波的频偏之间的关系曲线，称为鉴频特性曲线。它的中部接近直线的部分的斜率即为鉴频跨导。它表示每单位频偏所产生的输出电压的大小。我们希望鉴频跨导尽可能大。(2)鉴频灵敏度主要是指为使鉴频器正常工作所需的输入调频波的幅度，其值越小，鉴频器灵敏度越高。（3）鉴频频带宽度从图4.3.6看出，只有特性曲线中间一部分线性较好，我们称为频带宽度。一般要求大于输入调频波频偏的两倍，并留有一定余量。(4)对非线性失真的抑制能力。尽可能减小产生调频波失真的各种因素的影响，提高对电源和温度变化的稳定性。鉴频的方法很多，但主要可归纳为如下几类：第一类鉴频方法是斜率鉴频，将等幅调频波变换成幅度随瞬时频率变化的调幅波(即调幅-调频波)．然后用振幅检波器将振幅的变化检测出来。相位鉴频的关键是实现频率-幅度的线性变换网络。第二类鉴频方法是相位鉴频，将等幅调频波变换成相位随瞬时频率变化的调相波(即调相-调频波)，然后用相位检波器将相位的变化检测出来。相位鉴频的关键是实现频率-相位的线性变换网络。第三类鉴频方法是脉冲计数式鉴频，对调频波通过零点的数目进行计数，因为其单位时间内的数目正比于调频波的瞬时频率。这种鉴频器的最大优点是线性良好。鉴频的方法电路模型

脉冲计数式鉴频器

图

脉冲计数式鉴频器角度解调

首先将输入调频波通过限幅器变为调频方波，然后微分变为尖脉冲序列，用其中正脉冲去触发脉冲形成电路，这样调频波就变换成脉宽相同而周期变化的脉冲序列，它的周期变化反映调频波瞬时频率的变化。将此信号进行低通滤波，取出其平均分量.角度解调4.4自动增益控制电路（AGC）测试在无线通信中，由于接收机一般都处于移动的状态，因此其接受信号的距离也在不断变化，这就造成了接收信号的强弱变化。若放大器增益固定，则造成：(1)使后级放大器偏离线性区,信号失真；如：电视信号的同步头被压缩或消去,使同步失控。严重时,产生大信号阻塞(进入截止、饱和区)；(2)增加混频组合频率干扰和放大器非线性失真。为了保证良好的接受效果，要求在接受弱信号时保证有一定的信