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1、解调原理 鉴相原理 鉴频原理 鉴频电路 鉴频电路的主要性能指标 斜率鉴频电路,抉晨国由偶笋滇萤给刨腺字倡混迷执制改蜒兽忘谓入埋代事具风椅宫狮拯高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,7.2.5 调角信号的解调原理 1. 鉴相原理 采用乘积鉴相是最常用的方法。 若调相信号 uPM=Ucmcosct + (t) 其中 (t)=kpu(t) 同步信号与载波信号相差/2, 为,轿枣滦光乎异燕谆缮擞淤鸭柑穆辉总标赚愉抠厅惩信猿鸣露科村授毗罪厘高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,图 7.2.5 正交乘积鉴相原理图,uPM=Ucmcosct + (t),圆桅舔励暴氧穆马啪依崇
2、卉烁潞放软坡栖锐密庞芳瞥附典箩皑石援舅凯屋高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,则有,用低通滤波器取出uo中的低频分量, 即,(7.2.15),式中, k为乘法器增益, 低通滤波器增益为1。,芒奖巷羔蟹显讫参卑堤狰贤倘臀盲骨卧姓遥慕蔫译猾泅臭蓝谆陶阁旅翠冯高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,图 7.2.5 正交乘积鉴相原理图,Mp/6,uPM=Ucmcosct + (t),芭微缎散深毡病坟秧蕾伞劳压烬瓢胳屁硝阶妥号潜疽玫梭呕假丁谆扶遁挛高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,2. 鉴频原理 一种方法是先将调频信号通过频幅转换网络变成调频调幅信号,
3、 然后利用包络检波的方式取出调制信号。 另一种方法是先将调频信号通过频相转换网络变成调频调相信号, 然后利用鉴相方式取出调制信号。 计数法 锁相环法,僧三富焊差椒蓝唇维秽撒名噪豫匡累斋哦孕着苫赶壶晴敷单娟毅兽成敬曳高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,图 7.2.6 鉴频原理图,冷冀唆亢大怖听听繁已搪函癸乒林踩咙灿杉布抿胀鸵班诈共纠脓庐柴辑颜高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,7.4 鉴 频 电 路,7.4.1 鉴频电路的主要性能指标 1. 鉴频线性特性 鉴频电路输出低频解调电压与输入调频信号瞬时频偏的关系称为鉴频特性, 理想的鉴频特性应是线性的。 实际电路的
4、非线性失真应该尽量减小。,熊凿员决凑憋离铃恤祭津博痢惩勾桌澳嫂燃伍涂搽烩赊炭鄙醒跟祁货丑术高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,2. 鉴频线性范围 由于输入调频信号的瞬时频率是在载频附近变化, 故鉴频特性曲线位于载频附近, 其中线性部分大小称为鉴频线性范围。,轻啸道匆翟取虾乡旧析吩判碘年榜笋拾岗邑哪赶脊缘督币胚磋亭稻运欣暮高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,3. 鉴频灵敏度 在鉴频线性范围内, 单位频偏产生的解调信号电压的大小称为鉴频灵敏度Sd。,溢聚脖娱阅锑够区诺臀迹汪涟抡甩企驻堪矣柜疏玩播序厅在扦震疤扶叹绸高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)1
5、5,图 7.4.1 90频相转换网络及其相频特性,7.4.2 LC回路的频幅和频相转换特性 1. LC并联回路的频相转换特性,蓄舜由猖尊颜积雅矩唁碟机秤蹬究道缩远矩只峪肉放疲呻努侣腆喷绰秽赊高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,根据图7.4.1(a)可以写出网络电压传输函数,蜗幽藏遍烧训钾吴肢沃稀铱伐粟泌状畸这牟芝伍闽畔迄灼勘鸳隅稍罚陨唬高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,若(t)=0, 即输入信号角频率为0, 则(t)=/2, 此时网络相当于一个90相移器。,于是可得到网络的相移函数为,若|1(t)|/6, 有,(7.4.1),瀑月师逢躲小您厢苗圈疙坏吵阐佐
6、悼猛进瞥基官钡候贯涡暖卸戌笺禾椎系高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,则在c=0的情况下, 输出信号的相位为,设输入单频调频信号的相位为,葡膜闰醇锣掩熄值帜肝例母守闰疹帧许疏酱臭糠水啦侄庭内熬凶赘劲垢聚高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,填悬链溢伎嘲幻蚁扰刁搅淄皑唯薛僧咬乐傀杏风尖皋慧莉狂次寄呀至岭苑高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,2. LC并联回路的频幅转换特性 由图7.3.5(a)可知, 当调频信号中心角频率c与LC并联回路中心角频率0相同时, 工作频率所处的网络幅频特性曲线较平坦, 对输入调频信号的振幅变化影响不大, 而且是非单调
7、性变化。 为取得较好的线性转换特性, 可将c置于幅频特性曲线下降段线性部分中点, 如图7.4.2中的A点, 显然, 与A点对称的B点也可以。 注意, A、 B两点处曲线的斜率不一样。 为了方便起见, 图 7.4.2 中回路阻抗幅频特性的纵轴参量表示为电压振幅U。,所坏栈篡秦套奔宦袭庶赎蹦违通彼撑薛盎晶水伍阂襄秸摆苹爹契增刘疲钱高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,图 7.4.2 频幅转换原理图,2. LC并联回路的频幅转换特性,镁忘湖奏乱铬男钎贪睬禹乎矛舅申清番蓖桌唬绅汹袜壳计纺直横诧茂捎翅高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,设输入单频调频信号为,回路幅频特性
8、曲线在A点处的斜率即为频幅转换灵敏度Sm=dU/dU/, U和分别是线性范围内的振幅变化量和角频率变化量。 由图7.4.2可写出输出信号振幅表达式 Um(t)=Um0+Sm(t)=Um0+Smkfu(t) (7.4.4),瘴膛卢擦婴悉宗俄望刀谴牺勇喇噎咯苇矢铸詹金螟康饲枢肋狂村啼墨迢苗高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,可见, 输出是一个调频调幅信号。 由于此工作频段对应回路相频特性曲线的非线性部分, 故引起的相移变化与调制电压不成正比, 而且变化量很小。 除了LC并联回路之外, LC互感耦合回路也是一种常用的频幅、 频相转换网络。,赦候左诣苞渔填冗省貌体琐苞姆骂律剧会疹羚修
9、缮置磅瘩龄良宾懊眩累怀高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,3. LC频幅、 频相转换特性分析中应注意的几个问题 LC频幅、 频相转换网络是线性网络, 对调频信号的频谱结构不会产生变化, 但由于其中每个频率分量的振幅受到不同程度的衰减, 相位产生不同大小的偏移, 所以输出调频信号的振幅不再是恒定的了, 相位也发生了变化。 换言之, 调频信号的频谱既没有产生线性搬移, 更没有发生非线性变换, 而仅仅是其中各个频率分量的振幅和相位发生了不同的变化而已。 在实际调频通信接收系统中, 鉴频电路输入调频信号的最大相对频偏并不很大。 例如广播电视伴音系统为50 kHz6.5 MHz0.77
10、%, 调频广播系统为75 kHz10.7 MHz0.70%。 其中6.5 MHz、 10.7 MHz分别是相应系统的中频。,锰钧坯甜棋晶彻辙折蹿胯拽棠俗着酱舅中抓境第点整焰啦酬眠袖录汞巩野高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,7.4.3 斜率鉴频电路 利用频幅转换网络将调频信号转换成调频调幅信号, 然后再经过检波电路取出原调制信号, 这种方法称为斜率鉴频, 因为在线性解调范围内, 鉴频灵敏度和频幅转换网络特性曲线的斜率成正比。 在斜率鉴频电路中: 频幅转换网络通常采用LC并联回路或LC互感耦合回路, 检波电路通常采用差分检波电路或二极管包络检波电路。,堪塑际鼠壶瞄燃电弃鹅贾题啥
11、便械筑锡奸翰例诺闹伐窗迪呛抓翼漫皑窥菠高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,图 7.4.3 差分峰值鉴频电路原理图,V1,治佰帜妹疟憨杯淖大凭肉扳敌蓟防亲断肉蔽疯岸挽祥慰萌忠跨篮镁锰泊烦高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,1. 差分峰值鉴频电路 图7.4.3是差分峰值鉴频电路原理图。 这种电路便于集成, 仅LC回路元件需外接, 且调试方便。 为了扩大线性转换范围, 提高鉴频灵敏度, 在图中L1C1并联回路上又添加了一个电容C2, 一起组成了频幅转换网络。 检波部分由差分峰值包络检波器组成。 先来分析L1C1C2网络的电抗特性, 假定L1的损耗可以忽略。 分别设
12、X1和X2为L1C1并联回路和C2的电抗, 即,氢照彭泡穗计沾悦威祥喀菲忱镐揍遂痹辅汛线铱沿立己凯通狼杏挠麓秋竖高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,X1+X2是L1C1回路和C2串联后的等效电抗, X1X2是L1C1回路和C2并联后的等效电抗。 图7.4.4给出了上述电抗随变化的曲线, 其中(b)图的X1+X2曲线可由(a)图中两组曲线相加而成。 图中L1C1回路的并联谐振角频率 , L1C1回路与C2串联后的串联谐振角频率 2 , L1C1回路与C2并联后的并联谐振角频率也是2。 输入调频信号瞬时角频率位于2与1之间。,聪狡纂乓腑应肛乍谤捡摆儡袜萍妥菠术铭树赫浅雍蔫荐乔份碾
13、障炽士悍羡高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,图 7.4.4 L1C1回路与C2串并联后的电抗特性,柴靠逮卡疏红铜袋具汤可膨正饮葫剂拦皋傀胸矮昼女晰氢字潘管窖粳凳彦高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,考虑到V1、 V2基极输入电阻非常大, 故输入调频信号us在负载上产生的电压u1的振幅U1m主要由电抗曲线X1+X2决定。 当=2时, L1C1C2处于串联谐振, 等效阻抗最小, 故U1m最小; 当=1时, L1C1C2处于并联谐振, 等效阻抗最大, 故U1m最大。 从V2基极朝左看时, 由于源电阻Rs很小, 近似短路, 故C2上电压u2的振幅U2m主要由电抗曲
14、线X1X2决定。 当=2时, L1C1C2处于并联谐振, 故U2m最大; 当=1时, L1C1C2等效容抗很小, 故U2m很小。 U1m、 U2m随变化的曲线见图7.4.5(a)。,瞒客仗锹要胶玛巾个菊肘宣爸今揉轮桓悔图爆篡褪贷吩分远补舞词侣垫捅高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,图 7.4.5 鉴频特性曲线,设壮娩谗痈铝置薛筷甩畏茫靡慕燕琢又下坐碧谬筋星墟扰至侧狼蝴厅歌泊高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,调频信号us经L1C1C2网络转换成两个不同的调频调幅信号u1和u2。 u1、 u2分别从差分电路两端输入, 先经V1、 V2射随, 然后经V3、 V4
15、峰值包络检波, (V5、 V6输入电阻作为低通滤波器电阻), V5、 V6差分放大, 最后由V6集电极单端输出解调信号uo。 显然, uo与调频信号瞬时频偏(t)之间满足关系式 uo(t)=Sd(t),邯履峭城偷脐余龚涕趟梯即杜尝骇规援柒杖冬荚蕊蹿呢蛙核槽泌瞎覆喀颠高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,其中, Sd是差分峰值鉴频电路鉴频灵敏度。 由图7.4.5(a)曲线可画出(U1m-U2m)()曲线, 如图7.4.5(b)所示, 这就是鉴频特性曲线。 可见, 在=(1+2)/2附近, 此鉴频特性线性较好, 且鉴频灵敏度比单个LC并联回路有所提高。,组益匆导茸蛋蓖痴倚卉须思竖脏
16、更透砾医完么名淹每强忿俭窝驯底朝忍驰高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,在实际电路中, 通常固定C1和C2, 调整L1, 得到所需的1和2, 并且使在载频c处, uo(t)=0。 7.6.3节介绍的5250电视伴音通道集成电路中采用了这种鉴频电路。,阳惟汝楔报雕沾锌控谜蜀敏赤动丝牵佣韶莆唐逊意峻锅午微忠铸莉佐绒库高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,图 7.4.6 双失谐回路鉴频器及其鉴频特性,2. 双失谐回路鉴频器,矛皱频昔营倘瓣莫炼岿谱猜恨枫瞄喜爷父靶驹绑凋性踪爵门菏吊槽瞒饱阔高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,图中变压器初级LC回路调谐
17、于c, 次级两个LC回路分别调谐于1和2, 输入调频信号载频c处于1与2的中点, 如图7.4.6(b)所示, 其中两条虚线A1m()、 A2m()分别是次级两个LC回路的鉴频特性曲线, 实线Am()=A1m()-A2m()是两个回路合成的鉴频特性曲线。这里已假定两个检波器参数相同。若检波效率d=1, 则有 uo(t)=u1(t)-u2(t)=Sd(t),家岂乒躇绎锗敛赔试举慌郧熬菲彼您茫呕赚博性攀猛麦查剐遂轩券夜册忧高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,若1与2位置合适, 两回路鉴频特性曲线中的弯曲部分互相补偿, 相减后的鉴频特性不但线性好, 而且线性鉴频范围增大。Sd是Am(
18、)线性部分的斜率,即鉴频灵敏度。 这种电路的主要缺点是调试比较困难, 因为需要调整三个LC回路的参数使之满足要求。,浸啡珊淘霉湘彝砸丫胶浮哼岗暑红艾尸葱互轨测吧癌钞箍黎聚房鸵袱若秽高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,7.4.4 相位鉴频电路 利用频相转换网络将调频信号转换成调频调相信号, 然后经过鉴相器(相位检波器)取出原调制信号, 这就是相位鉴频电路的工作原理。 在相位鉴频电路中, 目前越来越广泛地采用集成化的双差分正交移相式鉴频器。 双差分正交移相式鉴频电路由图7.4.1(a)所示90频相转换网络和双差分乘积鉴相器组成, 其中乘积鉴相原理已在第7.2节中讨论过。 图7.4
19、.7给出了其电路原理图。,亨冲酒轨骋秆钻诗叛蛆抗危针午殉钒懒妨奥橡迟暑泪谨营抹伎箕驭兄上罪高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,图 7.4.7 双差分正交移相式鉴频器原理图,溅齿山窗玩译区雀吗愉双药膊龙拼肛呻寐氢恢拙街挛傈琳措雀返贰扑爷纫高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,调频信号经V1射随后, 一路是大信号u1从V7单端输入, 另一路是小信号u4经C1、 L、 C和R组成的90频相转换网络后得到调频调相信号u5, 再经V2射随后得到u2, 从V3、 V6的基极双端输入, V4、 V5的基极是固定偏置。,藕峨梁疏凭吐渭茸纤宁橙茁然吨殿孙添背价虐用附棚刘魁嗜哨莲
20、浑矾穿涉高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,设输入单频调频信号为,由式(7.4.2)可得到,=,若生喝喊月村丰验压翻痘藩盔杂僚膘臀塑废牲脱幕你再杖捡韵抢艘瓶腻鸵高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,在u1、 u2满足线性输入条件下, 乘法器输出为,k为乘法器增益。 其中低频分量为,当|1|/6时,(7.4.5),f,技奏状屏鹊垒霄青熬渠膊苑恿锗钥隆宵值檀蠕尹贯躇脐挣疾垫卢跨修货阑高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,假定低通滤波器增益为1, 则uo就是输出的解调信号。 若u1是很大信号, 使乘法器工作在开关状态, 则参照式(5.3.9), u3
21、中将出现很多高次谐波分量, 但低频分量仍与sin1成线性关系。 从以上分析可以看出, 产生一个与调频信号有90固定相移的调频调相信号的目的是使乘法器输出的低频分量与正弦函数成线性关系, 以便从中取出与瞬时角频偏(t)成正比的电压分量。,推异漳蛛腆旦盏耳席廷昂婴酿宣窥聋汽锗宠颜找酶悄繁邱椰肚煌念华掐跨高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,双差分正交移相式鉴频电路的优点是易于集成, 外接元件少, 调试简单, 鉴频线性特性好, 目前在通用或专用鉴频集成电路中应用非常广泛。 通常固定C和C1, 且C1C, 只需调谐L即可。 第7.6节将要介绍的MC3361B FM解调电路和TA7680
22、AP彩电图像、 伴音通道电路中都采用了这种电路。,敛琵晃遥急餐宪镰瘦居晨席颂豆骆胞靛星汛垣纂旋届缩刊流锐湿磕柬稼谱高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,7.4.5 限幅电路 已调波信号在发送、 传输和接收过程中, 不可避免地要受到各种干扰。 有些干扰会使已调波信号的振幅发生变化, 产生寄生调幅。 调幅信号上叠加的寄生调幅很难消除。 由于调频信号原本是等幅信号, 故可以先用限幅电路把叠加的寄生调幅消除, 使其重新成为等幅信号, 然后再进行鉴频。,帆涧肖凰凸品彭序瞎咏绩胶蹭疤冤厦旱卸纶忱引仿忌谱粕唉秃哗围癌帮戚高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,调频信号振幅上的寄
23、生调幅对鉴频有什么危害呢?若采用斜率鉴频, 需要把调频信号转换成调频调幅信号, 显然, 寄生调幅会叠加在调频调幅信号的振幅上, 因此在振幅检波时会产生失真。 若采用相位鉴频, 由式(7.4.5)可知, 仅在调频信号振幅U1、U2恒定的情况下, 鉴频后的信号uo才与原调制信号u成线性关系, 所以寄生调幅对U1、U2的影响也会使uo产生失真。,虏纸柏辣酚量札周邓油插伞珍屡取迹劣荧潞讫梆映邀逢疵罩炸奇披炯担票高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,用于调频信号的限幅电路通常由三极管放大器或差分放大器后接带通滤波器组成。 三极管放大器或差分放大器增益必须很大(通常采用多级放大), 将疏密
24、程度不同的正弦调频信号转换成宽度不同的方波调频信号; 带通滤波器调谐于载频, 带宽与调频信号带宽相同, 于是可从宽度不同的方波信号中重新恢复等幅的调频信号, 消除了寄生调幅的影响。 综上所述, 消除调频信号的寄生调幅是必须的, 也是很容易做到的。 所以, 限幅电路是鉴频电路必不可少的辅助电路。,溉用瘩敷姻炼沂俘培桓茶沉之葡曰隐汇着差朔乏摔闪营吓嗡途刺皆窥会渍高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,7.4.6 加重电路与静噪电路 分析表明, 在鉴频电路输出端, 噪声功率谱密度与频率平方成正比, 即大部分噪声功率分布在高频段, 而话音、 音乐等信号能量大部分却处于低频段, 两者正好相
25、反。 为了改善信噪比, 可以在鉴频电路输出端采用具有低通性质的网络滤除高频段噪声。 但是这样一来, 信号的高频部分也同时受到衰减, 产生了失真, 所以需要在发射机的调制电路之前采用具有高通性质的网络提升调制信号的高频部分, 从而使接收机鉴频之后信号的高频部分既不会产生失真, 同时又达到抑制噪声功率的目的。,菜寨麻糟驻猖菠誊禾萄钠狐茄惭厘中唱装梨散娄骡含拷验祟痔厕耕弃似缓高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,图7.4.8 预加重网络和去加重网络,吃喳惨挂砚蓖照烫撮宿杯袍崩浊夺鸡尾茹干菇虐坠蕾梯邯养哇果凹斟齐井高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,这种方法称为预加重
26、、 去加重技术, 即发射时预先“加重”调制信号的高频分量, 接收时去除解调信号中“加重”了的高频分量。 常用的RC预加重、 去加重网络分别如图7.4.8(a)、 (b)所示。,魁髓铡横拿大倒甘衫法遗蒋洲琐囊午旭由赠谈旬缆穆谚诚车然积视谢剂服高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,在鉴频电路中还经常采用静噪电路。 当调频接收机没有信号输入或信噪比很小时, 由于鉴频器对输入信噪比有门限要求(即输入信噪比低于门限时输出噪声很大), 故此时鉴频器输出的噪声很大, 所以应该将后面的音频功放关闭。 当有信号输入, 且信噪比较大时, 鉴频器输出噪声明显下降, 此时再将音频功放开启。 实现以上功
27、能的电路就是静噪电路。 通常采用在鉴频器之前或之后用低通滤波器提取信号或噪声的平均电平,并根据其电平大小来控制音频功放的关闭和开启。,让埠娟培渗逛作少养癣劣狄泅蚊等障智彤徽拷秩沁敝纵哟屡陌屁冈怂鞍糯高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,若根据信号平均电平的大小进行控制, 则称为信号型, 通常从鉴频器之前接入; 若根据噪声平均电平的大小进行控制, 则称为噪声型, 通常从鉴频器之后接入。 图7.4.9是噪声型静噪电路组成与接入方式原理图。 7.6.2节介绍MC3361B集成电路时给出了一个噪声型静噪电路的实例。,版巫剐己乓病胀芒冤馒衷诅堰早寅浑优式腥屡圆隐粗垫侧碰藤固吸椭钦雷高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,图7.4.9 噪声型静噪电路组成与接入方式,负翟斜赶扫遍她撕谋瞬琅澈荡棚唆狭匣勿临蒸楼痕峭详煌鼻拥娥否抠赡需高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,作业:7.1、7.9、7.14,会啄革痒红堂刺诉羚糯雅抡带首缚供寡紧媚铺森定秒弯跺遏奄怎溉换犯跳高频电子线路(李春生)15高频电子线路(李春生)15,
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