资源描述
单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,。,5.3调频波解调电路1概念频率检波(鉴频)：调频波的解调,1,5.3.1,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,v,O,随瞬时频偏,(,f,-,f,c,),的变化特性，,如图,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,。,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,2,4,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,S,D,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(第,5,章),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。,4对鉴频电路性能要求 通频带大于调制信号的最高频率,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,(1)斜率鉴频器 将输入调频波通过具有合适频率特性的线,4,(,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。,(2)相位鉴频器 将输入调频波通过具有合适频率特性的线,5,图,5,-,3,-,5脉冲计数式鉴频器的组成方框及其各部分波型,图,5,-,3,-,4脉冲计数式鉴频器的实现模型,图 5-3-5脉冲计数式鉴频器的组成方框及其各部分波型图,6,5.3.2,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,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,7,3,扩大鉴频特性范围,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,v,O,=,v,AV1,-,v,AV2,f,=,f,01,-,f,c,=,f,c,-,f,02,。,3扩大鉴频特性范围平衡回路斜率鉴频器(1)电路图 5-,8,(,2,)鉴频特性,设,A,1,(,)、,A,2,(,)：,上、下两谐振回路的幅频特性,v,O,：,双失谐回路斜率鉴频器输出解调电压，则,v,O,=,v,AV1,-,v,AV2,=,V,sm,d,A,1,(,),-,A,2,(,),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,f,01,和,f,02,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。,(2)鉴频特性设 A1()、A2()：上、下两谐振,9,图,5,-,3,-,16双失谐回路斜率鉴频器,f,过大时，会在,f,c,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,BW,0.7,/4,。,图 5-3-16双失谐回路斜率鉴频器 f 过大时，会,10,二、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,L,1,C,1,C,2,：线性网络，作用：,f,V,变换，输出调频调幅电压,v,1,(,t,),，,v,2,(,t,)；,T,1,T,2,：射随器；,T,3,T,4,：三极管包络检波器，输出解调波；,T,5,T,6,：差分放大器，放大解调电压。,二、集成电路中采用的斜率鉴频器图 5-3-17集成电路中广,11,2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,，,L,1,C,1,并联谐振，,v,1m,最大，,v,2m,最小。,2,，,L,1,C,1,C,2,串联谐振，,v,1m,最小，,v,2m,最大。,合成鉴频特性曲线,如图,所示。,v,O,=,A,(,v,1m,-,v,2m,),A,：增益常数，取决于射随器、检波器、差分放大器。,可调元件,L,1,、,C,1,、,C,2,。,2原理图 5-3-18鉴频特性曲线 特性曲线如图,12,5.3.3,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。,5.3.3相位鉴频电路作用：鉴相，用来检出两信号间的相,13,图,5,-,3,-,25乘积型相位鉴频电路,T,3,T,9,、D,6,：双差分对平衡调制器、实现乘积型相位鉴频电路。,图 5-3-25乘积型相位鉴频电路T3 T9、D6：双,14,2,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,(,1,),V,2m,260 mV,，上式简化为(见式,4,-,2,-,27,),2工作原理设两个输入信号分别为除 90 固定相移外，,15,设双差分对管的直流负载电阻为,R,C,，低通滤波器的传输增益为,1,，则鉴相器的鉴相特性为,式中，,A,d,为,鉴相灵敏度,，单位为,V,。,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,16,图,5,-,3,-,20乘积型鉴相器的鉴相特性,当|,|,/12,时,，,sin,，,v,O,与,成正比。故只能不失真地解调|,|为小值的调相信号。,(,2,),当,V,lm,和,V,2m,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。,图 5-3-20乘积型鉴相器的鉴相特性当|,0,时，相乘所得的双向脉冲上、下不等宽。在,|,|,/2,范围内，相应的平均分量为,图,5,-,3,-,21两个开关波形相乘后的波形,=0 时，相乘所得的双向脉冲上、下等宽，频率,18,3,实现电路,(,1,)电路,图,5,-,3,-,25乘积型相位鉴频电路,T,1,：射随器，将一路信号,v,S,分为大小两路：,大：接 T,7,，作用：保证 T,7,、T,8,为开关状态。,小：经,频相转换网络,接,T,3,T,6,，为相乘器,小信号输入电压。,T,3,T,9,、D,6,：双差分对平衡调制器，实现乘积型鉴相。,频相转换网络,D,1,D,5,：,T,2,及双差分对偏置电路。,3实现电路(1)电路图 5-3-25乘积型相位鉴频电路T,19,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。,通过低通滤波器，得到鉴相器的输出电压为,20,(,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,),(2)频相转换网络 电路(a)(b)参见,21,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,或(5-3-25),22,(,3,)鉴频特性,设频相转换网络谐振频率,0,=,c,。,电路中射随器,T,1,和,T,2,的增益近似为,1,，则,v,1,(,t,),的振幅,V,1m,近似等于输入调频信号,v,s,(,t,),的振幅,V,sm,，,v,2,(,t,),的振幅,V,2m,=,(1/10),A,(,),V,sm,。,根据,v,O,A,d,sin,，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,(3)鉴频特性 设频相转换网络谐振频率 0=c。,23,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,根据上式画鉴频特性曲线，如图 5-3-27 所示。图,24,A,(,),A,(,0,)=,0,C,1,R,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。,A()A(0)=0C1R 若输入调频信号,25,二、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,v,i1,(,t,)=,v,1,(,t,)+,v,2,(,t,),，,v,i2,(,t,)=,v,1,(,t,),-,v,2,(,t,),图,5,-,3,-,24,假设,v,1,(,t,),=,V,1m,cos,t,，,v,2,(,t,)=,V,2m,sin(,t,+,),，则根据,矢量叠加,原理，,v,i1,(,t,),和,v,i2,(,t,),可,分别表示为：,v,i1,(,t,)=,V,m+,(,t,)cos,t,-,1,(,t,),v,i2,(,t,)=,V,m-,(,t,)cos,t,+,2,(,t,),其中，,二、叠加型鉴相器图 5-3-23叠加型鉴相器电路1原理电,26,可见，合成电压的振幅,V,m+,(,t,),和,V,m,-,(,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,可见，合成电压的振幅Vm+(t)和 Vm-(t),27,式中，,以,K,sin,为变量，将上式用幂级数展开：,当,K,sin,为小量时，,K,sin,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。,式中，以 Ksin 为变量，将上式用幂级数展开：当,28,4,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：,L,1,C,1,和,L,2,C,2,，互感耦合双调谐回路。,C,0,：,隔直电容，对输入信号频率呈短路。,L,3,：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。,4实际电路(1)电路图 5-3-28耦合回路叠加型相位鉴,29
展开阅读全文