第九章角度解調(diào)電路

9.1概述9.2鑒相器9.3鑒頻器第9章角度解調(diào)電路?掌握典型調(diào)角信號解調(diào)電路的功能、結(jié)構(gòu)、工作原理、分析方法和性能特點。?了解數(shù)字調(diào)角信號解調(diào)方式及其實現(xiàn)電路。教學(xué)基本要求1.解調(diào)電路的功能調(diào)角信號解調(diào)電路：從調(diào)角波中取出原調(diào)制信號。調(diào)相波的解調(diào)電路：是從調(diào)相波中取出原調(diào)制信號，即輸出電壓與輸入信號的瞬時相位偏移成正比，又稱為鑒相器。調(diào)頻波的解調(diào)電路：是從調(diào)頻波中取出原調(diào)制信號，即輸出電壓與輸入信號的瞬時頻率偏移成正比，又稱為鑒頻器。9.1概述輸入調(diào)相波:輸出電壓:輸入調(diào)頻波：輸出電壓：(1)鑒相特性曲線即鑒相器輸出電壓與輸入信號的瞬時相位偏移Δφ的關(guān)系。通常要求是線性關(guān)系。(2)鑒相跨導(dǎo)鑒相器輸出電壓與輸入信號的瞬時相位偏移Δφ的關(guān)系的比例系數(shù)。(3)鑒相線性范圍通常應(yīng)大于調(diào)相波最大相移的二倍。(4)非線性失真應(yīng)盡可能小。2.鑒相器的主要技術(shù)指標(biāo)3.鑒頻器的主要技術(shù)指標(biāo)(1)鑒頻特性曲線即鑒頻器輸出電壓與輸入信號的瞬時頻率偏移的關(guān)系。通常要求是線性關(guān)系。(2)鑒頻跨導(dǎo)鑒頻器輸出電壓與輸入信號的瞬時頻率偏移的關(guān)系的比例系數(shù)。(3)鑒頻線性范圍通常應(yīng)大于調(diào)頻波最大頻移的二倍。(4)非線性失真應(yīng)盡可能小。9.2鑒相器?

通?？煞譃槟M電路型和數(shù)字電路型兩大類。?

在集成電路系統(tǒng)中，常用的有：模擬乘法器構(gòu)成的乘積型鑒相數(shù)字門電路構(gòu)成的門電路鑒相1.乘積型鑒相電路采用模擬乘法器作為非線性器件進(jìn)行頻率變換，然后通過低通濾波器取出原調(diào)制信號。一般來說u1和u2為正交關(guān)系，以取得正弦形鑒相特性。例如：u1：是輸入的需解調(diào)的調(diào)相波。u2：是由u1變化來的，或是系統(tǒng)本身產(chǎn)生的與u1有確定關(guān)系的參考信號。乘法器低通濾波器u1u2ku1u2uo(1)u1為小信號，u2為小信號當(dāng)u1和u2均小于26mV時，根據(jù)模擬乘法器的特性，輸出電流：經(jīng)低通濾波器濾波，在負(fù)載RL可得輸出電壓為：（2）線性鑒相范圍：鑒相特性曲線：1(t)是u1和u2的相位差，通常用e(t)來表示。uo和e(t)呈正弦關(guān)系。小信號正交乘積鑒相特性（1）鑒相跨導(dǎo)Sφ當(dāng)：時，單位：當(dāng)：時，，即：乘法器的輸出電流i為：雙曲正切函數(shù)具有開關(guān)函數(shù)的形式將其按傅氏級數(shù)展開：

(2)u1為小信號，u2為大信號相乘后的乘法器的輸出電流為：低通濾波后在負(fù)載上得到輸出電壓為：

鑒相特性曲線（1）鑒相跨導(dǎo)：（2）線性鑒相范圍：小信號正交乘積鑒相特性呈正弦關(guān)系當(dāng)時，乘法器的輸出電流

i為：

(3)u1為大信號，u2為大信號開關(guān)函數(shù)形式展開為傅氏級數(shù)u2為大信號，展開：乘法器的輸出電流為：鑒相特性曲線經(jīng)低通濾波器濾波，在負(fù)載上得到輸出電壓：呈三角波關(guān)系一次和三次疊加一次、三次和五次疊加一次、三次、五次和七次疊加A鑒相曲線為：B鑒相跨導(dǎo)：C線性鑒相范圍：分析：乘積型鑒相器應(yīng)盡量采用大信號工作狀態(tài)，這樣可以獲得較寬的線性鑒相范圍。2.門電路鑒相器特點：電路簡單、線性鑒相范圍大，易于集成化。分類：分為或門鑒相器和異或門鑒相器。異或門鑒相器及波形經(jīng)低通濾波器濾波后，輸出電壓ud(e)與e的關(guān)系為三角形，可表示為：其鑒相跨導(dǎo)為：低通濾波器濾波相當(dāng)于取平均值，即輸出電壓ud為u'd的均值。9.3鑒頻器

?

由于調(diào)頻波是等幅波，其解調(diào)的過程不是線性頻譜搬移。因而不能像調(diào)幅那樣用非線性器件+低通濾波器組成。而是要先通過變換電路對等幅調(diào)頻波進(jìn)行變換，然后再經(jīng)振幅檢波、鑒相器或低通濾波實現(xiàn)。

?鑒頻電路可分為調(diào)頻-調(diào)幅調(diào)頻變換型、相移乘法型和脈沖均值型三類。（1）調(diào)頻-調(diào)幅變換型：將等幅調(diào)頻波變換成振幅與調(diào)頻波瞬時頻率成正比的調(diào)幅調(diào)頻波，然后用振幅檢波器進(jìn)行振幅檢波。（2）相移乘積型：將等幅調(diào)頻波經(jīng)移相電路變換成調(diào)相調(diào)頻波，其相位的變化正好與調(diào)頻波瞬時頻率變化成線性關(guān)系，然后將調(diào)相調(diào)頻波與原調(diào)頻波經(jīng)乘法器鑒相，由低通濾波器輸出。（3）脈沖均值型：將調(diào)頻信號通過過零比較器變換成重復(fù)頻率與調(diào)頻波瞬時頻率相等的單極性等幅脈沖序列，然后通過低通濾波器取出脈沖序列的平均值實現(xiàn)鑒頻。最簡單的頻—幅變換電路就是并聯(lián)諧振回路，其工作特點：FM信號工作在并聯(lián)諧振回路的失諧區(qū)，即（fp>f0

），當(dāng)FM波電流流過回路時，由于瞬時頻率隨調(diào)制信號而變化，對于不同的瞬時頻偏，失諧回路阻抗不同，回路輸出電壓u1的振幅將隨瞬時頻偏△f(t)的變化而變化，即可完成FM→AM變換。

f

ofp利用失調(diào)回路中幅頻特性曲線的傾斜部分來實現(xiàn)鑒頻，解調(diào)后失真較大，是一種原始類型的鑒頻器，現(xiàn)在已很少采用，但它對理解振幅鑒頻器對FM波的解調(diào)有很直觀的意義。fpius(fo)例：單失諧回路振幅鑒頻器1.雙失諧回路鑒頻器由三個并聯(lián)調(diào)諧回路組成的調(diào)頻-調(diào)幅調(diào)頻變換電路和上下對稱的振幅檢波器組成。

雙失諧回路鑒頻器u2u1uFMf01f02初級回路調(diào)諧于調(diào)頻波的中心頻率ωc，通帶較寬。次級兩個回路分別調(diào)諧于ωo1和ωo2

，并使ωo1和ωo2與ωc成對稱失諧，即ωc-ωo1=ωo2-ωc。兩個回路的幅頻特性可近似認(rèn)為對ωc是對稱的。輸入FM信號特性曲線當(dāng)輸入調(diào)頻信號的頻率為ωc時，兩個回路的電壓振幅相等，經(jīng)兩個檢波器檢波產(chǎn)生輸出電壓uo1和uo2是相等的，故鑒頻器輸出電壓uo=uo1-uo2=0。當(dāng)輸入調(diào)頻信號的頻率從ωc向增大方向偏離時，L2C2回路電壓大，而L1C1回路電壓小，經(jīng)檢波后uo1<uo2

，則鑒頻器輸出電壓uo=uo1-uo2<0。當(dāng)輸入調(diào)頻信號的頻率從ωc向減小方向偏離時，L2C2回路電壓小，而L1C1回路電壓大。經(jīng)檢波后uo1>uo2

，則鑒頻器輸出電壓uo=uo1-uo2>0。f01f02雙失諧回路鑒頻器u2u1uFM當(dāng)輸入調(diào)頻信號的頻率為ωc時，兩個回路的電壓振幅相等，經(jīng)兩個檢波器檢波產(chǎn)生輸出電壓uo1和uo2是相等的，故鑒頻器輸出電壓uo=uo1-uo2=0。當(dāng)輸入調(diào)頻信號的頻率從ωc向增大方向偏離時，L2C2回路電壓大，而L1C1回路電壓小，經(jīng)檢波后uo1<uo2

，則鑒頻器輸出電壓uo=uo1-uo2<0。當(dāng)輸入調(diào)頻信號的頻率從ωc向減小方向偏離時，L2C2回路電壓小，而L1C1回路電壓大。經(jīng)檢波后uo1>uo2

，則鑒頻器輸出電壓uo=uo1-uo2>0。雙失諧回路鑒頻特性輸入FM信號特性曲線+結(jié)論：可獲得較好的線性響應(yīng)，失真較小，靈敏度也高于單回路鑒頻器。實用電路舉例

雙失諧回路鑒頻器的實用電路?兩個失諧回路分別調(diào)諧于35MHz和40MHz。它們是共基放大器的負(fù)載回路。?輸入調(diào)頻波ui從兩放大器發(fā)射極輸入，經(jīng)共基放大，在負(fù)載回路產(chǎn)生輸出電壓，經(jīng)檢波器產(chǎn)生檢波電流I1和I2。在負(fù)載上得到電壓為(I1-I2)RL。相位鑒頻器：是利用雙耦合回路的相位-頻率特性將調(diào)頻波變成調(diào)幅調(diào)頻波，再通過振幅檢波器實現(xiàn)鑒頻的一種鑒頻器。

互感耦合鑒頻器電容耦合鑒頻器二者原理相同，僅以互感耦合為例。用途：頻偏在幾百KHz以下的調(diào)頻無線接收設(shè)備中。2.相位鑒頻器uFM(一)電路結(jié)構(gòu)和基本原理

（1）移相網(wǎng)絡(luò)：互感為M的初、次級雙調(diào)諧耦合回路組成的移相網(wǎng)絡(luò)，u1經(jīng)移相網(wǎng)絡(luò)生成次級電壓u2，并使|U1|=|U2|。+u3

-另外，u1經(jīng)耦合電容CC在扼流圈LC上產(chǎn)生的電壓u3=u1，故其等效電路如右下圖所示。VD1C3R1C4R2VD2（2）包絡(luò)檢波器：組成平衡式包絡(luò)檢波器。兩個檢波器的輸出電壓差為:+u2-+u1-LcC2C1VD2VD1R1R2EcC4C3VTCcML2L1ud1ud2互感耦合相位鑒頻器兩個調(diào)諧回路L1C1和L2C2均調(diào)諧于輸入調(diào)頻波的中心頻率ωc。(二)工作原理分析：上下檢波器的輸入端高頻電壓為：如果忽略次級回路對初級回路的影響，則初級回路中流過L1的電流近似為：而次級回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢當(dāng)忽略二極管檢波器等效輸入電阻對次級回路的影響時，次級回路電流i2為：所以：次級回路兩端電壓u2為：VD1C3R1C4R2VD2ud1ud2LcC2C1VD2VD1R1R2EcC4C3VTCcML2L1i1i2初級回路品質(zhì)因數(shù)較高，可忽略L1的損耗電阻；初、次級互感耦合較弱，可忽略次級損耗對初級的影響。+u1-+u2-（1）當(dāng)輸入FM波瞬時頻率f等于調(diào)頻波中心頻率f

c，即f=f

c時，次級回路諧振。即：

則有：即有：u2滯后u1相位差π/2，由矢量圖可得：

|Ud1|=|Ud2|若設(shè)檢波器的傳輸系數(shù)為：Kd1=Kd2=Kd。則有：所以：討論:（2）當(dāng)瞬時頻率f>fc時，則有，這時次級回路呈電感性。

注意： 為次級回路阻抗。為Z2的相角。由矢量圖，u2滯后u1的相位大于π/2，且隨f↑，相位差→π

所以：|Ud1|<|Ud2|

（3）當(dāng)f<fc時， 次級回路呈電容性。

所以：其中：可見：u2滯后u1的相位差小于π/2，且所以有：|Ud1|>|Ud2|鑒頻特性曲線互感耦合回路電路（1）對于實際電路，定性分析中的兩點假設(shè)是不完全符合的。（2）實際的互感耦合回路電路如圖。根據(jù)耦合回路的分析可得：(三)相位鑒頻器的鑒頻特性(定量)為廣義失諧為耦合因數(shù)為耦合系數(shù)為一般失諧初、次級回路電壓方程可寫為式中Z11為初級回路的自阻抗，即Z11=r1+jX11=r(1+j),Z22為次級回路的自阻抗，即Z22=r2+jX22=r(1+j)。解上列方程組可分別求出初級和次級回路電流的表示式：

+

L1

r2

L2

M

1I&

C2

1V&

–

2I&

r1

C1

利用戴維南定理，I=V1·(jC)，U1I1·(jL)

+

L1

r2

L2

M

1I

C2

1V

–

2I

r1

C1

互感耦合回路電路鑒頻特性是與(ξ,η)有關(guān)。右圖是一組(ξ,η)曲線，它只表示了ξ>0的一半，另一半是ξ<0的與其相似，只是為正值。（4）鑒頻器的的輸出電壓?η=1.5~3時，線性范圍增大，但鑒頻跨導(dǎo)比η=1要小。（5）結(jié)論?η=1時，鑒頻特性的非線性較嚴(yán)重，且線性范圍小。?η>3時，非線性嚴(yán)重。?當(dāng)η≥1時，對應(yīng)曲線的η近似等于ξm。而鑒頻特性的兩個最大值的寬度可認(rèn)為是鑒頻寬度Bm。由于ξm=QL2Δfmax/fc，η=KQL

，則Bm=2Δfmax=Kfc

，即鑒頻寬度與耦合系數(shù)K有關(guān)。uFM+u3-+u2-+u1-LcC2C1VD2VD1R1R2EcC4C3VTCcML2L1互感耦合相位鑒頻器工作原理總結(jié)其功能是把從前級中放并經(jīng)限幅后送來的等幅FM波解調(diào)出原調(diào)制信號。它由放大器、移相網(wǎng)絡(luò)和包絡(luò)檢波器組成。1)互感雙調(diào)諧回路組成的移相網(wǎng)絡(luò)。u1通過移相網(wǎng)絡(luò)后生成調(diào)相-調(diào)頻(PM-FM)波u2，并使|u2||u1|。移相網(wǎng)絡(luò)使u1和u2在fc上形成固定的/2相移；當(dāng)u1的瞬時頻率變化在fc的基礎(chǔ)上線性變化時，u2和u1的相位差也在/2的基礎(chǔ)上線性變化。2)二極管兩端的合成信號ud1和ud2都是AM-FM波。AM變化是隨u1和u2的相位差而變化，相位差就包含調(diào)制信號信息。因此包絡(luò)檢波的結(jié)果就是調(diào)制信號。3.比例鑒頻器主要特點：是本身兼有抑制寄生調(diào)幅的能力。在調(diào)頻廣播和電視接收中得到廣泛應(yīng)用。原理電路：比例鑒頻器原理電路(2)在a'b'兩端并接一個大電容C0，其電容量約為10μF。由于C0和(R+R)組成電路時間常數(shù)很大，通常約為(0.1~0.2)秒左右。對于15Hz以上的寄生調(diào)幅變化，電容器C0上的電壓Udc不變。(1)調(diào)頻-調(diào)幅調(diào)頻波形變換電路與相位鑒頻器相同。比例鑒頻器原理電路(2)在a‘b’兩端并接一個大電容C0，其電容量約為10μF。由于C0和(R+R)組成電路時間常數(shù)很大，通常約為(0.1~0.2)秒左右。對于15Hz以上的寄生調(diào)幅變化，電容器C0上的電壓Udc不變。(3)兩二極管中一個與相位鑒頻器接法相反。使Ua'b'為兩檢波電壓之和，即：(4)鑒頻器輸出電壓取自電容C3、C4的接點d和電阻的接點e之間。(1)調(diào)頻-調(diào)幅調(diào)頻波形變換電路與相位鑒頻器相同?；驹?(1)Uab與U1的關(guān)系與相位鑒頻器相同(2)UD1

、UD2與檢波電壓Uc3，Uc4的關(guān)系：檢波輸出電壓：

不變基本原理:(3)鑒頻器輸出電壓：取決于兩檢波器輸入電壓之差，為相位鑒頻器的一半。抑制寄生調(diào)幅的原理:（1）比例鑒頻器的輸出電壓的另一種表示形式（2）當(dāng)輸入信號的頻率變化時，|UD1|與|UD2|的變化是一個增大，另一個減小，|UD1|/|UD2|變化，則U0隨頻率變化而變，起到鑒頻作用。（3）當(dāng)輸入信號振幅變化時，|UD1|與|UD2|隨振幅增大同時增大，隨振幅減小同時減小，其比值不變。也就是說，振幅變化對鑒頻輸出沒有影響。抑制寄生調(diào)幅的原理:（另一種解釋）1）若FM存在幅度調(diào)制，假設(shè)Ui的幅度增加，U1增加，Uab增加，因此Ud1和Ud2增加，檢波電流I增加。Ui2）由于Udc恒定，檢波電流I增加，意味著直流等效電阻R要減小，則二極管等效的輸入電阻Rid也將減小。3）Rid是并聯(lián)在次級回路中，所以次級回路QL減小，反射到初級也相當(dāng)于QL減小，即初級Rp減小，回路增益減小，所以U1要