高频电子线路课件.ppt

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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,解调原理,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,7.2.5 调角信号的解调原理,图 7.2.5 正交乘积鉴相原理图,uPM=Ucmcosct + (t),图 7.2.5 正交乘积鉴相原理图 uPM=Ucm,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。,则有 用低通滤波器取出uo中的低频分量， 即(7.2.15),图

2、7.2.5 正交乘积鉴相原理图,Mp/6,uPM=Ucmcosct + (t),图 7.2.5 正交乘积鉴相原理图 Mp/6u,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, 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,2. 鉴频原理,图 7.2.6 鉴频原理图,图 7.2.6 鉴频原理图,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

3、的非线性失真应该尽量减小。,7.4 鉴 频 电 路 7.4.1 鉴频电路的主要性,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。,2. 鉴频线性范围,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。,3. 鉴频灵敏度,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,图 7.4.1 90频相转换网络及其相频特性7.4.2,根据图7.4.1(a)可以写出网络电压传输函数,根据图7.4.1(a)可以写出

4、网络电压传输函数,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),若(t)=0， 即输入信号角频率为0,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,则在c=0的情况下, 输出信号的相位为设输入单频调频,高频电子线路课件,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， 而且是非单调性变化。 为取得较好的线性转换特性,

5、 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。,2. LC并联回路的频幅转换特性,图 7.4.2 频幅转换原理图,2. LC并联回路的频幅转换特性,图 7.4.2 频幅转换原理图 2. LC并联回路的频幅,设输入单频调频信号为,回路幅频特性曲线在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)=

6、Um0+Smkfu(t) (7.4.4),设输入单频调频信号为 回路幅频特性曲线在A点处的,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。,可见， 输出是一个调频调幅信号。 由于此工作,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,

7、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%, 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。,3. LC频幅、 频相转换特性分析中应注意的几个,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

8、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。,7.4.3 斜率鉴频电路,图 7.4.3 差分峰值鉴频电路原理图,V1,图 7.4.3 差分峰值鉴频电路原理图V1,1. 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

9、的电抗特性, 假定L1的损耗可以忽略。 分别设X1和X2为L1C1并联回路和C2的电抗, 即,1. 差分峰值鉴频电路,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。,X1+X2是L1C1回路和C2串联后的等,图 7.4.4 L1C1回路与C2串并联后的电抗特性,图 7

10、.4.4 L1C1回路与C2串并联后的电抗特性,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)。,考虑到

11、V1、 V2基极输入电阻非常大, 故输入,图 7.4.5 鉴频特性曲线,图 7.4.5 鉴频特性曲线,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),调频信号us经L1C1C2网络转换成两个不同的,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)（）

12、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。,其中， Sd是差分峰值鉴频电路鉴频灵,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。,在实际电路中, 通常固定C1和C2, 调整,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,图 7.4.6 双失谐回路鉴频器及其鉴频特性2.,图中变压器初级LC回路调谐于c， 次级两个LC回路分别调谐于1和

13、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),图中变压器初级LC回路调谐于c， 次级两个L,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（）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

14、求。,若1与2位置合适, 两回路鉴频特,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7.4.7给出了其电路原理图。,7.4.4 相位鉴频电路,图 7.4.7 双差分正交移相式鉴频器原理图,图 7.4.7 双差分正交移相式鉴频器原理图,调频信号经V1射随后, 一路是大信号u1从V7单端

15、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。,调频信号经V1射随后, 一路是大信号,设输入单频调频信号为,由式(7.4.2)可得到,=,设输入单频调频信号为 由式(7.4.2)可得到=,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,在u1、 u2满足线性输入条件下, 乘法器输出为k为乘法器,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

16、态, 则参照式(5.3.9), u3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。,假定低通滤波器增益为1, 则uo就是输出的解调,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TA7680AP彩电图像、 伴音通道电路中都采

17、用了这种电路。,双差分正交移相式鉴频电路的优点是易于集成, 外,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。,7.4.5 限幅电路,调频信号振幅上的寄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,

18、 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。,调频信号振幅上的寄生调幅对鉴频有什么危害呢?,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

19、路必不可少的辅助电路。,用于调频信号的限幅电路通常由三极管放大器或,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。,7.4.6 加重电路与静噪电路,图7.

20、4.8 预加重网络和去加重网络,图7.4.8 预加重网络和去加重网络,这种方法称为预加重、 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。,这种方法称为预加重、 去加重技术， 即发射时预,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

21、开启。 实现以上功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。,在鉴频电路中还经常采用静噪电路。,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。,若根据信号平均电平的大小进行控制， 则称为信号型，,图7.4.9 噪声型静噪电路组成与接入方式,图7.4.9 噪声型静噪电路组成与接入方式,作业：7.1、7.9、7.14,作业：7.1、7.9、7.14,