频率调制与解调-3.ppt

第7章 频率调制与解调,7.1 调频信号分析 7.2 调频器与调频方法 7.3 调频电路 7.4 鉴频器与鉴频方法 7.5 鉴频电路 7.6 调频收发信机及特殊电路 7.7 调频多重广播,7.4 鉴频器与鉴频方法,7.4.1 鉴频器 角调波的解调就是从角调波中恢复出原调制信号的过程 调频波的解调电路称为频率检波器或鉴频器（FD）, 调相波的解调电路称为相位检波器或鉴相器（PD） 与调幅接收机一样，调频接收机的组成也采用超外差式 限幅与鉴频一般是连用的，统称为限幅鉴频器图7―28 鉴频器及鉴频特性,鉴频器的主要性能指标,鉴频器中心频率f0 : 对应于鉴频特性曲线原点处的频率; 鉴频带宽Bm: 能够不失真地解调所允许的输人信号频率变化的最大范围; 线性度:为了实现线性鉴频，鉴频特性曲线在鉴频带宽内必须呈线性. 鉴频跨导(鉴频灵敏度) ＳD:鉴频特性在载频处的斜率, 表示是单位频偏所能产生的解调输出电压7―38）,7.4.2 鉴频方法 鉴频器工作原理是将输入调频波通过变换电路(通常为线性网络)进行特定的波形变换，使变换后的波形包含反映瞬时频率变化的平均分量，然后通过低通滤波器取出所需解调电压。

鉴频方法可归纳为振幅鉴频法、相位鉴频法两种,1.振幅鉴频法 调频波振幅恒定,故无法直接用包络检波器解调 二极管峰值包络检波器线路简单、性能好,能否把包络检波器用于调频解调器中呢？ 显然,若能将等幅的调频信号变换成振幅也随瞬时频率变化、既调频又调幅的FM―AM波,就可以通过包络检波器解调此调频信号 用此原理构成的鉴频器称为振幅鉴频器a)振幅鉴频器框图；(b)变换电路特性 图7―29 振幅鉴频器原理,1）直接时域微分法 设调制信号为uΩ=f(t),调频波为,对此式直接微分可得,图7―30 微分鉴频原理,图7―31 微分鉴频电路,2）斜率鉴频法 单回路斜率鉴频器 单调谐电路完成鉴频，回路的谐振频率高于FM波的载频，并尽量利用幅频特性的倾斜部分 这种利用调谐问路幅频特性倾斜部分对FM波解调的方法称为斜率鉴频由于在斜率鉴频电路中，利用的是调谐回路的失(离)谐状态，因此又称失谐回路法图7―32 单回路斜率鉴频器,双离谐鉴频器的输出是取两个带通响应之差,即该鉴频器的传输特性或鉴频特性,如图7-33中的实线所示其中虚线为两回路的谐振曲线从图看出,它可获得较好的线性响应,失真较小,灵敏度也高于单回路鉴频器。

图7―33双离谐平衡鉴频器,图7―33 双离谐鉴频器的鉴频特性,2. 直接脉冲计数式鉴频法 调频信号的信息寄托在已调波的频率上从某种意义上讲，信号频率就是信号电压或电流波形单位时间内过零点(或零交点)的次数对于脉冲或数字信号，信号频率就是信号脉冲的个数基于这种原理的鉴频器称为零交点鉴频器或脉冲计数式鉴频器3. 相位鉴频法 相位鉴频法的原理框图如图7―36所示图中的变换电路具有线性的频率—相位转换特性，将等幅的调频信号变成相位也随瞬时频率变化的、既调频又调相的FM―PM波图7―36 相位鉴频法的原理框图,相位鉴频法的关键是相位检波器 鉴相器是检出两个信号之间的相位差，完成相位差—电压变换作用的部件或电路设输入鉴相器的两个信号分别为：,(7―45),(7―46),同时加于鉴相器，输出电压uo是瞬时相位差的函数: U1 u2在鉴相和鉴频时稍有区别,(7―47),（1） 乘积型相位鉴频法 利用乘积型鉴相器实现鉴频的方法称为乘积型相位鉴频法或积分(Quadrature)鉴频法在乘积型相位鉴频器中，线性相移网络通常是单谐振回路(或耦合回路)，而相位检波器为乘积型鉴相器图7―35 乘积型相位鉴频法,设乘法器的乘积因子为K，则经过相乘器和低通滤波器后的输出电压为,(2) 叠加型相位鉴频法 利用叠加型鉴相器实现鉴频的方法称为叠加型相位鉴频法。

对于叠加型鉴相器，先将u1和u2相加，把两者的相位差的变化转换为合成信号的振幅变化，然后用包络检波器检出其振幅变化，从而达到鉴相的目的参考同步检波公式推导： us=Uscos(ωc+Ω)t=UscosΩtcosωct-UssinΩtsinωct 恢复载波 ur=Urcosωrt =Urcosωct us+ur=(UscosΩt+Ur)cosωct-UssinΩtsinωct =Um(t)cos［ωct+φ(t)］ 式中,图7―36 平衡式叠加型相位鉴频器框图,叠加型相位鉴频器（耦合回路相位鉴频法）,耦合回路初、次级电压间的相位差随输入调频信号瞬时频率变化可以是互感耦台回路，也可以是电容耦合间路 叠加型鉴相器的工作过程实际包括两个动作：首先通过叠加作用，将两个信号电压之间的相位差变化相应地变为合成信号的包络变化(FM—PM—AM信号)，然后由包络检波器将其包络检出 从原理上讲，叠加型相位签频器可以认为是一种振幅鉴频器与斜率鉴额器不同，叠加型相位鉴频器初、次级回路具有相同的参数7.5 鉴频电路,7.5.1 叠加型相位鉴频电路 1.互感耦合相位鉴频器 互感耦合相位鉴频器又称福斯特―西利(Foster―Seeley)鉴频器，图7-38是其典型电路。

相移网络为耦合回路，初次级回路参数相同图7―41 互感耦合相位鉴频器,初次级谐振线圈的中心频率均为调频信号的中频载波频率 L3为高频扼流圈,互感耦合相位鉴频器分为移相网络的频率—相位变换、加法器的相位—幅度变换和包络检波器的差分检波三个过程 1) 频率—相位变换 频率—相位变换是由互感耦合回路完成的 由等效电路可知，初级回路电感L1中的电流为,(7―45),图7―42 互感耦合回路,初级回路电感L1中的电流: 考虑初、次级回路均为高Q回路，r1可忽略7―48),(7―49),ξ=2QΔf/f0,则上式变为,(7―50),初级电流在次级回路产生的感应电动势为 感应电动势在次级回路形成的电流 为,ξ=2QΔf/f0 , 则上式变为,图7―43 频率—相位变换电路的相频特性,2) 相位—幅度变换 根据图中规定的 与 的极性，图7―41电路可简化为图7―44这样，在两个检波二极管上的高频电压分别为,图7―44 简化电路,合成矢量的幅度随 与 间的相位差而变化(FM―PM ― AM信号)，如图7―45所示 ①f=f0=fc时， 与 的振幅相等，即UD1=UD2; ②ff0=fc时，UD1UD2，随着f的增加，两者差值将加大； ③ff0=fc时，UD1UD2,随着f的增加，两者差值也将加大。

图7―42 不同频率时的 与 矢量图,3) 检波输出 设两个包络检波器的检波系数分别为Kd1 ,Kd2(通常Kd1=Kd12=Kd)，则两个包络检波器的输出分别为uo1=Kd1UD1 , uo2=Kd2UD2鉴频器的输出电压为,图7―43 鉴频特性曲线,在理想情况下，鉴频持性不受耦合回路的幅频特性的影响，调频信号通过耦合回路移相后得到的是等幅电压鉴频持性形状与耦合回路移相网络的相频特性相似．如图7－(c)中曲线①所示但实际上……,定量分析,鉴频方程,图7―48 SD～A曲线 （ A=KQ）,2. 电容耦合相位鉴频器 电容耦合相位鉴频器的两个回路相互屏蔽图中Cm为两回路间的耦合电容，其值很小，一般只有几个皮法至十几个皮法 耦合回路等效电路示于图 (c)根据耦合电路理论可求出此电路的耦合系数为,(7―53),图7―49 电容耦合相位鉴频器,设次级回路的并联阻抗Z2为,由于Cm很小，满足1/(ωCm)p2Z2 , p=1/2 AB间的电压为 ：,(7―54),(7―55),由此可得,7.5.2 比例鉴频器 1.电路 比例鉴频器是一种类似于叠加型相位鉴频器，而又具有自限幅(软限幅)能力的鉴频器。

与互感耦合相位鉴频器电路的区别在于： (1)两个二极管顺接； (2)在电阻(R1+R2)两端并接一个大电容C，容量约在10μF数量级时间常数(R1+R2)C很大，约0.1～0.25s，远大于低频信号的周期 (3)接地点和输出点改变图7―50 比例鉴频器电路,2. 工作原理 图7―46(b)是图(a)的简化等效电路，电压、电流如图所示由电路理论可得 i1(R1+RL)-i2RL=uc1 (7―56) i2(R2+RL)-i1RL=uc2 (7―57) uo=(i2-i1)RL (7―58) 当R1=R2=R时，可得,(7―59),(7―60),当f=fc时，UD1=UD2, i1=i2,但以相反方向流过负载RL,所以输出电压为零； 当ffc时，UD1UD2, i1i2,输出电压为负； 当ffc时，UD1UD2, i1i2，输出电压为正 通过改变两个二极管连接的方向或耦合线圈的绕向(同名端)，可以使鉴频特性反向另一方面，输出电压也可由下式导出：,上式说明，比例鉴频器输出电压取决于两个检波电容上电压的比值，故称比例鉴频器。

3.自限幅原理,图7―50 比例鉴频器电路,自限幅原理要求： (1)回路的无载Q0值要足够高，以便当检波器输入电阻Ri随输入电压幅度变化时，能引起回路Qe明显的变化 (2)要保证时间常数(R1+R2)C大于寄生调幅干扰几个周期比例鉴频器存在着过抑制与阻塞现象图7―51 减小过抑制及阻塞的措施,7.5.3 乘积型相位鉴频器(正交鉴频器 ) 1.正交鉴频原理 交鉴频器由移相网络、乘法器和低通滤波器三部分组成 调频信号一路直接加至乘法器，另一路经相移网络移相后(参考信号)加至乘法器 由于调频信号和参考信号同频正交，称为正交鉴频器2.集成正交鉴频器 移相网络如图所示，其传输函数为:,其中， 可见，u1与u2(实际上是ur与us)之间的相位差为,当Δf/f01时，上式可写为,鉴频器的输出与输入调频信号的频偏成正比当Δf/f01时，上式可写为,(7―65),可见，鉴频器的输出与输入调频信号的频偏成正比 在上面电路中，调整L、C和C1均可改变回路谐振频 率，只要满足,(7―66),2.集成正交鉴频器 某电视机伴音集成电路，它包括限幅中放(V1 ,V2;V4、V5;V7、Ｖ8为三级差分对放大器，V3、V6和V9为三个射极跟随器)、内部稳压(VD1～VD5、V10)和鉴频电路三部分。

在上面电路中，调整L、C和C1均可改变回路谐振频率，只要满足:,图7―53 集成正交鉴频器,7.5.4 其它鉴频电路 1.差分峰值斜率鉴频器 差分峰值斜率鉴频器是一种在集成电路中常用的振幅鉴频器 在电视接收机伴音信号处理电路(如D7176AP ,TA7243P)等集成电路中采用的差分峰值斜率鉴频器图7―50 差分峰值斜率鉴频器,移相网络接在集成电路的⑨、10脚之间设从⑨脚向右看的移相电路的谐振频率为f01，从10脚向左看的移相电路的谐振频率为f02，则,(7―67),(7―68),2.晶体鉴频器 晶体鉴频器的原理电路如图7―51所示电容C与晶体串联后接到调频信号源VD1、R1 ,C1和VD2、R2、C2为两个二极管包络检波器为了保证电路平衡，通常VD1与VD2性能相同，R1=R2,C1=C2图7―51 晶体鉴频器原理电路,图7―52 电容—晶体分压器 (a)电抗曲线；(b)电容、晶体两端电压变化曲线,图7―53 晶体鉴频器的鉴频特性,7.6 调频收发信机及特殊电路,7.6.1 调频发射机 图7―55是一种调频发射机的框图其载频fc=88～108MHz,输入调制信号频率为50Hz～15kHz，最大频偏为75kHz。

由图可知，调频方式为间接调频由高稳定度晶体振荡器产生fc1=200kHz的初始载波信号送入调相器，由经预加重和积分的调制信号对其调相调相输出的最大频偏为25Hz，调制指数mf0.5图7―5。