1、5.3 調頻波解調電路調頻波解調電路1概念：概念：調頻波的解調：調頻波的解調：頻率檢波，簡稱頻率檢波，簡稱鑒頻鑒頻。調相波的解調：調相波的解調：相位檢波，簡稱相位檢波，簡稱鑒相鑒相。 2作用：作用：從已調波中檢出反映在頻率或相位變化從已調波中檢出反映在頻率或相位變化上的調制信號。上的調制信號。 鑒頻鑒相采用的方法不盡相同，本章重點討論調鑒頻鑒相采用的方法不盡相同，本章重點討論調頻波的解調頻波的解調鑒頻鑒頻。3特點：特點：限幅與鑒頻一般連用限幅與鑒頻一般連用統稱統稱限幅鑒頻器限幅鑒頻器。 在調頻接收機中，因多種原因在調頻接收機中，因多種原因( (如頻率特性不均、如頻率特性不均、干擾等干擾等) )

2、會導致調頻信號振幅發生變化。鑒頻時，上述會導致調頻信號振幅發生變化。鑒頻時，上述寄生調幅會反映在輸出解調電壓上，產生解調失真。解寄生調幅會反映在輸出解調電壓上，產生解調失真。解決辦法決辦法在鑒頻前加一限幅器以消除寄生調幅，保證在鑒頻前加一限幅器以消除寄生調幅，保證加到鑒頻器上的調頻電壓是等幅的。加到鑒頻器上的調頻電壓是等幅的。5.3.1 限幅鑒頻實現方法概述限幅鑒頻實現方法概述一、鑒頻電路性能要求一、鑒頻電路性能要求1鑒頻電路的功能鑒頻電路的功能 將輸入調頻信號的瞬時頻率將輸入調頻信號的瞬時頻率 f 變換為相應解調輸變換為相應解調輸出電壓出電壓 vO2鑒頻特性鑒頻特性 描述描述 vO 隨瞬時頻

3、偏隨瞬時頻偏 (f - - fc)的的變化特性，變化特性，如圖如圖。3鑒頻跨導鑒頻跨導鑒頻特性原點處的斜率鑒頻特性原點處的斜率c)(cODffffvS - - 單位單位 V/Hz。 SD 越大，鑒頻器將輸入瞬時頻偏變換為輸出解調越大，鑒頻器將輸入瞬時頻偏變換為輸出解調電壓的能力越強。電壓的能力越強。4對鑒頻電路性能要求對鑒頻電路性能要求 (1) 通頻帶大于調制信號的最高頻率通頻帶大于調制信號的最高頻率 max 。在傳。在傳輸視頻信號時，還必須滿足相位失真和瞬變失真的要輸視頻信號時，還必須滿足相位失真和瞬變失真的要求。求。(2) 大的鑒頻跨導大的鑒頻跨導 SD(3) 滿足線性和非線性失真的要求。

4、滿足線性和非線性失真的要求。二、鑒頻的實現方法二、鑒頻的實現方法 1利用反饋環路利用反饋環路(例如鎖相環例如鎖相環)實現鑒頻。實現鑒頻。(第第 5 章，章，不作介紹不作介紹) 2利用波形變換利用波形變換將輸入的調頻信號進行特將輸入的調頻信號進行特定的波形變換，使變換后的波形含有反映瞬時頻率變定的波形變換，使變換后的波形含有反映瞬時頻率變化的平均分量。再通過低通濾波器輸出所需的解調電化的平均分量。再通過低通濾波器輸出所需的解調電壓。壓。這類鑒頻器可由這類鑒頻器可由三種方法三種方法實現。實現。(1) 斜率鑒頻器斜率鑒頻器 將輸入調頻波通過具有合適頻率特性的線性網將輸入調頻波通過具有合適頻率特性的線

5、性網絡，使輸出調頻波的絡，使輸出調頻波的振幅振幅按照瞬時頻率的規律變化按照瞬時頻率的規律變化 通過包絡檢波器輸出反映振幅變化的解調電壓。通過包絡檢波器輸出反映振幅變化的解調電壓。(2) 相位鑒頻器相位鑒頻器 將輸入調頻波通過具有合適頻率特性的線性網將輸入調頻波通過具有合適頻率特性的線性網絡，使輸出調頻波的絡，使輸出調頻波的附加相移附加相移按照瞬時頻率的規律變按照瞬時頻率的規律變化化 。 相位檢波器將它與輸入調頻波的瞬時相位進行相位檢波器將它與輸入調頻波的瞬時相位進行比較，檢出反映附加相移變化的解調電壓。比較，檢出反映附加相移變化的解調電壓。 以上均涉及線性網絡對輸入調頻信號的響應特性。以上均涉

6、及線性網絡對輸入調頻信號的響應特性。 通過通過 LP 輸出反映平均分量變化的解調電壓輸出反映平均分量變化的解調電壓( (該該等寬脈沖序列含有反映瞬時頻率變化的平均分量等寬脈沖序列含有反映瞬時頻率變化的平均分量) )。(3) 脈沖計數式鑒頻器脈沖計數式鑒頻器 將輸入調頻波通過一非線性變換網絡變成將輸入調頻波通過一非線性變換網絡變成調頻調頻等寬脈沖序列等寬脈沖序列。調頻電壓調頻電壓 限幅器限幅器 調頻方波調頻方波 微分電路微分電路微分脈沖微分脈沖脈沖形成電路脈沖形成電路調頻方波調頻方波低通濾波器低通濾波器解調電壓解調電壓v2(t) = F F- -1 F 2(j ) = F F - -1 F 1(

7、j )A(j )(5-3-5) 一般情況下，上述分析是十分困難的，而要給出一般情況下，上述分析是十分困難的，而要給出一個滿足要求的線性網絡就更困難。只有在個別理想一個滿足要求的線性網絡就更困難。只有在個別理想情況下才能方便求解，并得出所需結果。情況下才能方便求解，并得出所需結果。 1等幅調頻波通過理想微分網絡的響應特性等幅調頻波通過理想微分網絡的響應特性變成變成幅度按調制規律變化的調頻波幅度按調制規律變化的調頻波三、調頻信號通過線性網絡的響應三、調頻信號通過線性網絡的響應 一個理想的微分網絡，其頻率特性一個理想的微分網絡，其頻率特性 A(j ) = jA0 ，即有線性的幅頻特性和恒值的相頻特性

8、：即有線性的幅頻特性和恒值的相頻特性： 02)(0)(A0 AA它的輸出響應它的輸出響應( (由由5-3-5) )為為v2(t) = F F- -1 F 1(j )A(j ) = F F - -1 jA0 F1(j )利用付里葉變換的微分特性利用付里葉變換的微分特性)j (jd)(d11 Fttv F F得得ttvAtvd)(d)(102 當當 v1 = V1mcos( ct + Mfsin t) 時時 (Mf= m/ ) )v2(t) = - -A0Vlm( c + mcos t) sin( ct + Mfsin t)(5-3-8)cos(mc1m02mtVAV 此式表明，經過此式表明，經過

9、理想微分網絡以后，理想微分網絡以后，等幅調頻波等幅調頻波變成了變成了幅度按調制規律變化的調頻波幅度按調制規律變化的調頻波，信號的瞬時，信號的瞬時頻頻率變化率變化不失真地反映在輸出調頻信號的不失真地反映在輸出調頻信號的振幅振幅 V2m 上，上，通過包絡檢波器就可以得所需的解調電壓。因此，理通過包絡檢波器就可以得所需的解調電壓。因此，理論上斜率鑒頻器用下述模型來實現。論上斜率鑒頻器用下述模型來實現。 2等幅調頻波通過理想時延網絡的響應特性等幅調頻波通過理想時延網絡的響應特性變為幅度按調制規律變化的調頻波變為幅度按調制規律變化的調頻波 一理想時延網絡，頻率特性，即幅頻特性恒值，一理想時延網絡，頻率特

10、性，即幅頻特性恒值，相頻特性線性相頻特性線性根據付里葉變換的時延特性根據付里葉變換的時延特性0j101e )j ()( - - - -FtvF F求得輸出響應為求得輸出響應為)(e )j ()(010j10120 - - - - -tvAFAtvF F當當 v1(t) = Vlmcos( ct + Mfsin t) 時，時，)(sin)(cos)(0f0c1m02 - - - - tMtVAtv其中其中sin (t- - 0)= sin tcos0- - cos tsin0 若若0 /12/12，則，則 cos0 1，sin0 0，v2(t) 便可近似表示為便可近似表示為 v2(t) A0Vl

11、mcos( ct + Mfsin t) - - Mf0cos t - - c 0 上式表明，通過理想時延網絡，當上式表明，通過理想時延網絡，當 0 / /12 時，時，輸出調頻波中附加相移為輸出調頻波中附加相移為 = - - c 0 - - Mf0 cos t = - - c 0 - - m 0 cos t其中，其中， c 0 為恒定相移，為恒定相移， m 0 cos t 反映了輸入調頻反映了輸入調頻波的瞬時頻率變化波的瞬時頻率變化。因而理論上，相位鑒頻器可用下面。因而理論上，相位鑒頻器可用下面的模型實現。的模型實現。四、振幅限幅器四、振幅限幅器 作用：將具有寄生調幅的調頻信號作用：將具有寄生

12、調幅的調頻信號 vS(t) 變換為等變換為等幅的調頻信號。幅的調頻信號。 典型電路：三極管振幅限幅器、差分對振幅限幅典型電路：三極管振幅限幅器、差分對振幅限幅器。器。1三極管振幅限幅器三極管振幅限幅器(1) 特性：丙類諧振放大器的放大特性特性：丙類諧振放大器的放大特性(2) 電路：工作在過壓狀態的諧振功率放大器電路：工作在過壓狀態的諧振功率放大器2差分對振幅限幅器差分對振幅限幅器(1) 電路電路(2) 原理原理輸入輸入 vS 較大，較大，iC 上下削平，后接諧振回路上下削平，后接諧振回路5.3.2 斜率鑒頻器斜率鑒頻器一、一、失諧回路斜率鑒頻電路失諧回路斜率鑒頻電路1 單失諧回路斜率鑒頻器單失

13、諧回路斜率鑒頻器 電路電路0CC,是失諧在是失諧在LC回回路幅頻特性路幅頻特性 上上升升 沿或下降沿沿或下降沿線性段的中點。線性段的中點。 工作原理工作原理輸入的調頻波經輸入的調頻波經LCLC失諧回路變換失諧回路變換為調幅為調幅- -調頻波，調頻波，然后經然后經V V、C C1 1、R RL L所組成的包絡檢所組成的包絡檢波器解調出原調波器解調出原調制信號。制信號。 電路電路2 雙失諧回路斜率鑒頻器雙失諧回路斜率鑒頻器a）L1C1， L1C1的的Q值是相同的值是相同的b） ，而而 對稱地失諧在對稱地失諧在 的兩側的兩側 （即（即 ）0102C0102,C01CC02-c）包絡檢波器上下對稱包絡

14、檢波器上下對稱 工作原理工作原理 調頻波經兩個失諧調頻波經兩個失諧回路轉換為兩個調回路轉換為兩個調幅幅-調頻波，再經各調頻波，再經各自的包絡檢波器，自的包絡檢波器，得到兩反相的輸出得到兩反相的輸出信號，然后合成得信號，然后合成得到總的輸出信號。到總的輸出信號。二、集成電路中采用的斜率鑒頻器二、集成電路中采用的斜率鑒頻器 電路電路 工作原理工作原理 L1C1與與C2構成幅頻變換線性網絡，將構成幅頻變換線性網絡，將 輸入變換為兩個輸入變換為兩個 幅度按瞬時頻率變換的幅度按瞬時頻率變換的AM-FM波波FM當當 ，得到，得到 為最大值為最大值V1max， 為最小值為最小值V2min；當當 從從 減小時

15、，使減小時，使L1C1并聯回路網絡呈感抗，與并聯回路網絡呈感抗，與C2串聯諧振時，串聯諧振時，諧振頻率為諧振頻率為 ，可得，可得 為最大值為最大值V2max，但回路總阻抗接近為零，但回路總阻抗接近為零，所以所以 為最小值為最小值V1min01111L C1( ) t2( ) t01021( ) t2( ) tL1C1與與C2的電抗曲線的電抗曲線和和 幅頻特性幅頻特性2( ) t1( ) t 分別加到分別加到T1、T2的基極（的基極（ T1 、T2 射隨器作為緩沖級，射隨器作為緩沖級，在在T1、T2的射極輸出后分別加到兩個晶體管峰值包絡檢波的射極輸出后分別加到兩個晶體管峰值包絡檢波器器T3、T4

16、的基極，的基極， T3、C3 ， T4 、C4 分別與分別與T5、T6的輸入的輸入電阻構成檢波器），則在電阻構成檢波器），則在T5、T6基極分別得到調解電壓：基極分別得到調解電壓：12,01d1mV02d2mV0102 ， 經經T5，T6差分放大后單端輸出差分放大后單端輸出 實現了鑒頻實現了鑒頻d1m2midav()2VVA-鑒頻特性曲線鑒頻特性曲線5.3.3 相位鑒頻器相位鑒頻器一、一、相位檢波器相位檢波器采用乘積鑒相是最常用的方法。 若調相信號為 uPM=Ucmcosct+(t) 其中 (t)=kpu(t) 同步信號與載波信號相差/2, 為cos()sin2rmcrmcuUtUt -cos

17、( )sinsin( )sin2( )2oPMrcmrmcccmrmcukuukU UtttkU Uttt - 用低通濾波器取出uo中的低頻分量， 即01sin( )( )22( )( )( )26cmrmcmrmcmrmpkUUkUUuttkUUkututt 式中， k為乘法器增益, 低通濾波器增益為1。 由上式可以看到, 乘積鑒相的線性鑒相范圍較小, 只能解調Mp/6的調相信號。 下圖是乘積鑒相原理圖。 由于相乘的兩個信號有90的固定相位差, 故這種方法又稱為正交乘積鑒相。 載波提取90相移乘法器低 通濾波器uPMuruo1 調頻信號通過參數恒定的LC回路后, 其振幅和相位都發生了變化。

18、考慮到正交乘積鑒相的需要, 為了獲得90的固定相移, 可以在LC并聯回路輸入端串聯一個小電容C1, 整個頻相轉換網絡可看作是一個分壓網絡, 電容C1產生90的相移。二、二、 LC并聯回路的頻相轉換特性LRCC1uiu2(a)Q22Q2 Q10(b)三、三、相位鑒頻電路 利用頻相轉換網絡將調頻信號轉換成調頻調相信號, 然后經過鑒相器(相位檢波器)取出原調制信號, 這就是相位鑒頻電路的工作原理。 在相位鑒頻電路中, 目前越來越廣泛地采用集成化的雙差分正交移相式鑒頻器。 雙差分正交移相式鑒頻電路由90頻相轉換網絡和雙差分乘積鑒相器組成, 。 LCR150 p10 k0.01 C15.1 p3 kV2200V3u2V4V5V6Rcu3UCC(12 V)低 通濾波器uo8 k45050