通信电子电路-第六章-第5～8节

6.5调频波的解调一、鉴频器的质量指标二、斜率鉴频器三、相位鉴频器四、比例鉴频器6.5调频波的解调从调频波中取出原来的调制信号，称为频率检波，又称鉴频。完成鉴频功能的电路，称为鉴频器。在调频波中，调制信息包含在高频振荡频率的变化量中，所以调频波的解调任务就是要求鉴频器输出信号与输入调频波的瞬时频移成线性关系。可用方框图表示。其对应各点波形如图6-24所示。由于信号的最后检出还是利用高频振幅的变化，这就要求输入的调频波本身“干净”不带有寄生调幅。否则，这些寄生调幅将混在转换后的调幅调频波中，使最后检出的信号受到干扰。调频波的检波，主要是限幅器和鉴频器为此，在输入到鉴频器前的信号要经过限幅、使其幅度恒定。因此，调频波的检波，主要是限幅器和鉴频器两个环节，可用图6-24（a）方框图表示。其对应各点波形如图6-24(b)所示。有的鉴频器（比例鉴频器），本身具有限幅作用，则可以省掉限幅器。鉴频器的类型很多，根据它们的工作原理，可分为斜率鉴频器，相位鉴频器和比例鉴频器。思路——鉴频器实际上包含两个部分1.线性变换电路----借助于谐振电路将等幅的调频波转换成幅度随瞬时频率变化的调幅调频波。2.幅度检波电路----用二极管检波器进行幅度检波，以还原出调制信号。一.鉴频器的质量指标1.鉴频跨导gd鉴频器的输出电压与输入调频信号瞬时频偏的关系，所谓鉴频跨导，是指曲线的中心频率(图6-25的处）附近输出电压与频偏的比值又叫鉴频灵敏度。它表示单位频偏所产生输出电压的大小。鉴频曲线越陡，鉴频灵敏度越高，说明在较小的频偏下就能得到一定电压的输出。因此鉴频跨导大些好。uf0f2.鉴频频带宽度B这指的鉴频特性近于直线的频率范围。在图中就是两弯曲点之间的范围，我们称为频带宽度B。一般要求B大于输入调频波频偏的两倍。3.非线性失真在频带内鉴频特性只是近似线性，也存在着非线性失真，我们希望非线性失真尽量小。4.对寄生调幅应有一定的抑制能力二、斜率鉴频器1.单失谐回路斜率鉴频器1）电路2）工作原理3）优缺点2.参差调谐鉴频器1.电路——斜率鉴频器由失谐单谐振回路和二极管包络检波器组成。其谐振电路不是调谐于调频波的载波频率，而是比它高或低一些形成一定的失谐。2.工作原理利用并联LC回路幅频特性的倾斜部分将等幅FM波AM-FM波；再通过二极管对调幅波检波，便可得到调制信号。这种鉴频器是利用并联回路幅频特性的倾斜部分将调频波变换成调幅调频波，故称为斜率鉴频器。在实际调整时，为了获得线性的鉴频特性曲线，总是使输入调频波的中心频率处于谐振特性曲线中接近直线段的中点，如图6-27所示M(或)点。这样，谐振电路电压幅度的变化将与频率成线性关系，就可将调频波转换成调幅调频波。再通过二极管对调幅波的检波，便可得到调制信号。M3.优缺点优点：电路简单缺点：线性范围与灵敏度矛盾Q大，灵敏度高，线性范围窄；Q小，灵敏度低，但线性范围宽。2.参差调谐鉴频器——可以改善斜率鉴频器的线性第一个回路的谐振频率高于调频波的中心频率，第二个回路的谐振频率低于，它们相对于有一失谐量。cfcfcf图6-28参差调谐鉴频器o1m1UU检o2m2UU检oo1o2m1m2()UUUUU检载波状态Uo1＝Uo2，Uo＝0；ffc时，Uo1Uo2，Uo为正值；ffc时，Uo1Uo2，Uo为负值。优点：鉴频灵敏度较高，其输出电压比单失谐回路斜率鉴频器的输出大一倍；缺点：要求上下两个回路严格对称，分别调谐到两个不同的准确频率上，给实际调整增加了困难。三.相位鉴频器相位鉴频器是利用回路的相位一频率特性来实现调频波变换为调幅调频波的。它是将调频信号的频率变化转换为两个电压之间的相位变化，再将这相位变化转换为对应的幅度变化，然后利用幅度检波器检出幅度的变化。常用的相位鉴频器电路有两种，即电感耦合相位鉴频器和电容耦合相位鉴频器。1.电感耦合相位鉴频器1）电路组成（1）线性变换电路----L1C1和L2C2是两个松耦合的双调谐电路，都调谐于调频波的中心角频率ω0。其中初级回路L1C1一般是限幅放大器的集电极负载。这种松耦合双调谐电路有这样一个特点——当信号角频率变化时，副边谐振电路电压对于原边电压的相位随之变化。这种鉴频器正是利用这种相位变化的特点，将频率的变化转换成幅度变化的，所以叫做相位鉴频器。2U1U2U1U耦合电容耦合C3。L3是高频扼流圈，对高频而言，C3的阻抗远小于L3的阻抗，故L3上电压近似等于原边电压。L3又给检波电流的直流分量提供通路。(2)幅度检波电路----V1、R1、C4和V2、R2、C5构成两个对称的幅度检波器。13UU2）工作原理调频波瞬时频率变化是怎样影响鉴频器输出的?可以概括为四句话,即：(1)副边电压对于原边电压的相位差随角频率而变；(2）检波器的输入电压幅度随角频率而变；(3）检出的电压,幅度随角频率而变；(4）鉴频器的输出电压也随频率发生变化。（1）副边电压对于原边电压的相位差随角频率而变•设原边电压为，根据互感原理，L1中电流为1U1U112112jUIMRLZ111jUIL(谐振回路的Q值较高)1I的相位滞后于90•在次级回路中产生的感应电势其相位落后于。21jEMI1I901I2E在次级回路中造成电流22222221jEEIZRLC（6-58）由式（6-58）可知，相位随角频率而变。2I•流过C2产生的电压为，它落后于。它的表示式为2I2U12222j1j1jMICRLC2221jUIC2I901212221j1jUMCLRLC（6-59）上式表明，副边电压对于原边电压的相位差随角频率而变。2U当时，超前90°；当时，超前小于90°；当时，超前大于90°。cc2U2U2U1U1U1Uc图6-32在不同频率下的和1U和2U（2）检波器的输入电压幅度Ud1、Ud2随角频率而变•Ud1、Ud2分别为的矢量和。在不同频率下，其矢量图如图6-32所示。•当时，Ud1=Ud2；•当时，Ud1增大而Ud2减小；•当时，Ud1减小而Ud2增大。2/21UUccc（3）检出的电压Uo1、Uo2幅度随角频率而变o1dd1UUo2dd2UU检出的电压Uo1、Uo2幅度也遵循以上规律，随角频率而变。、（4）鉴频器的输出电压Uo也随频率发生变化•从而使鉴频器的输出电压Uo随频率发生如下的变化：•当时，Uo1=Uo2Uo=0•当时，Uo1Uo2Uo0•当时，Uo1Uo2Uo0oo1o2UUUccc图6-33耦合系数K对S曲线的影响图6-34品质因数Q对S曲线的影响上述关系用曲线表示出来，与图6-29相似，也呈S形，S曲线表示了鉴频特性。曲线表示了鉴频特性。图6-35原边谐振角频率对S曲线的影响图6-36副边谐振角频率对S曲线的影响2．电容耦合相位鉴频器由于这种电路的结构和调整比较简单，故用得较多。目前在移动通信机中广泛地应用这种电路。它与电感耦合相位鉴频器主要有以下三个不同点：1)耦合回路改用电容耦合的形式。初次级线圈L1和L2分别屏蔽。2)将两个检波电路的两个负载电阻和旁路电容合成一个，并将中心接地改为单端接地。3)取消了作为直流通路的电感L3，而加了与检波管并联的电阻R1和R2。这两个电阻可作为泄放C3上电荷的直流路。图6-37电容耦合相位鉴频器图6-38电容耦合部分、图6-39在不同频率下、的相位关系1U2U四、比例鉴频器使用相位鉴频器时，在它的前级必须加限幅器，以去掉调频波的寄生调幅。能否对相位鉴频器电路作一些改进来获得一定的限幅作用呢？比例鉴频器就是这种鉴频和限幅功能的电路，如图6-40（a）所示。图6-40（b）为其等效电路。1.电路图6-40比例鉴频器1)一个二极管Ｖ１反接；2)有一个大电容量Ｃ（一般取10）跨接在电阻（R3+R4）两端；3)输出电压取自Ｍ、Ｅ两端，而不是取自Ｆ、Ｇ两端。μF2.电路特点在比例鉴频器中，加于两个二极管的高频电压仍然是副边电压和上电压的矢量和，所以从频率变化转换成幅度变化过程与相位鉴频器相同。着重分析两个问题：1)为什么检波器输出，可反映频率的变化;2)为什么这种电路具有限幅作用。3.工作原理由于C5很大，其放电时间常数C5(R3+R4)很大（约0.1~0.2s）。在音频一周内，C5上电压可以认为是恒定的，并且不会因输入信号幅度瞬时的变化而变化。它们都是固定不变的。co1o2UUUc2FUUc2GUU1)为什么检波器输出，可反映频率的变化2）为什么这种电路具有限幅作用在于接入大电容C，当接有C时，前已分析，C3，C4上电压之和，等于一个常数Uc，其值决定于信号的平均强度。今设高频信号瞬时增大，本来Uo1和Uo2，要相应地增大，但由于跨接了大电容，额外的充电电荷几乎都被吸去，使的电压总和升不上去。这就造成在高频一周期中，充电时间要加长，充电电流要加大。这意味着，检波电路此时要吸收更多的高频功率。而这部分功率是由谐振电路供给的，故将造成谐振电路有效值Q的下降。这将使谐振电路电压随之降低，这就对原来信号幅度的增大，起着抵消的作用。图6--41比例鉴频器F，G，M点的电位变化一、概述在传输过程中，由于各种干扰的影响，将使调频信号产生寄生调幅。这种带有寄生调幅的调频信号通过鉴频器（比例鉴频器除外），使输出电压产生了不需要的幅度变化，因而造成失真，使通信质量降低。为了消除寄生调幅的影响，在鉴频器（比例鉴频器除外）前可加一级限幅器。对限幅器的要求是在消除寄生调幅时，不改变调频信号的频率变化规律，如图6-46所示。6.6限幅器图6-46限幅器的作用由于限幅过程是一个非线性过程，在输出信号中必然产生许多新的频率成分。所以需要用谐振回路或其他形式的带通滤波器将不需要的频率成分滤掉，以得到恒定振幅的调频正弦波。因此，限幅器通常由非线性元件和谐振回路所组成，当带有寄生限幅的调频信号通过非线性元件后，便削去了幅度变化部分；但此时波形产生了失真，即有新的频率成分出现，需要靠谐振回路来滤除。限幅的特性曲线表示输出电压与输入电压关系。在OA段，输出电压随输入电压增加而增加；A点以后，输入电压增加，输出电压保持一个恒定值。A点称为限幅门限，相应的输入电压称门限电压。显然，只有输入电压超过门限电压时，才会产生限幅作用。图6-47限幅特性曲线图6-48是两个利用二极管限幅的电路。它是在调频放大器的基础上，加两个二极管构成的。在图6-48（a）中，V1、V2一正一反的并接在谐振电路两端。当输入信号小时，谐振电路电压低，如果其幅值小于二极管的正向导通电压，则二极管相当于开路，对放大输出不影响。二、二极管限幅器如果信号有足够大，谐振电路电压高，则两个二极管在正负半周的部分时间内交替导通。因为二极管的正向电阻随所加的电压而变，电压越大则正向电阻越小，故信号越大，二极管内阻越小，使谐振电路Q值下降，从而起到阻止输出增大的作用。谐振电路电压增幅将限制在二极管正向电压范围内。例如若是硅管，则谐振电路的电压幅值约为0.7V。图6-48二极管限幅电路图6-48二极管限幅电路利用三极管作削波元件组成的限幅电路，如图6-49所示。从形式上看，它与一般的调谐放大器没有什么区别，但其工作状态却有别于调谐放大器。在输入信号较小时，限幅器处于放大状态，起普通中频放大器的作用；当输入信号加大时，工作到截止和饱和区域，并且让截止和饱和时间基本相同，即可起到限幅的作用。三、晶体管限幅器实际上，一般的限幅电路，只能在一定程度上限制输出电压的幅度，不可能绝对保持不变。特别是当信号弱时，便失去限幅作用。因此要得到好的限幅效果，在限幅级前要求有高的信号增益，并且不止一级上加以限幅。图6-49晶体管限幅放大器调幅、调频和调相这三种调制方式，它们各有特点，在实际工作中，应当根据具体条件，确定适当的调制方式，下面仅就用得较多的两种主要方式—