高频电子线路课件.ppt
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1、 解调原理解调原理鉴相原理鉴相原理鉴频原理鉴频原理 鉴频电路鉴频电路鉴频电路的主要性能指标鉴频电路的主要性能指标斜率鉴频电路斜率鉴频电路 7.2.5 调角信号的解调原理调角信号的解调原理1.鉴相原理鉴相原理 采用乘积鉴相是最常用的方法。采用乘积鉴相是最常用的方法。若调相信号若调相信号 uPM=Ucmcosct +(t)其中其中 (t)=kpu(t)同步信号与载波信号相差同步信号与载波信号相差/2,为为cos()sin2rmcrmcuUtUt 图图 7.2.5 正交乘积鉴相原理图正交乘积鉴相原理图 载波提取90相移乘法器低 通滤波器uPMuruo1uPM=Ucmcosct +(t)cos()si
2、n2rmcrmcuUtUt 则有则有cos()sinsin()sin2()2oPMrcmrmcccmrmcukuukU UtttkU Uttt 用低通滤波器取出用低通滤波器取出uo中的低频分量,中的低频分量,即即01sin()()22()()()26cmrmcmrmcmrmpkU UkU UuttkU U kututt(7.2.15)式中,式中,k为乘法器增益为乘法器增益,低通滤波器增益为低通滤波器增益为1。图图 7.2.5 正交乘积鉴相原理图正交乘积鉴相原理图 载波提取90相移乘法器低 通滤波器uPMuruo1Mp/6uPM=Ucmcosct +(t)cos()sin2rmcrmcuUtUt
3、 01sin()()22()()()26cmrmcmrmcmrmpkU UkU UuttkU U kututt2.鉴频原理鉴频原理 一种方法是先将调频信号通过频幅转换网络一种方法是先将调频信号通过频幅转换网络变成调频变成调频调幅信号调幅信号,然后利用包络检波的方式取出调制信号。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另一种方法是先将调频信号通过频相转换网络变成调变成调频频调相信号调相信号,然后利用鉴相方式取出调制信号。然后利用鉴相方式取出调制信号。计数法计数法 锁相环法锁相环法图图 7.2.6 鉴频原理图鉴频原理图频幅转换网络包络检波uFMuFM-AMu(a
4、)频相转换网络鉴相uFMuFM-AMu(b)7.4 鉴 频 电 路 7.4.1 鉴频电路的主要性能指标鉴频电路的主要性能指标 1.鉴频线性特性鉴频线性特性 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关系称为鉴频特性,理想的鉴频特性应是线性的。理想的鉴频特性应是线性的。实际电实际电路的非线性失真应该尽量减小。路的非线性失真应该尽量减小。2.鉴频线性范围鉴频线性范围 由于输入调频信号的瞬时频率是在载频附近变化由于输入调频信号的瞬时频率是在载频附近变化,故故鉴频特性曲线位于载频附近鉴频特性曲线位于载频附近,其中线性部分大小称为鉴其
5、中线性部分大小称为鉴频线性范围。频线性范围。3.鉴频灵敏度鉴频灵敏度 在鉴频线性范围内在鉴频线性范围内,单位频偏产生的解调信号电压的单位频偏产生的解调信号电压的大小称为鉴频灵敏度大小称为鉴频灵敏度Sd。图图 7.4.1 90频相转换网络及其相频特性频相转换网络及其相频特性LRCC1uiu2(a)Q22Q2 Q10(b)7.4.2 LC回路的回路的频幅频幅和和频相频相转换特性转换特性 1.LC并联回路的频相转换特性并联回路的频相转换特性根据图根据图7.4.1(a)可以写出网络电压传输函数可以写出网络电压传输函数 211010()11()1ppeZuHuZj CL CCQgLLgQCCLQjgCj
6、Hee010011)(1/21/)(若若(t)=0,即输入信号角频率为即输入信号角频率为0,则则(t)=/2,此时网络相当于一个此时网络相当于一个90相移器。相移器。于是可得到网络的相移函数为于是可得到网络的相移函数为 若若|1(t)|/6,有有102()()eQtt(7.4.1)102()()arctan()22eQttt)(1t 则在则在c=0的情况下的情况下,输出信号的相位为输出信号的相位为设输入单频调频信号的相位为设输入单频调频信号的相位为 0()()sinticfcfttkutMt()()()2()sin2oiefcfctttQ k uttMtLRCC1uiu2(a)Q22Q2 Q1
7、0(b)()()()2()sin2oiefcfctttQ k uttMt 2.LC并联回路的频幅转换特性并联回路的频幅转换特性 由图由图7.3.5(a)可知可知,当调频信号中心角频率当调频信号中心角频率c与与LC并并联回路中心角频率联回路中心角频率0相同时相同时,工作频率所处的网络幅频工作频率所处的网络幅频特性曲线较平坦特性曲线较平坦,对输入调频信号的振幅变化影响不大,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。而且是非单调性变化。为取得较好的线性转换特性为取得较好的线性转换特性,可将可将c置于幅频特性曲线下降段线性部分中点置于幅频特性曲线下降段线性部分中点,如图如图7.4.2中的中
8、的A点点,显然显然,与与A点对称的点对称的B点也可以。点也可以。注意,注意,A、B两点处曲线的斜率不一样。两点处曲线的斜率不一样。为了方便起见,为了方便起见,图图 7.4.2 中回路阻抗幅频特性的纵轴参量表示为电压振幅中回路阻抗幅频特性的纵轴参量表示为电压振幅U。图图 7.4.2 频幅转换原理图频幅转换原理图 U()BAct(t)U(t)Um()t2.LC并联回路的频幅转换特性并联回路的频幅转换特性设输入单频调频信号为设输入单频调频信号为0()costFMcmcfutUtku d 回路幅频特性曲线在回路幅频特性曲线在A点处的斜率即为频幅转换灵点处的斜率即为频幅转换灵敏度敏度Sm=dU/dU/,
9、U和和分别是线性范围内的振分别是线性范围内的振幅变化量和角频率变化量。幅变化量和角频率变化量。由图由图7.4.2可写出输出信号振可写出输出信号振幅表达式幅表达式 Um(t)=Um0+Sm(t)=Um0+Smkfu(t)(7.4.4)d)(可见,可见,输出是一个调频输出是一个调频调幅信号。调幅信号。由于此由于此工作频段对应回路相频特性曲线的非线性部分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,故引起的相移变化与调制电压不成正比,而且而且变化量很小。变化量很小。除了除了LC并联回路之外并联回路之外,LC互感耦合回路也是互感耦合回路也是一种常用的频幅、一种常用的频幅
10、、频相转换网络。频相转换网络。3.LC频幅、频幅、频相转换特性分析中应注意的几个问题频相转换特性分析中应注意的几个问题 LC频幅、频幅、频相转换网络是线性网络频相转换网络是线性网络,对调频信号的频谱结构不对调频信号的频谱结构不会产生变化会产生变化,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所以输出调频信号的振幅不再是恒定的了了,相位也发生了变化。相位也发生了变化。换言之换言之,调频信号的频谱既没有产生线性搬调频信号的频谱既没有产生线性搬移移,更没有发生非线性变换更
11、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。位发生了不同的变化而已。在在实际调频通信接收系统实际调频通信接收系统中中,鉴频电路输入鉴频电路输入调频信号的最大相调频信号的最大相对频偏并不很大对频偏并不很大。例如广播电视伴音系统为例如广播电视伴音系统为50 kHz6.5 MHz0.77%,调频广播系统为调频广播系统为75 kHz10.7 MHz0.70%。其中其中6.5 MHz、10.7 MHz分别是相应系统的中频。分别是相应系统的中频。7.4.3 斜率鉴频电路斜率鉴频电路 利用频幅转换网络将调频信号转换成调频利用频幅转换网络将调
12、频信号转换成调频调幅信号调幅信号,然然后再经过检波电路取出原调制信号后再经过检波电路取出原调制信号,这种方法称为这种方法称为斜率鉴频斜率鉴频,因为在线性解调范围内因为在线性解调范围内,鉴频灵敏度和频幅转换网络特性曲线鉴频灵敏度和频幅转换网络特性曲线的斜率成正比。的斜率成正比。在斜率鉴频电路中:在斜率鉴频电路中:频幅转换网络通常采用频幅转换网络通常采用LC并联回路或并联回路或LC互感耦合回路互感耦合回路,检波电路通常采用差分检波电路或二极管包络检波电路。检波电路通常采用差分检波电路或二极管包络检波电路。图图 7.4.3 差分峰值鉴频电路原理图差分峰值鉴频电路原理图RsusV5Re3C3V3Re1
13、V6Re4C3V4Re1I0UCCL1V2RcuoC1C2u1u2V1 1.差分峰值鉴频电路差分峰值鉴频电路 图图7.4.3是差分峰值鉴频电路原理图。是差分峰值鉴频电路原理图。这种电路便于这种电路便于集成集成,仅仅LC回路元件需外接回路元件需外接,且调试方便。且调试方便。为了扩大线为了扩大线性转换范围性转换范围,提高鉴频灵敏度提高鉴频灵敏度,在图中在图中L1C1并联回路上并联回路上又添加了一个电容又添加了一个电容C2,一起组成了频幅转换网络。一起组成了频幅转换网络。检检波部分由差分峰值包络检波器组成。波部分由差分峰值包络检波器组成。先来分析先来分析L1C1C2网络的电抗特性网络的电抗特性,假定
14、假定L1的损耗可以的损耗可以忽略。忽略。分别设分别设X1和和X2为为L1C1并联回路和并联回路和C2的电抗的电抗,即即11221121,1LXXLCC X1+X2是是L1C1回路和回路和C2串联后的等效电抗串联后的等效电抗,X1X2是是L1C1回路和回路和C2并联后的等效电抗。并联后的等效电抗。图图7.4.4给出了上述电抗随给出了上述电抗随变化的曲线变化的曲线,其中其中(b)图的图的X1+X2曲线可由曲线可由(a)图中两组曲线相加而成。图中两组曲线相加而成。图中图中L1C1回路的并联谐振角频率回路的并联谐振角频率 ,L1C1回回路与路与C2串联后的串联谐振角频率串联后的串联谐振角频率 2 ,L
15、1C1回路与回路与C2并联后的并联谐振角频率也是并联后的并联谐振角频率也是2。输入调频信输入调频信号瞬时角频率位于号瞬时角频率位于2与与1之间。之间。111LC1112()L CC图 7.4.4 L1C1回路与C2串并联后的电抗特性 XX112X2X1X1 X21212X1/X2(a)(b)(c)考虑到考虑到V1、V2基极输入电阻非常大基极输入电阻非常大,故输入调频信号故输入调频信号us在负载上产生的电压在负载上产生的电压u1的振幅的振幅U1m主要由电抗曲线主要由电抗曲线X1+X2决定。决定。当当=2时时,L1C1C2处于串联谐振处于串联谐振,等效阻等效阻抗最小抗最小,故故U1m最小;最小;当
16、当=1时时,L1C1C2处于并联谐振处于并联谐振,等效阻抗最大等效阻抗最大,故故U1m最大。最大。从从V2基极朝左看时,基极朝左看时,由于源电阻由于源电阻Rs很小,很小,近似短路,近似短路,故故C2上电压上电压u2的振幅的振幅U2m主要由电抗曲线主要由电抗曲线X1X2决定。决定。当当=2时时,L1C1C2处于并联谐振处于并联谐振,故故U2m最大;最大;当当=1时时,L1C1C2等效容抗很小等效容抗很小,故故U2m很小。很小。U1m、U2m随随变化的曲线见图变化的曲线见图7.4.5(a)。图 7.4.5 鉴频特性曲线 1212cU1m()U2m()00U1m U2m(a)(b)XX112X2X1
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