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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 图图 7.2.5 正交乘积鉴相原理图正交乘积鉴相原理图 uPM=Ucmcosct + (t)则有则有 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(7.2.15)
2、 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 Mp/6uPM=Ucmcosct + (t)2. 鉴频原理鉴频原理l一一种种方方法法是是先先将将调调频频信信号号通通过过频频幅幅转转换换网网络络变变成成调调频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。 l另另一一种种方方法法是是先先将将调调频频信信号号通通过过频频相相转转换换网网络络变变成成调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。l计数法计数法l锁相环法锁相
3、环法图图 7.2.6 鉴频原理图鉴频原理图 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 鉴鉴频频电电路路输输出出低低频频解解调调电电压压与与输输入入调调频频信信号号瞬瞬时时频频偏偏的的关关系系称称为为鉴鉴频频特特性性, 理理想想的的鉴鉴频频特特性性应应是是线线性性的的。 实实际际电路的非线性失真应该尽量减小。电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 由由于于输输入入调调频频信信号号的的瞬瞬时时频频率率是是在在载载频频附附近近变变化化, 故故鉴鉴频频特特性性曲曲线线位位于于载载频频附附近近, 其其中中线线
4、性性部部分分大大小小称称为为鉴鉴频线性范围。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 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
5、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 (7.4.1) 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 2. LC并联回路的频幅转换特性并联回路的频幅转换特性 由由图图7.3.5(a)可可知知, 当当调调频频信信号号中中心心角角频频率率c与与LC并并联联回回路路中中心心角角频频率率0相相同同时时, 工工作作频频率率所所处处的的网网络络幅幅频频特特性性曲曲线线较较平平坦坦, 对对输输入入调调频频信信号号的的振振幅幅变变化化影影响响不不大大， 而而且且是是
6、非非单单调调性性变变化化。 为为取取得得较较好好的的线线性性转转换换特特性性, 可可将将c置置于于幅幅频频特特性性曲曲线线下下降降段段线线性性部部分分中中点点, 如如图图7.4.2中中的的A点点, 显显然然, 与与A点点对对称称的的B点点也也可可以以。 注注意意， A、 B两两点点处处曲曲线线的的斜斜率率不不一一样样。 为为了了方方便便起起见见， 图图 7.4.2 中中回回路路阻阻抗抗幅幅频频特特性性的的纵纵轴轴参参量量表表示示为为电电压压振振幅幅U。 图图 7.4.2 频幅转换原理图频幅转换原理图 2. 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
7、 回回路路幅幅频频特特性性曲曲线线在在A点点处处的的斜斜率率即即为为频频幅幅转转换换灵灵敏敏度度Sm=dU/dU/, U和和分分别别是是线线性性范范围围内内的的振振幅幅变变化化量量和和角角频频率率变变化化量量。 由由图图7.4.2可可写写出出输输出出信信号号振振幅表达式幅表达式 Um(t)=Um0+Sm(t)=Um0+Smkfu(t) (7.4.4) 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
8、量很小。变化量很小。 除除了了LC并并联联回回路路之之外外, LC互互感感耦耦合合回回路路也也是是一种常用的频幅、一种常用的频幅、 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频频幅幅、 频频相相转转换换网网络络是是线线性性网网络络, 对对调调频频信信号号的的频频谱谱结结构构不不会会产产生生变变化化, 但但由由于于其其中中每每个个频频率率分分量量的的振振幅幅受受到到不不同同程程度度的的衰衰减减, 相相位位产产生生不不同同大大小小的的偏偏移移, 所所以以输输出出调调频频信信号号的的振振幅幅不不再再是是恒恒定定的的
9、了了, 相相位位也也发发生生了了变变化化。 换换言言之之, 调调频频信信号号的的频频谱谱既既没没有有产产生生线线性性搬搬移移, 更更没没有有发发生生非非线线性性变变换换, 而而仅仅仅仅是是其其中中各各个个频频率率分分量量的的振振幅幅和和相相位发生了不同的变化而已。位发生了不同的变化而已。 在在实实际际调调频频通通信信接接收收系系统统中中, 鉴鉴频频电电路路输输入入调调频频信信号号的的最最大大相相对对频频偏偏并并不不很很大大。 例例如如广广播播电电视视伴伴音音系系统统为为50 kHz6.5 MHz0.77%, 调调频频广广播播系系统统为为75 kHz10.7 MHz0.70%。 其其中中6.5
10、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 利利用用频频幅幅转转换换网网络络将将调调频频信信号号转转换换成成调调频频调调幅幅信信号号, 然然后后再再经经过过检检波波电电路路取取出出原原调调制制信信号号, 这这种种方方法法称称为为斜斜率率鉴鉴频频, 因因为为在在线线性性解解调调范范围围内内, 鉴鉴频频灵灵敏敏度度和和频频幅幅转转换换网网络络特特性性曲曲线线的斜率成正比。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
11、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V1 1. 差分峰值鉴频电路差分峰值鉴频电路 图图7.4.3是是差差分分峰峰值值鉴鉴频频电电路路原原理理图图。 这这种种电电路路便便于于集集成成, 仅仅LC回回路路元元件件需需外外接接, 且且调调试试方方便便。 为为了了扩扩大大线线性性转转换换范范围围, 提提高高鉴鉴频频灵灵敏敏度度, 在在图图中中L1C1并并联联回回路路上上又又添添加加了了一一个个电电容容C2, 一一起起组组成成了了频频幅幅转转换换网网络络。 检波部分由差分峰值包络检波器组成。
12、检波部分由差分峰值包络检波器组成。 先先来来分分析析L1C1C2网网络络的的电电抗抗特特性性, 假假定定L1的的损损耗耗可可以以忽忽略略。 分分别别设设X1和和X2为为L1C1并并联联回回路路和和C2的的电电抗抗, 即即 X1+X2是是L1C1回回路路和和C2串串联联后后的的等等效效电电抗抗, X1 X2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给给出出了了上上述述电电抗抗随随变变化化的的曲曲线线, 其其中中(b)图图的的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
13、, L1C1回路与回路与C2串联后的串联谐振角频率串联后的串联谐振角频率 2 , L1C1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。 输入调输入调频信号瞬时角频率位于频信号瞬时角频率位于2与与1之间。之间。 图 7.4.4 L1C1回路与C2串并联后的电抗特性 考考虑虑到到V1、 V2基基极极输输入入电电阻阻非非常常大大, 故故输输入入调调频频信信号号us在在负负载载上上产产生生的的电电压压u1的的振振幅幅U1m主主要要由由电电抗抗曲曲线线X1+X2决决定定。 当当=2时时, L1C1C2处处于于串串联联谐谐振振, 等等效效阻阻抗抗最最小小, 故故U1m最最小小；
14、 当当=1时时, L1C1C2处处于于并并联联谐振谐振, 等效阻抗最大等效阻抗最大, 故故U1m最大。最大。 从从V2基基极极朝朝左左看看时时， 由由于于源源电电阻阻Rs很很小小， 近近似似短短路路， 故故C2上上电电压压u2的的振振幅幅U2m主主要要由由电电抗抗曲曲线线X1 X2决决定定。 当当=2时时, L1C1C2处处于于并并联联谐谐振振, 故故U2m最最大大； 当当=1时时, L1C1C2等等效效容容抗抗很很小小, 故故U2m很很小小。 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 调调频频信信号号us经经L1C1C2网网络络转转换换
15、成成两两个个不不同同的的调调频频调调幅幅信信号号u1和和u2。 u1、 u2分分别别从从差差分分电电路路两两端端输输入入, 先先经经V1、 V2射射随随, 然然后后经经V3、 V4峰峰值值包包络络检检波波, （V5、 V6输输入入电电阻阻作作为为低低通通滤滤波波器器电电阻阻）， V5、 V6差差分分放放大大, 最最后后由由V6集集电电极极单单端端输输出出解解调调信信号号uo。 显显然然, uo与与调调频信号瞬时频偏频信号瞬时频偏(t)之间满足关系式之间满足关系式 uo(t)=Sd(t) 其中，其中， Sd是差分峰值鉴频电路鉴频灵敏是差分峰值鉴频电路鉴频灵敏度。度。 由图由图7.4.5(a)曲线
16、可画出曲线可画出(U1m-U2m)（）曲线曲线, 如图如图7.4.5(b)所示，所示， 这就是鉴频特性曲线。这就是鉴频特性曲线。 可见可见, 在在=（1+2）/2附近，附近， 此鉴频特性线此鉴频特性线性较好性较好, 且鉴频灵敏度比单个且鉴频灵敏度比单个LC并联回路有所并联回路有所提高。提高。 在在实实际际电电路路中中, 通通常常固固定定C1和和C2, 调调整整L1, 得得到到所所需需的的1和和2， 并并且且使使在在载载频频c处处， uo（t）=0。 7.6.3节节介介绍绍的的5250电电视视伴伴音音通通道道集集成电路中采用了这种鉴频电路。成电路中采用了这种鉴频电路。 图图 7.4.6 双失谐回
17、路鉴频器及其鉴频特性双失谐回路鉴频器及其鉴频特性2. 双失谐回路鉴频器双失谐回路鉴频器 图图中中变变压压器器初初级级LC回回路路调调谐谐于于c， 次次级级两两个个LC回回路路分分别别调调谐谐于于1和和2, 输输入入调调频频信信号号载载频频c处处于于1与与2的的中中点点, 如如图图7.4.6(b)所所示示, 其其中中两两条条虚虚线线A1m()、 A2m()分分别别是是次次级级两两个个LC回回路路的的鉴鉴频频特特性性曲曲线线， 实实线线Am()=A1m()-A2m()是是两两个个回回路路合合成成的的鉴鉴频频特特性性曲曲线线。这这里里已已假假定定两两个个检检波波器器参参数数相相同同。若若检检波波效效
18、率率d=1， 则有则有 uo(t)=u1(t)-u2(t)=Sd(t) 若若1与与2位位置置合合适适, 两两回回路路鉴鉴频频特特性性曲曲线线中中的的弯弯曲曲部部分分互互相相补补偿偿, 相相减减后后的的鉴鉴频频特特性性不不但但线线性性好好, 而而且且线线性性鉴鉴频频范范围围增增大大。Sd是是Am（）线线性性部部分分的的斜斜率率，即鉴频灵敏度。即鉴频灵敏度。 这这种种电电路路的的主主要要缺缺点点是是调调试试比比较较困困难难, 因因为为需需要要调调整三个整三个LC回路的参数使之满足要求。回路的参数使之满足要求。 7.4.4 相位鉴频电路相位鉴频电路 利利用用频频相相转转换换网网络络将将调调频频信信号
19、号转转换换成成调调频频调调相相信信号号, 然然后后经经过过鉴鉴相相器器(相相位位检检波波器器)取取出出原原调调制制信信号号, 这这就就是是相相位位鉴鉴频频电电路路的的工工作作原原理理。 在在相相位位鉴鉴频频电电路路中中, 目目前前越来越广泛地采用集成化的双差分正交移相式鉴频器。越来越广泛地采用集成化的双差分正交移相式鉴频器。 双双差差分分正正交交移移相相式式鉴鉴频频电电路路由由图图7.4.1(a)所所示示90频频相相转转换换网网络络和和双双差差分分乘乘积积鉴鉴相相器器组组成成, 其其中中乘乘积积鉴鉴相相原原理已在第理已在第7.2节中讨论过。节中讨论过。 图图7.4.7给出了其电路原理图。给出了
20、其电路原理图。 图图 7.4.7 双差分正交移相式鉴频器原理图双差分正交移相式鉴频器原理图 调调频频信信号号经经V1射射随随后后, 一一路路是是大大信信号号u1从从V7单单端端输输入入, 另另一一路路是是小小信信号号u4经经C1、 L、 C和和R组组成成的的90频频相相转转换换网网络络后后得得到到调调频频调调相相信信号号u5, 再再经经V2射射随随后后得得到到u2, 从从V3、 V6的的基基极极双双端端输输入入, V4、 V5的的基基极极是是固固定定偏偏置。置。 设输入单频调频信号为设输入单频调频信号为 由式由式(7.4.2)可得到可得到= 在在u1、 u2满足线性输入条件下满足线性输入条件下
21、, 乘法器输出为乘法器输出为k为乘法器增益。为乘法器增益。 其中低频分量为其中低频分量为 当当|1|/6时时,(7.4.5) f 假定低通滤波器增益为假定低通滤波器增益为1, 则则uo就是输出的解调信号。就是输出的解调信号。 若若u1是是很很大大信信号号, 使使乘乘法法器器工工作作在在开开关关状状态态, 则则参参照照式式(5.3.9), u3中中将将出出现现很很多多高高次次谐谐波波分分量量, 但但低低频频分分量量仍仍与与sin1成线性关系。成线性关系。 从从以以上上分分析析可可以以看看出出, 产产生生一一个个与与调调频频信信号号有有90固固定定相相移移的的调调频频调调相相信信号号的的目目的的是
22、是使使乘乘法法器器输输出出的的低低频频分分量量与与正正弦弦函函数数成成线线性性关关系系, 以以便便从从中中取取出出与与瞬瞬时时角角频频偏偏(t)成正比的电压分量。成正比的电压分量。 双双差差分分正正交交移移相相式式鉴鉴频频电电路路的的优优点点是是易易于于集集成成, 外外接接元元件件少少, 调调试试简简单单, 鉴鉴频频线线性性特特性性好好, 目目前前在在通通用用或或专专用用鉴鉴频频集集成成电电路路中中应应用用非非常常广广泛泛。 通通常常固固定定C和和C1, 且且C1C, 只只 需需 调调 谐谐 L即即 可可 。 第第 7.6节节 将将 要要 介介 绍绍 的的MC3361B FM解解调调电电路路和
23、和TA7680AP彩彩电电图图像像、 伴伴音音通道电路中都采用了这种电路。通道电路中都采用了这种电路。 7.4.5 限幅电路限幅电路 已已调调波波信信号号在在发发送送、 传传输输和和接接收收过过程程中中, 不不可可避避免免地地要要受受到到各各种种干干扰扰。 有有些些干干扰扰会会使使已已调调波波信信号号的的振振幅幅发发生生变变化化, 产产生生寄寄生生调调幅幅。 调调幅幅信信号号上上叠叠加加的的寄寄生生调调幅幅很很难难消消除除。 由由于于调调频频信信号号原原本本是是等等幅幅信信号号, 故故可可以以先先用用限限幅幅电电路路把把叠叠加加的的寄寄生生调调幅幅消消除除, 使使其其重重新新成成为为等等幅信号
24、，幅信号， 然后再进行鉴频。然后再进行鉴频。 调调频频信信号号振振幅幅上上的的寄寄生生调调幅幅对对鉴鉴频频有有什什么么危危害害呢呢?若若采采用用斜斜率率鉴鉴频频, 需需要要把把调调频频信信号号转转换换成成调调频频调调幅幅信信号号, 显显然然, 寄寄生生调调幅幅会会叠叠加加在在调调频频调调幅幅信信号号的的振振幅幅上上, 因因此此在在振振幅幅检检波波时时会会产产生生失失真真。 若若采采用用相相位位鉴鉴频频, 由由式式(7.4.5)可可知知, 仅仅在在调调频频信信号号振振幅幅U1、U2恒恒定定的的情情况况下下, 鉴鉴频频后后的的信信号号uo才才与与原原调调制制信信号号u成成线线性性关关系系, 所所以
25、以寄寄生调幅对生调幅对U1、U2的影响也会使的影响也会使uo产生失真。产生失真。 用用于于调调频频信信号号的的限限幅幅电电路路通通常常由由三三极极管管放放大大器器或或差差分分放放大大器器后后接接带带通通滤滤波波器器组组成成。 三三极极管管放放大大器器或或差差分分放放大大器器增增益益必必须须很很大大(通通常常采采用用多多级级放放大大), 将将疏疏密密程程度度不不同同的的正正弦弦调调频频信信号号转转换换成成宽宽度度不不同同的的方方波波调调频频信信号号； 带带通通滤滤波波器器调调谐谐于于载载频频, 带带宽宽与与调调频频信信号号带带宽宽相相同同, 于于是是可可从从宽宽度度不不同同的的方方波波信信号号中
26、中重重新新恢恢复复等等幅幅的的调调频频信信号号, 消除了寄生调幅的影响。消除了寄生调幅的影响。 综综上上所所述述, 消消除除调调频频信信号号的的寄寄生生调调幅幅是是必必须须的的, 也也是是很很容容易易做做到到的的。 所所以以, 限限幅幅电电路路是是鉴鉴频频电电路路必必不不可可少少的辅助电路。的辅助电路。 7.4.6 加重电路与静噪电路加重电路与静噪电路 分分析析表表明明， 在在鉴鉴频频电电路路输输出出端端， 噪噪声声功功率率谱谱密密度度与与频频率率平平方方成成正正比比， 即即大大部部分分噪噪声声功功率率分分布布在在高高频频段段， 而而话话音音、 音音乐乐等等信信号能量大部分却处于低频段，号能量
27、大部分却处于低频段， 两者正好相反。两者正好相反。 为为了了改改善善信信噪噪比比， 可可以以在在鉴鉴频频电电路路输输出出端端采采用用具具有有低低通通性性质质的网络滤除高频段噪声。的网络滤除高频段噪声。 但但是是这这样样一一来来， 信信号号的的高高频频部部分分也也同同时时受受到到衰衰减减， 产产生生了了失失真真， 所所以以需需要要在在发发射射机机的的调调制制电电路路之之前前采采用用具具有有高高通通性性质质的的网网络络提提升升调调制制信信号号的的高高频频部部分分， 从从而而使使接接收收机机鉴鉴频频之之后后信信号号的的高高频频部分既不会产生失真，部分既不会产生失真， 同时又达到抑制噪声功率的目的。同
28、时又达到抑制噪声功率的目的。 图图7.4.8 预加重网络和去加重网络预加重网络和去加重网络 这种方法称为预加重、这种方法称为预加重、 去加重技术，去加重技术， 即发即发射时预先射时预先“加重加重”调制信号的高频分量，调制信号的高频分量， 接收接收时去除解调信号中时去除解调信号中“加重加重”了的高频分量。了的高频分量。 常常用用的的RC预预加加重重、 去去加加重重网网络络分分别别如如图图7.4.8（a）、）、 (b)所示。所示。 在鉴频电路中还经常采用静噪电路。在鉴频电路中还经常采用静噪电路。 当当调调频频接接收收机机没没有有信信号号输输入入或或信信噪噪比比很很小小时时， 由由于于鉴鉴频频器器对
29、对输输入入信信噪噪比比有有门门限限要要求求（即即输输入入信信噪噪比比低低于于门门限限时时输输出出噪噪声声很很大大）， 故故此此时时鉴鉴频频器器输输出出的的噪噪声声很大，很大， 所以应该将后面的音频功放关闭。所以应该将后面的音频功放关闭。 当当有有信信号号输输入入， 且且信信噪噪比比较较大大时时， 鉴鉴频频器器输输出出噪噪声明显下降，声明显下降， 此时再将音频功放开启。此时再将音频功放开启。 实实现现以以上上功功能能的的电电路路就就是是静静噪噪电电路路。 通通常常采采用用在在鉴鉴频频器器之之前前或或之之后后用用低低通通滤滤波波器器提提取取信信号号或或噪噪声声的的平平均均电电平平，并并根根据据其其
30、电电平平大大小小来来控控制制音音频频功功放放的的关关闭闭和和开启。开启。 若根据信号平均电平的大小进行控制，若根据信号平均电平的大小进行控制， 则称为信号型，则称为信号型， 通常从鉴频器之前接入；通常从鉴频器之前接入； 若根据噪声平均电平的大小若根据噪声平均电平的大小进行控制，进行控制， 则称为噪声型，则称为噪声型， 通常从鉴频器之后接入。通常从鉴频器之后接入。 图图7.4.9是噪声型静噪电路组成与接入方式原理图。是噪声型静噪电路组成与接入方式原理图。 7.6.2节介绍节介绍MC3361B集成电路时给出了一个噪声型静集成电路时给出了一个噪声型静噪电路的实例。噪电路的实例。 图图7.4.9 噪声型静噪电路组成与接入方式噪声型静噪电路组成与接入方式 作业：7.1、7.9、7.14
