《通信電子電路》(課件)_第六章_第5～8節(jié)

1、6.5 調(diào)頻波的解調(diào)一、鑒頻器的質(zhì)量指標(biāo)二、斜率鑒頻器三、相位鑒頻器四、比例鑒頻器 6.5 調(diào)頻波的解調(diào) 從調(diào)頻波中取出原來的調(diào)制信號，稱為頻率檢波，又稱鑒頻。完成鑒頻功能的電路，稱為鑒頻器。 在調(diào)頻波中，調(diào)制信息包含在高頻振蕩頻率的變化量中，所以調(diào)頻波的解調(diào)任務(wù)就是要求鑒頻器輸出信號與輸入調(diào)頻波的瞬時(shí)頻移成線性關(guān)系。 可用方框圖表示。其對應(yīng)各點(diǎn)波形如圖6-24所示。由于信號的最后檢出還是利用高頻振幅的變化，這就要求輸入的調(diào)頻波本身“干凈”不帶有寄生調(diào)幅。否則，這些寄生調(diào)幅將混在轉(zhuǎn)換后的調(diào)幅調(diào)頻波中，使最后檢出的信號受到干擾。調(diào)頻波的檢波，主要是限幅器和鑒頻器 為此，在輸入到鑒頻器前的信號要經(jīng)

2、過限幅、使其幅度恒定。 因此，調(diào)頻波的檢波，主要是限幅器和鑒頻器兩個(gè)環(huán)節(jié)，可用圖6-24（a）方框圖表示。其對應(yīng)各點(diǎn)波形如圖6-24 (b)所示。 有的鑒頻器（比例鑒頻器），本身具有限幅作用，則可以省掉限幅器。 鑒頻器的類型很多，根據(jù)它們的工作原理，可分為斜率鑒頻器，相位鑒頻器和比例鑒頻器。思路鑒頻器實(shí)際上包含兩個(gè)部分1.線性變換電路-借助于諧振電路將等幅的調(diào)頻波轉(zhuǎn)換成幅度隨瞬時(shí)頻率變化的調(diào)幅調(diào)頻波。2.幅度檢波電路-用二極管檢波器進(jìn)行幅度檢波，以還原出調(diào)制信號。 一.鑒頻器的質(zhì)量指標(biāo)1.鑒頻跨導(dǎo)gd 鑒頻器的輸出電壓 與輸入調(diào)頻信號瞬時(shí)頻偏 的關(guān)系，所謂鑒頻跨導(dǎo)，是指曲線的中心頻率(圖6-2

3、5的 處）附近輸 出電壓與頻偏的比值又叫鑒頻靈敏度。 它表示單位頻偏所產(chǎn)生輸出電壓的大小。鑒頻曲線越陡，鑒頻靈敏度越高，說明在較小 的頻偏下就能得到一定電壓的輸出。因此鑒 頻跨導(dǎo)大些好。 2.鑒頻頻帶寬度B 這指的鑒頻特性近于直線的頻率范圍。在圖中就是兩彎曲點(diǎn)之間的范圍，我們稱為頻帶寬度B。一般要求B 大于輸入調(diào)頻波頻偏的兩倍。 3.非線性失真 在頻帶內(nèi)鑒頻特性只是近似線性，也存在著非線性失真，我們希望非線性失真盡量小。 4.對寄生調(diào)幅應(yīng)有一定的抑制能力二、斜率鑒頻器 1. 單失諧回路斜率鑒頻器 1）電路 2）工作原理 3）優(yōu)缺點(diǎn) 2. 參差調(diào)諧鑒頻器1.電路斜率鑒頻器由失諧單諧振回路和 二極

4、管包絡(luò)檢波器組成。 其諧振電路不是調(diào)諧于調(diào)頻波的載波頻率，而是比它高或低一些形成一定的失諧。2.工作原理 利用并聯(lián)LC回路幅頻特性的傾斜部分將等幅FM波 AM-FM波； 再通過二極管對調(diào)幅波檢波，便可得到調(diào)制信號。 這種鑒頻器是利用并聯(lián)回路幅頻特性的傾斜部分將調(diào)頻波變換成調(diào)幅調(diào)頻波，故稱為斜率鑒頻器。 在實(shí)際調(diào)整時(shí)，為了獲得線性的鑒頻特性曲線，總是使輸入調(diào)頻波的中心頻率處于諧振特性曲線中接近直線段的中點(diǎn)，如圖6-27所示 M (或 )點(diǎn)。這樣，諧振電路電壓幅度的變化將與頻率成線性關(guān)系，就可將調(diào)頻波轉(zhuǎn)換成調(diào)幅調(diào)頻波。再通過二極管對調(diào)幅波的檢 波，便可得到調(diào)制信號。3.優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：電路簡單缺點(diǎn)：線

5、性范圍與靈敏度矛盾Q大，靈敏度高，線性范圍窄；Q小，靈敏度低，但線性范圍寬。2. 參差調(diào)諧鑒頻器 可以改善斜率鑒頻器的線性 第一個(gè)回路的諧振頻率 高于調(diào)頻波的中心頻 率 ， 第二個(gè)回路的諧振頻率 低于 ，它們相對于 有一失諧量。圖6-28 參差調(diào)諧鑒頻器載波狀態(tài)Uo1Uo2，Uo0； f fc時(shí)，Uo1Uo2，Uo為正值；f fc時(shí)，Uo1 Uo2 Uo 0當(dāng) 時(shí)，Uo1 Uo2 Uo 0 圖6-33 耦合系數(shù)K對S曲線的影響 圖6-34品質(zhì)因數(shù)Q對S曲線的影響 上述關(guān)系用曲線表示出來，與圖6-29相似，也呈S形，S 曲線表示了鑒頻特性。曲線表示了鑒頻特性。圖6-35 原邊諧振角頻率對S曲線的

6、影響 圖6-36 副邊諧振角頻率對S曲線的影響 2電容耦合相位鑒頻器 由于這種電路的結(jié)構(gòu)和調(diào)整比較簡單，故用得較多。目前在移動(dòng)通信機(jī)中廣泛地應(yīng)用這種電路。它與電感耦合相位鑒頻器主要有以下三個(gè)不同點(diǎn)： 1) 耦合回路改用電容耦合的形式。初次級線圈L1和L2分別屏蔽。 2) 將兩個(gè)檢波電路的兩個(gè)負(fù)載電阻和旁路電容合成一個(gè)，并將中心接地改為單端接地。 3) 取消了作為直流通路的電感L3，而加了與檢波管并聯(lián)的電阻R1和R2。這兩個(gè)電阻可作為泄放C3 上電荷的直流路。圖6-37 電容耦合相位鑒頻器 圖6-38 電容耦合部分 、 圖6-39 在不同頻率下、的相位關(guān)系四、比例鑒頻器 使用相位鑒頻器時(shí)，在它的

7、前級必須加限幅器，以去掉調(diào)頻波的寄生調(diào)幅。 能否對相位鑒頻器電路作一些改進(jìn)來獲得一定的限幅作用呢？ 比例鑒頻器就是這種鑒頻和限幅功能的電路，如圖6-40（a）所示。圖6-40（b）為其等效電路。1.電路圖6-40 比例鑒頻器1) 一個(gè)二極管反接；2) 有一個(gè)大電容量 （一般取10）跨接在電阻（R3 + R4 ）兩端；3) 輸出電壓取自、兩端，而不是取自、 兩端。2.電路特點(diǎn) 在比例鑒頻器中，加于兩個(gè)二極管的高頻電壓仍然是副邊電壓和上電壓的矢量和，所以從頻率變化轉(zhuǎn)換成幅度變化過程與相位鑒頻器相同。 著重分析兩個(gè)問題： 1)為什么檢波器輸出，可反映頻率的變化; 2)為什么這種電路具有限幅作用。3.

8、工作原理 由于C5 很大，其放電時(shí)間常數(shù)C5 (R3 + R4 )很大（約0.10.2s）。在音頻一周內(nèi)， C5上電壓可以認(rèn)為是恒定的，并且不會因輸入信號幅度瞬時(shí)的變化而變化。它們都是固定不變的。1)為什么檢波器輸出，可反映頻率的變化2）為什么這種電路具有限幅作用 在于接入大電容C ，當(dāng)接有C 時(shí)，前已分析， C3 ， C4 上電壓之和，等于一個(gè)常數(shù)Uc ，其值決定于信號的平均強(qiáng)度。 今設(shè)高頻信號瞬時(shí)增大，本來 Uo1 和Uo2 ，要相應(yīng)地增大，但由于跨接了大電容，額外的充電電荷幾乎都被吸去，使的電壓總和升不上去。這就造成在高頻一周期中，充電時(shí)間要加長，充電電流要加大。 這意味著，檢波電路此時(shí)

9、要吸收更多的高頻功率。而這部分功率是由諧振電路供給的，故將造成諧振電路有效值 Q 的下降。這將使諧振電路電壓隨之降低，這就對原來信號幅度的增大，起著抵消的作用。圖6-41 比例鑒頻器F， G，M點(diǎn)的電位變化 一、概述 在傳輸過程中，由于各種干擾的影響，將使調(diào)頻信號產(chǎn)生寄生調(diào)幅。這種帶有寄生調(diào)幅的調(diào)頻信號通過鑒頻器（比例鑒頻器除外），使輸出電壓產(chǎn)生了不需要的幅度變化，因而造成失真，使通信質(zhì)量降低。為了消除寄生調(diào)幅的影響，在鑒頻器（比例鑒頻器除外）前可加一級限幅器。對限幅器的要求是在消除寄生調(diào)幅時(shí)，不改變調(diào)頻信號的頻率變化規(guī)律，如圖6-46所示。6.6 限幅器圖6-46 限幅器的作用 由于限幅過程

10、是一個(gè)非線性過程，在輸出信號中必然產(chǎn)生許多新的頻率成分。所以需要用諧振回路或其他形式的帶通濾波器將不需要的頻率成分濾掉，以得到恒定振幅的調(diào)頻正弦波。 因此，限幅器通常由非線性元件和諧振回路所組成，當(dāng)帶有寄生限幅的調(diào)頻信號通過非線性元件后，便削去了幅度變化部分；但此時(shí)波形產(chǎn)生了失真，即有新的頻率成分出現(xiàn)，需要靠諧振回路來濾除。 限幅的特性曲線表示輸出電壓與輸入電壓關(guān)系。在OA段，輸出電壓隨輸入電壓增加而增加；A 點(diǎn)以后，輸入電壓增加，輸出電壓保持一個(gè)恒定值。A 點(diǎn)稱為限幅門限，相應(yīng)的輸入電壓稱門限電壓。顯然，只有輸入電壓超過門限電壓時(shí)，才會產(chǎn)生限幅作用。圖6-47 限幅特性曲線 圖6-48是兩個(gè)

11、利用二極管限幅的電路。它是在調(diào)頻放大器的基礎(chǔ)上，加兩個(gè)二極管構(gòu)成的。在圖6-48（a）中，V1、V2一正一反的并接在諧振電路兩端。當(dāng)輸入信號小時(shí)，諧振電路電壓低，如果其幅值小于二極管的正向?qū)妷?，則二極管相當(dāng)于開路，對放大輸出不影響。 二、二極管限幅器 如果信號有足夠大，諧振電路電壓高，則兩個(gè)二極管在正負(fù)半周的部分時(shí)間內(nèi)交替導(dǎo)通。因?yàn)槎O管的正向電阻隨所加的電壓而變，電壓越大則正向電阻越小，故信號越大，二極管內(nèi)阻越小，使諧振電路Q值下降，從而起到阻止輸出增大的作用。諧振電路電壓增幅將限制在二極管正向電壓范圍內(nèi)。例如若是硅管，則諧振電路的電壓幅值約為0.7V。圖6-48 二極管限幅電路 圖6-

12、48 二極管限幅電路 利用三極管作削波元件組成的限幅電路，如圖6-49所示。從形式上看，它與一般的調(diào)諧放大器沒有什么區(qū)別，但其工作狀態(tài)卻有別于調(diào)諧放大器。在輸入信號較小時(shí)，限幅器處于放大狀態(tài)，起普通中頻放大器的作用；當(dāng)輸入信號加大時(shí)，工作到截止和飽和區(qū)域，并且讓截止和飽和時(shí)間基本相同，即可起到限幅的作用。三、晶體管限幅器 實(shí)際上，一般的限幅電路，只能在一定程度上限制輸出電壓的幅度，不可能絕對保持不變。特別是當(dāng)信號弱時(shí)，便失去限幅作用。因此要得到好的限幅效果，在限幅級前要求有高的信號增益，并且不止一級上加以限幅。圖6-49 晶體管限幅放大器 調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相這三種調(diào)制方式，它們各有特點(diǎn)，在實(shí)際工

13、作中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體條件，確定適當(dāng)?shù)恼{(diào)制方式，下面僅就用得較多的兩種主要方式調(diào)頻和調(diào)幅，作一比較。6.7 調(diào)制方式的比較 通信的距離和可靠性，在相當(dāng)大的程度上取決于抗干擾性能的好壞。 一般的說，調(diào)頻系統(tǒng)的抗干擾能力比調(diào)幅系統(tǒng)強(qiáng)。但這是有條件的。當(dāng)收到的信號干擾強(qiáng)度比小于某一臨界值時(shí)，調(diào)頻甚至比調(diào)幅系統(tǒng)還要差些。1. 抗干擾性能 圖6-50表示在不同的輸入信號干擾強(qiáng)度比的情況下調(diào)頻接收機(jī)輸出信號干擾強(qiáng)度比的變化情況。 圖6-50 不同信號干擾對調(diào)頻接收的影響 調(diào)頻信號所占據(jù)的頻帶寬度大于調(diào)幅信號，即調(diào)幅制比較經(jīng)濟(jì)。但發(fā)射機(jī)所能傳送的音頻頻帶越寬，聲音越逼真，即音質(zhì)越好，從這個(gè)角度看，調(diào)頻信號比調(diào)幅

14、信號好。2.占用頻帶的寬度 由于調(diào)頻發(fā)射機(jī)發(fā)射的是等幅波，所以調(diào)頻波的功率不因調(diào)制而增大，而調(diào)幅波的功率隨著調(diào)制的深度而加大。當(dāng)m=1時(shí)，調(diào)幅波的平均功率則達(dá)到載波功率的1.5倍，最大工作點(diǎn)的峰值功率則達(dá)載波功率的4倍。故調(diào)頻發(fā)射機(jī)的功率和耗電量要比相同載波功率的調(diào)幅發(fā)射機(jī)小。3.發(fā)射機(jī)所需的功率和耗電量 在移動(dòng)通信中，由于傳輸距離差別懸殊，接收到的信號強(qiáng)度也差別懸殊。 在強(qiáng)信號情況下，接收機(jī)的載頻放大級常工作于限幅狀態(tài)，使調(diào)幅波嚴(yán)重失真，甚至失去調(diào)幅的特點(diǎn)，造成接收機(jī)在強(qiáng)信號情況下反而接收不好甚至完全不能接收的情況，這種情況稱為強(qiáng)信號堵塞現(xiàn)象。假如采用調(diào)頻系統(tǒng)，則由于調(diào)頻接收不受限幅的影響，

15、可以在一定程度上得到改善。4.強(qiáng)信號堵塞現(xiàn)象 一、MC2833調(diào)頻電路 1內(nèi)部結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)指標(biāo) MC2833的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6-51所示。它包括一個(gè)話筒放大器、射頻電壓控制振蕩器、緩沖器和兩個(gè)輔助的晶體管放大器等幾個(gè)主要部分。使用時(shí)需要外接晶體、LC選頻網(wǎng)絡(luò)以及少量電阻、電容和電感。 MC2833的電源電壓范圍較寬, 為2.8 V9.0V。 6.8 集成調(diào)頻、鑒頻電路芯片圖6-51 MC2833內(nèi)部結(jié)構(gòu) 話筒產(chǎn)生的音頻信號從腳輸入, 經(jīng)放大后去控制可變電抗元件?？勺冸娍乖闹绷髌珘河善瑑?nèi)參考電壓經(jīng)電阻分壓后提供。由片內(nèi)振蕩電路、可變電抗元件、外接晶體和15、16 腳兩個(gè)外接電容組成的晶振直接調(diào)頻電路(皮爾斯電路)產(chǎn)生載頻為16.5667MHz的調(diào)頻信號。 2MC2833組成的調(diào)頻發(fā)射機(jī)電路 與晶體串聯(lián)的33H電感用于擴(kuò)展最大線性頻偏。緩沖器通過14腳外接三倍頻網(wǎng)絡(luò)將調(diào)頻信號載頻提高到49.7 MHz，同時(shí)也將最大線性頻偏擴(kuò)展為原來的三倍，然后從13腳返回片內(nèi)，經(jīng)兩級放大后從腳輸出。 MC2833輸出的調(diào)頻信號可以直接用天線發(fā)射, 也可以接其他集成功放電路后再發(fā)射出去。圖6-52 MC2833組成的調(diào)頻發(fā)射機(jī)電路 MC3361B內(nèi)部功能框圖 圖6-53(a)是MC3361B內(nèi)部功能框圖