笫6章 调制与解调5

假定 ct0 / 2 ，这个假定可以在具体电路中实现，并假
定
mFt0 0.2 ，则上式可近似为：
vD (t)
1 2
Vc2m mF
t0
cos
t
该式表明，当满足 t0 0.2 / ，ct0 / 2 和 t0 0.2 / mF 时，
这种鉴频方法可以得到与调制信号成正比的解调信号。鉴频器
频率解调器的技术指标
鉴频器的主要特性是鉴频特性（S曲线：频率－电压关系,其方
向与电路有关。）。
当调频波的频率偏离其中心频率时，
VD
鉴频器输出电压随之改变，实现了 频率到电压的变换。
VD
0 fc
f
衡量鉴频特性的主要指标有：
1、灵敏度。鉴频器鉴频特性的
f
灵敏度通常用 斜率定义，即
f
处鉴频特性的
c
SD VD / f
解调方法（续1）
3、将调频波变换为调相─调频波，使相位的变化与瞬时频率 的变化成正比，然后用相位检波器解调，即可得到所需信号。 例如：正交鉴频器。这种方法的方框图如下所示。
▪ 为了实现调频波到调相──调频波的变换，通常是用将调频
波延时
▪ 在 t0
t0 时间的方法。
满足一定条件时，可ห้องสมุดไป่ตู้得到相位变化与瞬时频率变化
调频波的解调就是从调频信号中恢复出原调制信号。即要产生 一个其幅度与输入调频信号的瞬时频率成线性关系的输出电压 （或电流）。 通常把调频波的解调称鉴频，把频率－幅度转换 的器件称为鉴频器。
解调方法
1、利用锁相环路实现解调。有关这种解调方法的内容将在 第7章锁相环路中讨论。
2、利用调频波的过零信息实现解调 例如脉冲计数式鉴频器
v0 (t) vFM (t) vFM (t t0 )
Vc2m cos[ct mF sin t]
cos[ct mF sin t ct0 mF t0 cos t]
1 2
Vc2m
cos(ct0
mF t0
cos
t)
1 2
Vc2m
cos[2(ct
mF
sin
t)
ct0
mF
t0
cos
t
]
正交鉴频器－－利用相位解调器的鉴频器（续2）
中所用延时电路可用耦合回路或一电容和一LC并联回路相串联
来实现。
正交鉴频器－－利用相位解调器的鉴频器（续3） 返回
0
1 L(C1 C )
延时网络（频相转换网络）
延时分析： 见p391－392
H ( j)
V2 V1
1
jC1R 2
jQ( 1)
02
其中，Q R / 0 L, 02 1/ L(C C1，) 其幅频和相频特性可分别表为
▪ 由于调频信号传输过程中，信号通道的频率特性不理想及外 界干扰和内部噪声的影响，在鉴频器输入端调频信号的振幅 可能发生变化，从而使鉴频器的输出产生附加干扰，以致不能 准确解调。为此，在鉴频器前常常接入限幅器。
▪ 调频信号是一种类似高频正弦形的信号，高频正弦信号限幅 器基本原理与脉冲限幅器类似，但为得到等幅的正弦波，应 采用双向限幅器，在限幅器后接带通滤波器以滤除高次谐波。
▪ 其中回路1的谐振频率 f01 f （ fc 为调频信号中心频率），
c ，回路II的谐振频率 f02
f01 fc fc f02 。
fc
▪ 两谐振回路的特性曲线相同，仅谐振频率不同，并将两个鉴频
器的输出之差作为总的输出，即 vD vD1 vD2 。
1、双失谐回路鉴频器（续2） 返回一 返回二
该式表明，调频波延时 t0 后，得到一个调相-调频波。
▪ 这里需要注意，这个结果是在假定 t0 较小的情况下得到的，
通常要求延时 t0 0.2 / 。
解调方法（续3）
4、将等幅调频波变换为幅度变化与频率变化成正比的调幅-调频 波。因为调频波的频率变化与调制信号成正比，所以变换后信号 的幅度变化也与调制信号成正比。然后用幅度解调器解调，即可 得到所需信号。例如：斜率鉴频器，相位鉴频器。框图如下所示
，
vFM (t t0) cos[ct mF sin t ct0 mFt0 cos t)]
可以看出，这是一个调相-调频波。
其中 ct mF sin t 为原调频信号的相角；
而 ct0 mFt0 cos t 则为一附加相位，该附加相位与
调制信号成正比。因此，这个附加相位部分包含了调制信号的 信息。
二极管D为偏置电路，相乘输出经
R、8
滤波器滤除高频分量，从而得到解调输出。
TC1构2~成的T的基4 低极通。
2、例：正交鉴频器电路
R1 T8
T1 T2
R4
R6
T3 T4
T9
vFM (t)
T5
T6
R2
R5
R3
C1
vFM (t)
C1
T7
C R
L
VCC
R7
R8 vD (t)
C2
D
3、相位鉴频器
（1）工作过程 ▪ 用延时电路将等幅调频波变换为等幅调相─调频波。 ▪ 用相加电路将调频信号与其延时后的信号相加， 将等幅调相─调频波变换为调幅─调相─调频波。 ▪ 然后用幅度解调器解调，即可得到所需信号。
在瞬时频率变化范围内，谐振回路的幅频与相频特性可分别用 直线近似。理论推导见p386-387,下面定性说明。
1、失谐回路鉴频器（续1）
▪ 定性说明： 调频波经失谐回路后 其幅度随瞬时频率规 律变化，包络检波 检出包络信号。
vD
鉴频输出
vD t
fc f0
f t
f
调频波瞬时频 率变化规律
▪ 为了扩大单失谐回路鉴频器鉴频特性线性工作范围和灵敏度， 可使用两个单失谐回路鉴频器的组合，如下图所示。
vFM (t)
• •1 • 11
DC
R
vD1 vD vD vD1 vD2
D C R vD 2
vD
f 01 f c f c f 02
f
0
f01 fc
f02
2、正交鉴频器－－利用相位解调器的鉴频器
▪ 前已说明，将调频波延时 t0 ，当 t0 满足一定条件时，可以
得到相位变化规律与调制信号变化规律基本相同的调相波。 ▪ 检测出这个相位变化就可获得解调信号。一种相位检测方法 是将调频信号与其延时后的信号相乘，其方框图如上图所示。 这种方案多用于集成电路鉴频器中。 ▪ 下面分析相乘过程。
iFM (t)
R1 L1 C1
▪ 图中 R1 、L1 、C1 构成
谐振回路对调频波失谐，实现
调频波到调幅─调频波的变换
D
R2
C2
vD (t)
▪ D、 R2、C2构成二极管峰值 包络检波器，完成幅度检波。
▪ 假定调频波的中心频率 c 2 fc ，偏离谐振回路的谐振频 率 0 2 f0 ，且 fc f0 或 fc f0 ，调频波的频偏较小，
BWD
鉴频灵敏度的单位为V/Hz。
2、线性范围。线性范围是指鉴频特性近似为直线的范围，
如。3、图非B线W性D 失所真示。。由这于个鉴范频围特应性该不大是于理调想频直信线号而最使大解频调偏信的号两产倍生
的失真称为鉴频器的非线性失真。
频率解调器电路：1、失谐回路鉴频器
利用对调频波中心频率失谐的LC回路，将调频波变换为 调幅─调频波，然后用二极管峰值包络检波器进行幅度检波。
0
] 2
调频波对时间取导后仍为一调频波，其瞬时频率变化规 律与原调频信号相同，只是初始相位增加。但其幅度不再 是等幅的，而是与调频波的瞬时频率成正比。因瞬时频率 表示了调制信号的变化规律，所以幅度变化也反映了调制 信号的变化规律。
▪ 对时间域微分；（相位鉴频器） ▪ 对频率域微分：（双失谐回路鉴频器）
成正比的调相─调频波。
▪ 对于由单频余弦信号 v f (t) Vm cos t
对载波调频
所得到的调频信号将其延时 t0 后可表示为：
vFM (t t0 ) cos[c (t t0 ) mF sin (t t0 )]
解调方法（续2）
▪ 如果 t0 的值较小，使得 则上式可简化为：
sin t0 t0, cos t0 1
笫6章 调制与解调
一、调制的基本概念 二、幅度调制 1、标准幅度调制与解调 2、抑制载波调幅、单边带调幅和残留边带调幅 3、正交幅度调制与解调 4、数字信号调幅 三、角度调制 角调调制的基本概念 频率调制信号的性质 实现频率调制的方法与电路 调频波的解调方法与电路 四、数字信号的相位调制
调频波的解调方法与电路
t
vFM (t) Vcm cos[ct KF 0 v f ()d 0 ]
为了实现调频波到调幅─调频波的变换，可将调频波对t求导
dvFM dt
(t)
d dt
Vcm
c os [c t
KF
t
0 v f ()d 0 ]
Vcm[c K F v f (t)]cos[ct K F
t
v
0
f
()d
H ( jf )
2f C1 R
1 Q 2 ( f 2 1)2
f
2 0
( f ) arctgQ( f 2 1)
2
f
2 0
在 f0 附近一个小范围内，可认为，
Q( f 2 1) 1
f
2 0
H( jf ) 常数
( f ) 2Q f f0
2
f0
将回路谐振频率调在调频波中心频率上，则上图网络可以作
2、正交鉴频器－－利用相位解调器的鉴频器（续1） 返回
▪ 若调频波为—单频余弦信号调制的信号，表示
为： vFM (t) Vcm cos[ct mF sin t]
▪ 延时 t0 后的调频波可表示为：
vFM (t t0) Vcm cos[c (t t0) mF sin (t t0)]
▪ 若 t0 0.2 / ，将调频信号与其延时后的信号相乘可得：
▪ 在实际电路中，常用差分放大构成限幅器。这种电路的优点 是易于实现集成化，且电路简单，限幅电平较低。见p401。
为延时网络，它在 fc 处有
2
的相移，延时间
t0 2Q / f0
正交鉴频器举例
图6.3.27所示为利用相位解调器的鉴频器的具体电路例子。其
中调，频T波1 ~，T经7
构成相乘器电路，从 T5 和 T6 基极输入未延时
C1 、C、R和L构成的延时电路延时后的调频波，
经射极输出器 和T8 耦T合9 至相乘器
▪
L3
高频扼流圈，C0 上
耦合电容，V• 1 几乎全部降落在其
▪ D1 C3 R1 和 D2 C4 R2 组成上下两个包络检波器。
▪加在二极管上的电压是将等幅调频波与其延时后的调相─调频 波信号相加，变换为调幅─调相─调频波。
•
VD1
••
Vac V 12
1 2
•
Vab
•
V12
•
•
•
1• •
VD2 Vbc V12 2 Vab V12
fin fc , X 2 0, 0
3、相位鉴频器（续2）－－ 相位鉴频器S曲线
vD
f
0
fc
S 曲
•线性范围取决于初、次级回路耦合程度（但不能太大）
线 •次级回路谐振频率决定S曲线的零点。
的 调
•初级回路调谐情况影响S曲线两峰点幅度的对称性。
整 •二极管方向及初、次级同名端决定S曲线的正负。
与频率解调器配合使用的限幅器
调频波的频率是随调制信号变化的，所以它们在相同的 时间间隔内过零点的数目将不同。当瞬时频率高时，过零点 的数目就多，瞬时频率低时，过零点的数目就少。利用调频 波的这个特点，可以实现解调。例如BE1调制度测量仪。
vFM (t)
vP (t)
vw (t )
vD (t)
脉冲形成
脉冲展宽
低通滤波
（a）
脉冲计数式鉴频器示意图
▪ 上式表明，相乘结果包括两部分，第一部分为调制信号的余
弦 滤函波数器。滤第除二，部所分以为，一仅在第一2部分c 处信的号调被频输调出相，波即，：它将被低通
vD (t) Vc2m cos(ct0 mF t0 cos t)
1 2
Vc2m
[cos(
c
t0
)
cos(mF
t0
cos t)
sin( ct0 ) sin( mF t0 cos t)]
3、相位鉴频器（续1）
（2）电路定性说明
a
D1
•
V1
1
C1
2
CM0
C2
L2
•
V3
C3
L1
C
V• 2
L3
C4
R1
O
R2
•
V O1 •
VO
•
V O2
( fc ) ( f1) ( f2 ) b
D2
▪
•
V1
是等幅调频波。初、次级回路频率： f1
f2
fc
•
▪ V 2 是用耦合延时电路将等幅调频波变换为调相─调频波。
注意：这里是 矢量加减！
▪然后用幅度解调器解调，即可得到所需输出电压。
耦合回路的频相转换
耦合回路的频率特性与正交鉴频器延时网络的频率特性类似。
1M
C2
a
C1
L2
L1
2
R2
b
•
•
E jM I1
假定线圈的绕向使感应电动势取负
•
I1
为初级回路电流。
•
•
I1 V12/ jL1
•
E
M
•
V 12
L1
•
Vab
•
E
Zc2
Zc2 ZL2 R2
•
jXc2 (V 12
M L1
R2 jX 2
)
jM L1
X c2
•
V 12
M
R2 jX 2
L1
X c2 Z2
•
V12e
j( 2
)
令
Z2
R2
jX 2 , X 2
X L2
X c2,
arctg
X2 R2
fin fc X2 0, 0 fin fc , X 2 0, 0