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1、第四章调频解调模块制作与调试第1页，此课件共43页哦无线电接收机的组成框图无线电接收机的组成框图 本机本机振荡器振荡器 高频高频放大器放大器混频器混频器 中频中频放大器放大器 振幅振幅检波器检波器 低频低频放大器放大器超外差式无线电接收机的框图第2页，此课件共43页哦检波检波:从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号。从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号。AM-包络检波与同步检波包络检波与同步检波 调幅广播调幅广播,电视机视频信号检波电视机视频信号检波(早期黑白包络早期黑白包络同步检波同步检波)FM-鉴频鉴频 调频广播调频广播,电视机伴音的解调电视机伴音的解调PM-鉴相鉴相 雷达雷达模
2、拟信号的解调模拟信号的解调:检波器的输入输出波形检波器把波形包络检出来检波器检波器uiu0第3页，此课件共43页哦图 检波器检波前后的频谱调幅波检波器检波前后的频谱调幅波检波器检波前后的频谱调幅波检波器检波前后的频谱调幅波检波器检波前后的频谱高高频频低低频频从图可以看出，检波是调幅的逆过程从图可以看出，检波是调幅的逆过程,则其频谱变换也与调幅相反，即把调幅则其频谱变换也与调幅相反，即把调幅波的频谱由高频不失真地搬到低频，可见，波的频谱由高频不失真地搬到低频，可见，检波器也是频谱搬移电路。检波器也是频谱搬移电路。第4页，此课件共43页哦检波的分类检波的分类二极管检波器二极管检波器三极管检波器三极
3、管检波器检波检波器件器件信号大小信号大小小信号检波器小信号检波器大信号检波器大信号检波器工作特点工作特点包络检波器包络检波器同步检波器同步检波器第5页，此课件共43页哦图 检波器的组成部分检波器的组成检波器的组成非线性器件进行频率变换，低通滤波，取出低频非线性器件进行频率变换，低通滤波，取出低频 (类似调幅方法类似调幅方法)4.3.1调幅解调电路测试调幅解调电路测试第6页，此课件共43页哦t调幅波调幅波调幅波频谱调幅波频谱c+c-c输出信号频谱输出信号频谱包络检波输出包络检波输出t 非线性电路非线性电路低通滤波器低通滤波器t调幅波调幅波t调幅波调幅波t调幅波调幅波包络检波输出包络检波输出t包络
4、检波输出包络检波输出t包络检波输出包络检波输出t1 包络检波包络检波 从已调波中检出包络信息，只适用于从已调波中检出包络信息，只适用于AM信号信号,ui500mV第7页，此课件共43页哦tusO(a)uoOt(b)n(1)工作原理工作原理(c)第8页，此课件共43页哦峰值包络检波峰值包络检波(Peak Envelope Detection)R为负载电阻，它的数值较大；为负载电阻，它的数值较大；C为负载电容，它的值应选取得在高频时，其阻为负载电容，它的值应选取得在高频时，其阻抗远小于抗远小于R，可视为短路，而调制频率，可视为短路，而调制频率(低频低频)时，其阻抗则远大于时，其阻抗则远大于R，可视
5、为开，可视为开路。此时输入的高频信号路。此时输入的高频信号 电压较大。由于负载电容电压较大。由于负载电容C的高频阻抗很小，因的高频阻抗很小，因此高频电压大部分加到二极管此高频电压大部分加到二极管D上上 非线性器件非线性器件低通滤波器低通滤波器第9页，此课件共43页哦峰值包络检波(Peak Envelope Detection)充电时间常数充电时间常数放电时间常数放电时间常数在高频信号正半周，二极管导电，在高频信号正半周，二极管导电，并对电容器并对电容器C充电。由于二极管导充电。由于二极管导通时的内阻很小，所以充电电流通时的内阻很小，所以充电电流 很大，很大，R很大很大,所以放电时间很长所以放电
6、时间很长-充电充电-放电放电图4.3.1 二极管检波器的原理图和波形图第10页，此课件共43页哦UDCu(t)tuo(t)ucui(t)uo(t)u i(t)与与uo(t)t检波器的实际输出电压为：检波器的实际输出电压为：uo(t)+uc=u(t)+UDC+uc当电路元件选择正确时，高频纹波电压当电路元件选择正确时，高频纹波电压uc很小，可以忽略，输出很小，可以忽略，输出电压为：电压为：uo(t)=u(t)+UDC包含了包含了直流及低频调制分量直流及低频调制分量。图4.3.1 二极管检波器的原理图和波形图第11页，此课件共43页哦uA低频信号中的直流如何滤掉低频信号中的直流如何滤掉?加隔直电容
7、加隔直电容 t t0uI(t)UimuA(t)Um0 t0u(t)Um第12页，此课件共43页哦包络检波仿真包络检波仿真:包络检波电路包络检波电路:包络检波电路是一种非相干解调电路包络检波电路是一种非相干解调电路,这种电路结构简单这种电路结构简单,由一个二极管和一个低通滤波器组成由一个二极管和一个低通滤波器组成,但其缺点是检波效率和灵敏度非常低但其缺点是检波效率和灵敏度非常低,视频损失严重且拍频干扰较严重视频损失严重且拍频干扰较严重,这种电路在早期的黑白电这种电路在早期的黑白电视机中采用视机中采用,由于其严重的缺点由于其严重的缺点,人们后来采用了性能较前者优性很多的模拟同步检波电路。人们后来采
8、用了性能较前者优性很多的模拟同步检波电路。:第13页，此课件共43页哦1)1)电压传输系数电压传输系数(检波效率检波效率)电压传输系数的定义为电压传输系数的定义为 用近似分析法可以证明用近似分析法可以证明 为电流通角，其值为：为电流通角，其值为：R为检波器负载电阻；为检波器内阻为检波器负载电阻；为检波器内阻。(2)性能指标性能指标电压传输系数电压传输系数(检波效率检波效率)、输入电阻和失真。、输入电阻和失真。显然显然,检波器的电压传输系数越大检波器的电压传输系数越大,则在同样输入信号的则在同样输入信号的情况下情况下,输出信号就越大输出信号就越大,即检波效率高。一般二极管检即检波效率高。一般二极
9、管检波器波器Kd总小于总小于1，Kd越接近于越接近于1越好。越好。第14页，此课件共43页哦2)等效输入电阻等效输入电阻检波器的等效输入电阻定义为检波器的等效输入电阻定义为式中式中，为输入高频电压的振幅为输入高频电压的振幅；为输入高频电流的基波振幅为输入高频电流的基波振幅。n通常通常 n由于二极管输入电阻的影响，使输入谐振回路的由于二极管输入电阻的影响，使输入谐振回路的Q值降低，消耗一些高值降低，消耗一些高频功率。这是二极管检波器的主要缺点。频功率。这是二极管检波器的主要缺点。第15页，此课件共43页哦3)失真失真 理想情况下，包络检波器的输出波形应与调幅波包理想情况下，包络检波器的输出波形应
10、与调幅波包络线的形状完全相同。但实际上，二者之间总会有一些络线的形状完全相同。但实际上，二者之间总会有一些差别，亦即检波器输出波形有某些失真。产生的失真主差别，亦即检波器输出波形有某些失真。产生的失真主要有：要有：n惰性失真惰性失真(inertia distortion，fail to follow)；n负峰切割失真负峰切割失真(negative peak clipping distortion)；n非线性失真；非线性失真；n频率失真。频率失真。第16页，此课件共43页哦nA.惰性失真惰性失真(对角线切割失真对角线切割失真)原因原因:这种失真是由于负载电阻这种失真是由于负载电阻R与负载电容与负
11、载电容C的的时间常数时间常数RC太大所引起的。太大所引起的。这时电容这时电容C上的电荷不能很快地随调幅波包络变上的电荷不能很快地随调幅波包络变化。参阅图化。参阅图5.21，在调幅波包络下降时，由于，在调幅波包络下降时，由于RC时间常数太大，在图中时间内，输入信号电时间常数太大，在图中时间内，输入信号电压总是低于电容压总是低于电容C上的电压，二极管始终处于截上的电压，二极管始终处于截止状态，输出电压不受输入信号电压控制，而是止状态，输出电压不受输入信号电压控制，而是取决于取决于RC的放电，只有当输入信号电压的振幅的放电，只有当输入信号电压的振幅重新超过输出电压时，二极管才重新导电。这个重新超过输
12、出电压时，二极管才重新导电。这个非线性失真是由于非线性失真是由于C的惰性太大引起的，所以称的惰性太大引起的，所以称为惰性失真。为了防止惰性失真，为惰性失真。为了防止惰性失真，只要适当选择只要适当选择RC的数值，使的数值，使C的放电加快，能跟上高频信号的放电加快，能跟上高频信号电压包络的变化就行了。电压包络的变化就行了。第17页，此课件共43页哦n调制信号调制信号越高、越高、ma越大，则包络下降速度越快，越易产生惰越大，则包络下降速度越快，越易产生惰性失真性失真n为避免产生惰性失真为避免产生惰性失真:uC 变化的速度应比高频包络变化的速度快变化的速度应比高频包络变化的速度快.不产生惰性失真的条件
13、不产生惰性失真的条件 工程上可按下式计算工程上可按下式计算 第18页，此课件共43页哦惰性失真仿真惰性失真仿真第19页，此课件共43页哦n是指耦合电容是指耦合电容C Cc c通过电阻通过电阻R R放电，对二极管引入一附加反放电，对二极管引入一附加反向偏置电压，导致二极管截止而引入的失真。向偏置电压，导致二极管截止而引入的失真。B.负峰切割失真负峰切割失真(底边切割失真底边切割失真)第20页，此课件共43页哦负峰切割失真负峰切割失真波形动画演示波形动画演示第21页，此课件共43页哦n负峰切割失真负峰切割失真(底边切割失真底边切割失真)n这种失真是由于检波器的直流负载电阻这种失真是由于检波器的直流
14、负载电阻R与交流与交流(音频音频)负载电阻不相负载电阻不相等，而且调幅度又相当大时引起的。等，而且调幅度又相当大时引起的。图考虑了耦合电容和低放输入电阻后的检波器失真的原因和确定失真的原因和确定造成交、直流负载电阻不同的原因是隔直流电造成交、直流负载电阻不同的原因是隔直流电容容 的存在的存在 隔直电容隔直电容Cc数值很大，可认为它对调数值很大，可认为它对调制频率制频率交流短路，电路达到稳态时，其两交流短路，电路达到稳态时，其两端电压端电压VCVim。第22页，此课件共43页哦图考虑了耦合电容和低放输入电阻后的检波器不产生这种失真的条件不产生这种失真的条件。交、直流负载电阻越悬殊，越容易发生该失
15、真。ma越大，越容易发生该失真。失真最可能在包络的负半周发生。假定二极管截止，失真最可能在包络的负半周发生。假定二极管截止，失真最可能在包络的负半周发生。假定二极管截止，失真最可能在包络的负半周发生。假定二极管截止，C Cc c将通过将通过将通过将通过R R和和和和R Ri2i2缓慢放电，相对于高频载波一个周期内，其电压缓慢放电，相对于高频载波一个周期内，其电压缓慢放电，相对于高频载波一个周期内，其电压缓慢放电，相对于高频载波一个周期内，其电压V VC C V Vimim将在将在将在将在R R和和和和R Ri2i2上分压。直上分压。直上分压。直上分压。直流负载电阻流负载电阻流负载电阻流负载电阻
16、R R上的电压为上的电压为上的电压为上的电压为负峰切割失真原因负峰切割失真原因:uim(1-ma)交流交流电阻电阻直流电阻直流电阻第23页，此课件共43页哦负峰切割仿真负峰切割仿真第24页，此课件共43页哦减小交、直流负载电阻值差别减小交、直流负载电阻值差别负峰切割失真解决方法：负峰切割失真解决方法：n检波器的直流负载检波器的直流负载 RL=RL1+RL2；n交流负载交流负载 R=RL1+RL2Ri2；n当当RL一定时，一定时，RL1越大，交直流负载的差别就越小，但输出低频电压也越小；越大，交直流负载的差别就越小，但输出低频电压也越小；n一般取一般取RL1/RL2=0.10.2。图中电容。图中
17、电容C2是用来进一步滤除高频分量的。是用来进一步滤除高频分量的。VD+-uiCRL1RL2C2CCri2+-u第25页，此课件共43页哦V i m（1-m）V i mV RV RV RV RV RV R第26页，此课件共43页哦考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路 非线性失真非线性失真这种失真是由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。这种失真是由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。如果负载电阻如果负载电阻如果负载电阻如果负载电阻R R选得足够大，则检波管非线性特性影响越小，选得足够大，则检波管非线性特性影响越小，选得足够大，则检波管非线性特性影响越小，选得足够大，则检波管非线
18、性特性影响越小，它所引起的非线性失真即可以忽略。它所引起的非线性失真即可以忽略。它所引起的非线性失真即可以忽略。它所引起的非线性失真即可以忽略。第27页，此课件共43页哦1.锁相环路早在锁相环路早在20世纪世纪30年代就已提出，并被用于同步接收机中年代就已提出，并被用于同步接收机中.同步是通信、电视等电子设备中一个重要的实际问题同步是通信、电视等电子设备中一个重要的实际问题。当采用同步检波和相干解调时，接收端需。当采用同步检波和相干解调时，接收端需要一个与调制载波同频同相的相干载波。获得这个相干载波过程就叫载波提取，或称载波同要一个与调制载波同频同相的相干载波。获得这个相干载波过程就叫载波提取
19、，或称载波同步。步。X调幅波调幅波uAM=UCM(1+ma cost)cosCt 相干载波相干载波ur=Urm cos Ct低通低通滤波滤波u可以用锁相环路实现同频同相可以用锁相环路实现同频同相2.同步检波同步检波同步检波：同步检波：已调波：已调波：AM，DSB，SSB电视发射系统中电视发射系统中,图象信号是调幅而且为了压缩图象信号所占的频带宽度图象信号是调幅而且为了压缩图象信号所占的频带宽度,采用单边带形式采用单边带形式,又考虑到接收机复杂性和高成本希望能又考虑到接收机复杂性和高成本希望能用接收普通调幅波的形式去接收图象信号用接收普通调幅波的形式去接收图象信号.这就要求在发射单边带图象信号的
20、同时这就要求在发射单边带图象信号的同时,发送部分载波和被抑制的边带信号发送部分载波和被抑制的边带信号.这种组合称这种组合称为残留边带形式为残留边带形式.第28页，此课件共43页哦n同步检波器主要用于对载波被抑止的双边带或单边带信号进行解调。它的特同步检波器主要用于对载波被抑止的双边带或单边带信号进行解调。它的特点是必须外加一个频率和相位都与被抑止的载波相同的电压。点是必须外加一个频率和相位都与被抑止的载波相同的电压。n外加载波信号电压加入同步检波器可以有两种方式：外加载波信号电压加入同步检波器可以有两种方式：一种是将它与接收信号在一种是将它与接收信号在检波器中相乘，经低通滤波器后，检出原调制信
21、号，检波器中相乘，经低通滤波器后，检出原调制信号，如图如图4.3.5（a）所示；另一种所示；另一种是将它与接收信号相加，经包络检波器后取出原调制信号，如图是将它与接收信号相加，经包络检波器后取出原调制信号，如图4.3.5(b)所示。所示。图4.3.5 同步检波器方框图第29页，此课件共43页哦非线性器件非线性器件同步检波：同步检波：本地载波与输入信号载波的角频率必须相等外，乘积检波称为本地载波与输入信号载波的角频率必须相等外，乘积检波称为“同步检波同步检波”在理想情况下，希望二者的相位也相同。否则输出幅度将有衰减在理想情况下，希望二者的相位也相同。否则输出幅度将有衰减第30页，此课件共43页哦
22、同步检波器同步检波器n又称相干检波器，由模拟乘法又称相干检波器，由模拟乘法器和低通滤波器组成；器和低通滤波器组成；n但需要输入同步信号，和载波但需要输入同步信号，和载波同频同相同频同相.第31页，此课件共43页哦4.3.2调频解调模块制作与测试调频解调模块制作与测试第32页，此课件共43页哦鉴频方法综述鉴频方法综述将调频信号中的调制信号提取恢复的过程即调频信号的解调，又称鉴将调频信号中的调制信号提取恢复的过程即调频信号的解调，又称鉴频，由鉴频器完成。常用的鉴频器有相位鉴频器、比例鉴频器、脉冲频，由鉴频器完成。常用的鉴频器有相位鉴频器、比例鉴频器、脉冲计数式鉴频器和符合门鉴频器。在分别予以介绍之
23、前，首先介绍一下计数式鉴频器和符合门鉴频器。在分别予以介绍之前，首先介绍一下鉴频器的性能指标。鉴频器的性能指标。鉴频器的性能指标鉴频器的性能指标(1)(1)鉴频鉴频跨跨导导鉴频鉴频器的器的输输出出电压电压与与输输入入调频调频波的瞬波的瞬时频时频率偏移成正比，率偏移成正比，其比例系数称做其比例系数称做鉴频鉴频跨跨导导。图图4.3.64.3.6为鉴频为鉴频器器输输出出电压电压U U与与调频调频波的波的频频偏偏 之间的关系曲线，称为之间的关系曲线，称为鉴频特性曲线鉴频特性曲线。它的中部接近直它的中部接近直线线的部分的斜率即的部分的斜率即为为鉴频鉴频跨跨导导。它表示每。它表示每单单位位频频偏所偏所产产
24、生的生的输输出出电压电压的大小。我的大小。我们们希望希望鉴频鉴频跨跨导导尽尽可能大。可能大。第33页，此课件共43页哦(2)鉴频灵敏度鉴频灵敏度主要是指为使鉴频器正常工作所需的输入调频波的幅度，其主要是指为使鉴频器正常工作所需的输入调频波的幅度，其值越小，鉴频器灵敏度越高。值越小，鉴频器灵敏度越高。（3）鉴频频带宽度）鉴频频带宽度从从图图4.3.64.3.6看出，只有特性曲看出，只有特性曲线线中中间间一部分一部分线线性性较较好，我好，我们们称称为频带宽为频带宽度。一般要求度。一般要求 大于输入调频波频偏的两倍，大于输入调频波频偏的两倍，并留有一定余量。并留有一定余量。第34页，此课件共43页哦
25、(4)对非线性失真的抑制能力。对非线性失真的抑制能力。尽可能减小产生调频波失真的各种因素的影响，提高对电源尽可能减小产生调频波失真的各种因素的影响，提高对电源和温度变化的稳定性。和温度变化的稳定性。第35页，此课件共43页哦n鉴频的方法很多，但主要可归纳为如下几类：n第一类鉴频方法是斜率鉴频，将等幅调频波变换成幅度随瞬时频率变化的调幅波(即调幅-调频波)然后用振幅检波器将振幅的变化检测出来。相位鉴频的关键是实现频率-幅度的线性变换网络。n第二类鉴频方法是相位鉴频，将等幅调频波变换成相位随瞬时频率变化的调相波(即调相-调频波)，然后用相位检波器将相位的变化检测出来。相位鉴频的关键是实现频率-相位
26、的线性变换网络。n第三类鉴频方法是脉冲计数式鉴频，对调频波通过零点的数目进行计数，因为其单位时间内的数目正比于调频波的瞬时频率。这种鉴频器的最大优点是线性良好。鉴频的方法鉴频的方法第36页，此课件共43页哦电路模型电路模型 脉冲计数式鉴频器脉冲计数式鉴频器 图图 脉冲脉冲计计数式数式鉴频鉴频器器角度解调角度解调第37页，此课件共43页哦 首先将输入调频波通过限幅器变为调频方波，然后微分变为首先将输入调频波通过限幅器变为调频方波，然后微分变为尖脉冲序列，用其中尖脉冲序列，用其中正脉冲去正脉冲去触发脉冲形成电路，这样调频触发脉冲形成电路，这样调频波就变换成脉宽相同而周期变化的脉冲序列，它的周期波就
27、变换成脉宽相同而周期变化的脉冲序列，它的周期 变化变化反映调频波瞬时频率的变化。将此信号进行低通滤波，取出反映调频波瞬时频率的变化。将此信号进行低通滤波，取出其平均分量其平均分量.角度解调角度解调第38页，此课件共43页哦4.4 自动增益控制电路（自动增益控制电路（AGC）测试）测试第39页，此课件共43页哦 在无线通信中，由于接收机一般都处于移动的状态，因此其接受信号的距离在无线通信中，由于接收机一般都处于移动的状态，因此其接受信号的距离也在不断变化，这就造成了接收信号的强弱变化。也在不断变化，这就造成了接收信号的强弱变化。若放大器增益固定，则造成：若放大器增益固定，则造成：(1)使后级放大
28、器偏离线性区使后级放大器偏离线性区,信号失真；如：电信号失真；如：电视信号的同步头被压缩或消去视信号的同步头被压缩或消去,使同步失控。严重时使同步失控。严重时,产生大信号阻塞产生大信号阻塞(进入截止、进入截止、饱和区饱和区)；(2)增加混频组合频率干扰和放大器非线性失真。为了保证良好的接增加混频组合频率干扰和放大器非线性失真。为了保证良好的接受效果，要求在接受弱信号时保证有一定的信噪比，接受强信号时又要保证尽受效果，要求在接受弱信号时保证有一定的信噪比，接受强信号时又要保证尽量小的非线性失真。这就要求我们必须确保接收信号的增益在一定的范围之类量小的非线性失真。这就要求我们必须确保接收信号的增益
29、在一定的范围之类变动，从而使解调器输出信号输出恒定电平。变动，从而使解调器输出信号输出恒定电平。AGCAGC（Automatic Gain ControlAutomatic Gain Control）自动增益控制电路就是可以保持放大器输出信号幅度大体恒定的电自动增益控制电路就是可以保持放大器输出信号幅度大体恒定的电路。路。第40页，此课件共43页哦1.AGC1.AGC基本原理基本原理AGC电路主要是产生一个随输入电平而变化的直流电路主要是产生一个随输入电平而变化的直流AGC电压，利用电压，利用AGC电压电压去控制某些放大部件去控制某些放大部件(如中放如中放)的增益，使接收机总增益按照一定规律而
30、变化，的增益，使接收机总增益按照一定规律而变化，从而保证解调后的输出信号电压幅度只在很小的范围内变化。从而保证解调后的输出信号电压幅度只在很小的范围内变化。图4.4.1自动增益控制电路框图第41页，此课件共43页哦放大电路的输出信号放大电路的输出信号Uo Uo 经检波并经滤波器滤除低频调制分量和噪声后，产经检波并经滤波器滤除低频调制分量和噪声后，产生用以控制增益受控放大器的电压生用以控制增益受控放大器的电压UcUc。当输入信号。当输入信号U Ui i增大时，增大时，UoUo和和UcUc亦亦随之增大随之增大 。Uc Uc 增大使放大电路的增益下降，从而使输出信号的变增大使放大电路的增益下降，从而
31、使输出信号的变化量显著小于输入信号的变化量，达到自动增益控制的目的。化量显著小于输入信号的变化量，达到自动增益控制的目的。AGCAGC电电路广泛用于各种接收机路广泛用于各种接收机 、录音机和测量仪器中，它常被用来使系统、录音机和测量仪器中，它常被用来使系统的输出电平保持在一定范围内的输出电平保持在一定范围内 ，因，因 而也称自动电平控制而也称自动电平控制 ；用于用于话音放大器或收音机时，称为自动音量控制。话音放大器或收音机时，称为自动音量控制。控制益有两种方式，一种是利用增加控制益有两种方式，一种是利用增加AGC电压的方式来减小增益的方式叫电压的方式来减小增益的方式叫正向正向AGC，一种是利用减小一种是利用减小AGC电压的方式来减小增益的方式叫电压的方式来减小增益的方式叫反向反向AGC.第42页，此课件共43页哦本节结束，谢谢大家本节结束，谢谢大家第43页，此课件共43页哦