10.2 变容管直接调频 - Dr. Si, Pengbo

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通信电路原理
第十章 角度调制与解调
司鹏搏
综合楼825
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第十章 角度调制与解调
主要内容
10.1 概述
10.2 变容管
直接调
频
10.3 其他类
型直接
调频
10.4 调相法
10.5 调角信
号解调
概述
10.6 鉴相器
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
10.1 概述[1]
10.2 变容管直接调频[1]
10.3 其他类型直接调频[3]
10.4 调相法(间接调频) [2]
10.5 调角信号解调概述[1]
10.6 鉴相器(相位检波器) [2]
10.7 失谐回路鉴频器[1]
10.8 集成差动峰值鉴频器[1]
10.9 集成相移乘法鉴频器[3]
10.10限幅器[2]
10.11数字信号调相与解调[0]
第十章 角度调制与解调
重点和难点
• 掌握调频方法和了解调相方法
• 调频电路,特别是变容管调频电路的
分析
• 鉴频电路,特别是失谐回路鉴频、差
动峰值鉴频电路及移相乘法鉴频电路
的分析
• 实际调频电路、鉴频电路的分析
第十章 角度调制与解调
10.1 概述
10.1 概述
10.2 变容管
直接调
频
10.3 其他类
型直接
调频
10.4 调相法
10.5 调角信
号解调
概述
10.6 鉴相器
• 时域表达
– 设:vΩ=VΩmcosΩt,vc=Vcmcos(ω0t+φ0)
– 则:
• vAM=Vcm (1+ mAcosΩt)cos(ω0t+φ0)
• vPM=Vcmcos(ω0t+mPcos Ωt +φ0)
• vFM=Vcmcos(ω0t+mFsin Ωt +φ0)
• 频谱比较
– 调角:产生新的频率分量,为非线性频谱搬
移过程
– 调幅:vΩ的频谱线性搬移
第十章 角度调制与解调
10.1 概述
10.1 概述
10.2 变容管
直接调
频
10.3 其他类
型直接
调频
10.4 调相法
10.5 调角信
号解调
概述
10.6 鉴相器
• FM、PM波形图(图10-1 p309)
第十章 角度调制与解调
10.1 概述
10.1 概述
10.2 变容管
直接调
频
10.3 其他类
型直接
调频
10.4 调相法
10.5 调角信
号解调
概述
10.6 鉴相器
第十章 角度调制与解调
10.1 概述
10.1 概述
10.2 变容管
直接调
频
10.3 其他类
型直接
调频
10.4 调相法
10.5 调角信
号解调
概述
10.6 鉴相器
• FM主要特性(指标)
–
–
–
–
△fM=kFVΩ,且△fM与F无关
f0稳定
寄生调幅小
B ≈ 2(△fM+Fmax) ≈ 2△fM
• 调频方法
– 直接调频法
– 间接调频法
– 锁相调频法
第十章 角度调制与解调
10.2 变容管直接调频
10.1 概述
10.2 变容管
直接调
频
10.3 其他类
型直接
调频
10.4 调相法
10.5 调角信
号解调
概述
10.6 鉴相器
• 一、变容管特性(图10-2 p311)
– vΩ作用时的
Cj变化曲线
不对称,vΩ
较大时,产
生非线性失
真
– 变容管上同
时还作用高
频振荡电压,
影响vΩ的调
制作用、振
荡器的幅度
和稳定度
第十章 角度调制与解调
10.2 变容管直接调频
10.1 概述
10.2 变容管
直接调
频
10.3 其他类
型直接
调频
10.4 调相法
10.5 调角信
号解调
概述
10.6 鉴相器
– 变容管上同时还作用高频振荡电压
第十章 角度调制与解调
10.2 变容管直接调频
10.1 概述
10.2 变容管
直接调
频
• 二、变容管作调频器件的分析
– 图10-3 p312
10.3 其他类
型直接
调频
10.4 调相法
10.5 调角信
号解调
概述
10.6 鉴相器
Cj为总电容
Cj为部分电容
第十章 角度调制与解调
10.2 变容管直接调频
10.1 概述
10.2 变容管
直接调
频
10.3 其他类
型直接
调频
10.4 调相法
10.5 调角信
号解调
概述
10.6 鉴相器
• 三、 电路举例
– 90MHz变容管直接FM (图10-4 p313)
第十章 角度调制与解调
10.2 变容管直接调频
10.1 概述
10.2 变容管
直接调
频
• 三、 电路举例
– 双变容管直接FM(图10-5 p314)
10.3 其他类
型直接
调频
10.4 调相法
10.5 调角信
号解调
概述
10.6 鉴相器
• VD1,VD2
– 对vΩ为并联 (L1对Ω视为短路),可正常直接FM
– 对ω0为串联 (L1对ω0视为开路),ω0的影响减半
第十章 角度调制与解调
10.2 变容管直接调频
10.1 概述
10.2 变容管
直接调
频
10.3 其他类
型直接
调频
10.4 调相法
10.5 调角信
号解调
概述
10.6 鉴相器
• 变容管直接调频讨论
– 优点
• △ f 较大、简单、调制功率小
– 缺点
• f0稳定度差,△ f 大时非线性失真大
• 批量生产时,变容管的稳定性差
– 应用
• 仪器、通信、AFC等
第十章 角度调制与解调
10.3 其他类型直接调频
10.1 概述
• 一、晶体直接调频(图10-6 p315)
10.2 变容管
直接调
频
10.3 其他类
型直接
调频
10.4 调相法
10.5 调角信
号解调
概述
10.6 鉴相器
– ∵| fs - fP|=几十~几百Hz
– ∴频偏△f<| fs - fP |/2很小
– 解决
• 加L, 扩展感性区| fs - fP|,提高△f
• 通过倍频提高△f
第十章 角度调制与解调
10.3 其他类型直接调频
10.1 概述
10.2 变容管
直接调
频
10.3 其他类
型直接
调频
10.4 调相法
10.5 调角信
号解调
概述
10.6 鉴相器
• 晶体直接调频实例 (图10-7 p315)
第十章 角度调制与解调
10.3 其他类型直接调频
10.1 概述
• 二、非正弦直接调频 (图10-8 p316)
10.2 变容管
直接调
频
10.3 其他类
型直接
调频
10.4 调相法
10.5 调角信
号解调
概述
10.6 鉴相器
– vΩ控制对电容的充放电速度(频率)
– 工作频率:几百Hz~几十MHz
– 频率稳定度:10-3~10-4
第十章 角度调制与解调
10.4 调相法(间接调频)
10.1 概述
10.2 变容管
直接调
频
• 一、两种调相法
– 移相法调相 (图10-10 p317)
10.3 其他类
型直接
调频
10.4 调相法
10.5 调角信
号解调
概述
10.6 鉴相器
• 相移网络为RC 或 LC网络
• φ = kpvΩ = kpVΩmcosΩt = mPcosΩt
• 则v = Vcos(ω0t -φ) = Vcos(ω0t - mPcosΩt)
第十章 角度调制与解调
LC相移电路
10.1 概述
10.2 变容管
直接调
频
10.3 其他类
型直接
调频
10.4 调相法
10.5 调角信
号解调
概述
10.6 鉴相器
• 缺点:
– 相移小
第十章 角度调制与解调
LC相移电路
10.1 概述
10.2 变容管
直接调
频
10.3 其他类
型直接
调频
10.4 调相法
10.5 调角信
号解调
概述
10.6 鉴相器
第十章 角度调制与解调
可变时延法调相(脉冲调相)
10.1 概述
• 实例框图(图10-13 p318)
10.2 变容管
直接调
频
10.3 其他类
型直接
调频
10.4 调相法
10.5 调角信
号解调
概述
10.6 鉴相器
– v = Vcos[ω0(t-τ)] = Vcos(ω0t –ω0τ)
= Vcos(ω0t - ω0mPcosΩt)
– 优点:调制线性好,相移大 144o
第十章 角度调制与解调
二、模拟调相的应用-间接调频
10.1 概述
10.2 变容管
直接调
频
10.3 其他类
型直接
调频
10.4 调相法
10.5 调角信
号解调
概述
10.6 鉴相器
• vPM=Vcm cos(ω0t + mP cosΩt +φ0)
• vFM=Vcm cos(ω0t + mF sinΩt + φ0)
第十章 角度调制与解调
10.5 调角信号解调概述
10.1 概述
10.2 变容管
直接调
频
10.3 其他类
型直接
调频
10.4 调相法
10.5 调角信
号解调
概述
10.6 鉴相器
• 一、 角度解调器的指标要求 (表10-2 p319)
第十章 角度调制与解调
二、鉴频、鉴相的主要方法
10.1 概述
10.2 变容管
直接调
频
10.3 其他类
型直接
调频
10.4 调相法
10.5 调角信
号解调
概述
10.6 鉴相器
• 鉴频方法
– PLL
• 性能最好
– 微分法鉴频
• 图10-14 p320
第十章 角度调制与解调
二、鉴频、鉴相的主要方法
10.1 概述
10.2 变容管
直接调
频
• 鉴频方法
– 相移法鉴频
• 图10-15 p320
10.3 其他类
型直接
调频
10.4 调相法
10.5 调角信
号解调
概述
10.6 鉴相器
– 脉冲均值鉴频器(过零检测)
• 图10-16 p321
第十章 角度调制与解调
二、鉴频、鉴相的主要方法
10.1 概述
10.2 变容管
直接调
频
10.3 其他类
型直接
调频
10.4 调相法
10.5 调角信
号解调
概述
10.6 鉴相器
相当于求
v3 的均值
第十章 角度调制与解调
10.6 鉴相器(相位检波器)
10.1 概述
10.2 变容管
直接调
频
10.3 其他类
型直接
调频
10.4 调相法
10.5 调角信
号解调
概述
10.6 鉴相器
• 鉴相方法
– 小信号-正交乘积型鉴相
– 大信号-门电路鉴相
第十章 角度调制与解调
10.6 鉴相器(相位检波器)
10.1 概述
10.2 变容管
直接调
频
10.3 其他类
型直接
调频
10.4 调相法
10.5 调角信
号解调
概述
10.6 鉴相器
• 一、正交乘积型鉴相
– 图10-17 p322
第十章 角度调制与解调
一、正交乘积型鉴相
10.1 概述
10.2 变容管
直接调
频
10.3 其他类
型直接
调频
10.4 调相法
10.5 调角信
号解调
概述
10.6 鉴相器
第十章 角度调制与解调
二、模拟乘积鉴相
10.1 概述
10.2 变容管
直接调
频
10.3 其他类
型直接
调频
10.4 调相法
10.5 调角信
号解调
概述
10.6 鉴相器
• 图10-18 p322
– 缺点:鉴相的动态范围较小
第十章 角度调制与解调
二、大信号门电路鉴相原理
10.1 概述
10.2 变容管
直接调
频
10.3 其他类
型直接
调频
10.4 调相法
10.5 调角信
号解调
概述
10.6 鉴相器
• 图10-19 p323
第十章 角度调制与解调
10.7 失谐回路鉴频器
10.7 失谐回
路鉴频器
10.8 集成差
动峰值鉴
频器
10.9 集成相
移乘法鉴
频器
10.10限幅器
10.11数字信
号调相与
解调
• vs经LC失谐回路(线性变换网络),将
FM波变换为FM-AM波,通过包络检
波,得到 v0(∝vΩ)
• 斜率鉴频,属微分鉴频大类
– 优点:线性好、失真小、鉴频带宽大
– 缺点:制作、调整困难
第十章 角度调制与解调
10.7 失谐回路鉴频器
10.7 失谐回
路鉴频器
• 单回路鉴频原理 (图10-20 p324)
10.8 集成差
动峰值鉴
频器
10.9 集成相
移乘法鉴
频器
10.10限幅器
10.11数字信
号调相与
解调
Multisim演示程序(Chapter_10_7_失谐回路鉴频)
第十章 角度调制与解调
10.7 失谐回路鉴频器
10.7 失谐回
路鉴频器
• 双回路鉴频原理(图10-21 p324)
10.8 集成差
动峰值鉴
频器
10.9 集成相
移乘法鉴
频器
10.10限幅器
10.11数字信
号调相与
解调
– 要求:f01 > f0 > f02 , f01 - f0 = f0 - f02 (对称)
– 优点:线性范围大,可达几MHz;鉴频跨导(斜率)大
第十章 角度调制与解调
10.8 集成差动峰值鉴频器
10.7 失谐回
路鉴频器
10.8 集成差
动峰值鉴
频器
10.9 集成相
移乘法鉴
频器
10.10限幅器
10.11数字信
号调相与
解调
• 一、原理框图(图10-22 p325)
第十章 角度调制与解调
二、线性变换网络
10.7 失谐回
路鉴频器
• 图10-23 p326
10.8 集成差
动峰值鉴
频器
10.9 集成相
移乘法鉴
频器
10.10限幅器
10.11数字信
号调相与
解调
– f1 > f0
• LC1并联谐振,f1处vA最大, vB最小, f0处为正斜率S曲线
– f2 < f0
• f2处LC1为L'(感性失谐)
• L'C2串联谐振,f2处vA最小, vB最大, f0处为负斜率S曲线
第十章 角度调制与解调
三、TA7176AP中的差动峰值鉴频器
10.7 失谐回
路鉴频器
10.8 集成差
动峰值鉴
频器
10.9 集成相
移乘法鉴
频器
10.10限幅器
10.11数字信
号调相与
解调
• 图10-24 p327
第十章 角度调制与解调
10.9 集成相移乘法鉴频器
10.7 失谐回
路鉴频器
• 一、LC移相乘法鉴频器电路 (图10-25
p328)
10.8 集成差
动峰值鉴
频器
– 相移网络(LC网络)
10.9 集成相
移乘法鉴
频器
– 乘法器(相位检波器)
10.10限幅器
10.11数字信
号调相与
解调
• FM波→FM-PM波, φ随 f 线性变化
• FM波与FM-PM波, 进行相位比较
第十章 角度调制与解调
一、LC移相乘法鉴频器电路
10.7 失谐回
路鉴频器
10.8 集成差
动峰值鉴
频器
10.9 集成相
移乘法鉴
频器
10.10限幅器
10.11数字信
号调相与
解调
第十章 角度调制与解调
一、LC移相乘法鉴频器电路
10.7 失谐回
路鉴频器
10.8 集成差
动峰值鉴
频器
10.9 集成相
移乘法鉴
频器
10.10限幅器
10.11数字信
号调相与
解调
• 电路举例 (图10-26 p329)
第十章 角度调制与解调
二、陶瓷谐振器移相乘法鉴频器电路
10.7 失谐回
路鉴频器
10.8 集成差
动峰值鉴
频器
10.9 集成相
移乘法鉴
频器
10.10限幅器
10.11数字信
号调相与
解调
• 陶瓷谐振器特性(图10-27 p330)
第十章 角度调制与解调
二、陶瓷谐振器移相乘法鉴频器电路
10.7 失谐回
路鉴频器
10.8 集成差
动峰值鉴
频器
10.9 集成相
移乘法鉴
频器
10.10限幅器
10.11数字信
号调相与
解调
• 电路 (图10-28 p330)
第十章 角度调制与解调
10.10 限幅器
10.7 失谐回
路鉴频器
10.8 集成差
动峰值鉴
频器
10.9 集成相
移乘法鉴
频器
10.10限幅器
10.11数字信
号调相与
解调
• 作用
– 克服输入FM、PM信号的寄生调幅、幅
度干扰信号
– 限辐器原理(图10-29 p331)
第十章 角度调制与解调
一、二极管限辐器(大信号限幅)
10.7 失谐回
路鉴频器
10.8 集成差
动峰值鉴
频器
10.9 集成相
移乘法鉴
频器
10.10限幅器
10.11数字信
号调相与
解调
• vs足够大时:v0 ≈±VD
– (图10-30 p331)
第十章 角度调制与解调
二、差动对管限幅器 (小信号限幅)
10.7 失谐回
路鉴频器
10.8 集成差
动峰值鉴
频器
10.9 集成相
移乘法鉴
频器
10.10限幅器
10.11数字信
号调相与
解调
第十章 角度调制与解调
10.11 数字信号调相与解调
10.7 失谐回
路鉴频器
• 一、数字信号
的相位调制
10.8 集成差
动峰值鉴
频器
– (图10-32
p333)
10.9 集成相
移乘法鉴
频器
10.10限幅器
10.11数字信
号调相与
解调
第十章 角度调制与解调
四相相位调制(4PSK)
10.7 失谐回
路鉴频器
10.8 集成差
动峰值鉴
频器
10.9 集成相
移乘法鉴
频器
10.10限幅器
10.11数字信
号调相与
解调
第十章 角度调制与解调
数字信号调相与解调
10.7 失谐回
路鉴频器
10.8 集成差
动峰值鉴
频器
10.9 集成相
移乘法鉴
频器
10.10限幅器
10.11数字信
号调相与
解调
• 两相绝对PSK解调
第十章 角度调制与解调
数字信号调相与解调
10.7 失谐回
路鉴频器
10.8 集成差
动峰值鉴
频器
10.9 集成相
移乘法鉴
频器
10.10限幅器
10.11数字信
号调相与
解调
• 两相相对
PSK解调
(差动相干
解调)
– (图10-34
p336)
– 不需本地
vr,τ0严格
为每位码
的持续时
间
第十章 角度调制与解调
小结
10.7 失谐回
路鉴频器
10.8 集成差
动峰值鉴
频器
10.9 集成相
移乘法鉴
频器
10.10限幅器
10.11数字信
号调相与
解调
• 10.1 概述[1]
– FM、PM原理, 表达式
• 10.2 变容管直接调频[1]
– 变容管直接调频电路原理和分析
• 10.3 其他类型直接调频[3]
• 10.4 调相法(间接调频) [2]
– 移相法调相、可变时延法调相和间接调频原理
• 10.5 调角信号解调概述[1]
– 调角信号解调原理和指标要求
• 10.6 鉴相器(相位检波器)[2]
– 正交乘积型鉴相和大信号门电路鉴相原理
第十章 角度调制与解调
小结
10.7 失谐回
路鉴频器
• 10.7 失谐回路鉴频器[1]
– 斜率鉴频,属微分鉴频大类,掌握单回路失谐回
路鉴频原理
10.8 集成差
动峰值鉴
频器
• 10.8 集成差动峰值鉴频器[1]
10.9 集成相
移乘法鉴
频器
• 10.9 集成相移乘法鉴频器[3]
10.10限幅器
10.11数字信
号调相与
解调
– 线性变换网络原理和差动峰值鉴频器电路分析
• 10.10 限幅器[2]
– 二极管限辐器 (大信号限辐) 和差动对管限辐器
(小信号限辐)
• 10.11 数字信号调相与解调[0]

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