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單元 十六 FM 解調

單元 十六 FM 解調. 曾志成 國立宜蘭大學 電機工程學系 tsengcc@niu.edu.tw http://wcnlab.niu.edu.tw. 註：本教材主要是修改自「通訊系統實驗」作者 趙亮琳與范俊杰 教授所提供之教學資源. 教學目標. 了解 FM 解調的基本原理。 了解 FM 解調電路之實現方法。. 教學大綱. 介紹用 鎖相 迴路做 FM 解調 的原理。 介紹用 鎖相 迴路做 FM 解調 的方法 。 說明 如何 使用 PLL 來 實現 FM 調變。. 原理說明 (1/7).

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單元 十六 FM 解調

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  1. 單元十六 FM解調 曾志成 國立宜蘭大學 電機工程學系 tsengcc@niu.edu.tw http://wcnlab.niu.edu.tw 註：本教材主要是修改自「通訊系統實驗」作者趙亮琳與范俊杰教授所提供之教學資源

  2. 教學目標 • 了解FM解調的基本原理。 • 了解FM解調電路之實現方法。 Chih-Cheng Tseng

  3. 教學大綱 • 介紹用鎖相迴路做FM解調的原理。 • 介紹用鎖相迴路做FM解調的方法。 • 說明如何使用PLL來實現FM調變。 Chih-Cheng Tseng

  4. 原理說明 (1/7) • 在單元十五中已學到所謂 FM 調變是將調變信號Vs(t)的變化轉成輸出頻率的變化，所以 FM 解調的目的就是要將接收信號VR(t)頻率的變化復原成電壓的變化。 • 本單元是利用單元四所介紹的鎖相迴路來做FM解調，其結構如圖 16-1所示，以下分述其原理： • 由(15-5)式可得接收信號VR(t)之頻率fR(t)應如下式： (16-1) Chih-Cheng Tseng

  5. 原理說明 (2/7) Vo 圖 16-1FM解調電路結構 Chih-Cheng Tseng

  6. 原理說明 (3/7) • 根據PLL的特性，只要接收信號 fc的頻率在PLL的捕獲範圍(capture range)內，PLL就能鎖住該頻率，也就是VCO的輸出頻率會等於VR(t)的頻率。一旦鎖住後，只要VR(t)的頻率變化保持在PLL的鎖住範圍(lock-in range)內，PLL仍能保持鎖住該頻率的變化，也就是VCO的輸出頻率fVCO(t)如下式：式中的fR(t)為接收信號VR(t)的瞬間頻率。 (16-2) Chih-Cheng Tseng

  7. 原理說明 (4/7) • 若 PLL內之VCO的輸出頻率fVCO(t)和它的控制電壓Ve(t)呈現如圖 16-2的直線關係，則其關係式可寫成(16-3) 式：式中的k是該直線的斜率。 (16-3) 圖 16-2 VCO的特性曲線 Chih-Cheng Tseng

  8. 原理說明 (5/7) • 綜合(16-1)~(16-3)式可得Ve(t)和Vs(t)有如下的直線關係：[ 根據(16-3)式 ] [ 根據(16-2)式 ] [ 根據(16-1)式 ] • 由(16-4)可看出Ve(t)除了含有直流項 (fc-f1)/k及振幅增益(fd/k)之外，其波形和Vs(t)應為相同。 (16-4) Chih-Cheng Tseng

  9. 原理說明 (6/7) • 圖 16-1中的緩衝器(Buffer)目的只是要隔離負載和Ve(t)，以避免負載電路影嚮到PLL的電路，至於輸出電壓Vo(t)則約等於Ve(t)，所以Vo(t)可寫成： • VDC=(fc-f1)/k代表Vo(t)的直流項，可串接電容加以濾除。 • G=fd/k代表波幅之增益。 (16-5) Chih-Cheng Tseng

  10. 原理說明 (7/7) • 由(16-4)式或(16-5)式可看出 • 若fd和k同號則，G=fd/k>0，Vo(t)和Vs(t)會保持同相。 • 若fd和k不同號，則G=fd/k<0，Vo(t)和Vs(t)將會反相。 Chih-Cheng Tseng

  11. 電路說明 (1/3) • 本單元實驗電路如圖 16-3所示，圖中的壓控振盪器是做為 FM 調變器以提供本實驗單元所需的FM信號。 • 由CD4046的結構可看出其第9支腳的電壓V9就是VCO的控制電壓，它相當於圖 16-1中的Ve，而第10支腳的電壓V10則相當於圖 16-1中的Vo，所以由(16-5)式可得V10(t)≈VDC+GVs(t)，再經0.1μF濾除直流項VDC後，輸出VB(t)≈GVs(t)，這就是FM解調所要的結果。 • 由於鎖相迴路單元電路內所使用的 LPF是最簡單的 RC串聯，所以VB(t)之波形仍殘留明顯的高頻成份，因此必須在其後再串一個LPF將波形濾得平整些。 Chih-Cheng Tseng

  12. 電路說明 (2/3) 圖 16-3 FM解調實驗電路 Chih-Cheng Tseng

  13. 電路說明 (3/3) • 由於XR2206之fd<0 [參考(15-7)式]，而CD4046內之VCO特性曲線之斜率k>0 (參考圖 3-3)，所以G=fd/k<0 ，因此Vo(t)之波形會和Vs(t)反相。 Chih-Cheng Tseng

  14. 單元回顧 • 了解如何用鎖相迴路做FM解調的原理。 • 了解如何用鎖相迴路做FM解調的方法。 • 了解如何使用PLL來實現FM調變。 Chih-Cheng Tseng

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