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1、7.4 鉴频器与鉴频方法,7.4.1 鉴频器角调波的解调就是从角调波中恢复出原调制信号的过程。调频波的解调电路称为频率检波器或鉴频器（FD）,调相波的解调电路称为相位检波器或鉴相器（PD）。,图726 鉴频器及鉴频特性,对鉴频器的另外一个要求,就是鉴频跨导要大。所谓鉴频跨导D,就是鉴频特性在载频处的斜率,它表示的是单位频偏所能产生的解调输出电压。鉴频跨导又叫鉴频灵敏度,用公式表示为,（738）,7.4.2 鉴频方法1.振幅鉴频法调频波振幅恒定,故无法直接用包络检波器解调。鉴于二极管峰值包络检波器线路简单、性能好,能否把包络检波器用于调频解调器中呢？显然,若能将等幅的调频信号变换成振幅也随瞬时频
2、率变化、既调频又调幅的FMAM波,就可以通过包络检波器解调此调频信号。用此原理构成的鉴频器称为振幅鉴频器。其工作原理如图727所示。,(a)振幅鉴频器框图；(b)变换电路特性图727 振幅鉴频器原理,1）直接时域微分法设调制信号为u=f(t),调频波为,（739）,（740）,对此式直接微分可得,图728 微分鉴频原理,图729 微分鉴频电路,2）斜率鉴频法双离谐鉴频器的输出是取两个带通响应之差,即该鉴频器的传输特性或鉴频特性,如图7-33中的实线所示。其中虚线为两回路的谐振曲线。从图看出,它可获得较好的线性响应,失真较小,灵敏度也高于单回路鉴频器。,图730 单回路斜率鉴频器,图731 双离
3、谐平衡鉴频器,图732 图731各点波形,图733 双离谐鉴频器的鉴频特性,2. 相位鉴频法相位鉴频法的原理框图如图734所示。图中的变换电路具有线性的频率相位转换特性，它可以将等幅的调频信号变成相位也随瞬时频率变化的、既调频又调相的FMPM波。,图734 相位鉴频法的原理框图,相位鉴频法的关键是相位检波器。相位检波器或鉴相器就是用来检出两个信号之间的相位差，完成相位差电压变换作用的部件或电路。设输入鉴相器的两个信号分别为,(741),(742),同时加于鉴相器，鉴相器的输出电压uo是瞬时 相位差的函数，即,(743),1) 乘积型相位鉴频法利用乘积型鉴相器实现鉴频的方法称为乘积型相位鉴频法或
4、积分(Quadrature)鉴频法。在乘积型相位鉴频器中，线性相移网络通常是单谐振回路(或耦合回路)，而相位检波器为乘积型鉴相器，如图735所示。,图735 乘积型相位鉴频法,设乘法器的乘积因子为K，则经过相乘器和低通滤波器后的输出电压为2) 叠加型相位鉴频法利用叠加型鉴相器实现鉴频的方法称为叠加型相位鉴频法。对于叠加型鉴相器，就是先将u1和u2(式(741)和(742)相加，把两者的相位差的变化转换为合成信号的振幅变化，然后用包络检波器检出其振幅变化，从而达到鉴相的目的。,(744),图736 平衡式叠加型相位鉴频器框图,3. 直接脉冲计数式鉴频法 调频信号的信息寄托在已调波的频率上。从某种
5、意义上讲，信号频率就是信号电压或电流波形单位时间内过零点(或零交点)的次数。对于脉冲或数字信号，信号频率就是信号脉冲的个数。基于这种原理的鉴频器称为零交点鉴频器或脉冲计数式鉴频器。,图737 直接脉冲计数式鉴频器,7.5 鉴频电路,7.5.1 叠加型相位鉴频电路 1.互感耦合相位鉴频器互感耦合相位鉴频器又称福斯特西利(FosterSeeley)鉴频器，图7-38是其典型电路。相移网络为耦合回路。,图738 互感耦合相位鉴频器,1) 频率相位变换频率相位变换是由图739(a)所示的互感耦合回路完成的。由图739(b)的等效电路可知，初级回路电感L1中的电流为,(745),图739 互感耦合回路,
6、考虑初、次级回路均为高Q回路，r1也可忽略。这样，上式可近似为,初级电流在次级回路产生的感应电动势为,(746),(747),感应电动势 在次级回路形成的电流 为,(748),(749),=2Qf/f0,则上式变为,(750),图740 频率相位变换电路的相频特性,2) 相位幅度变换根据图中规定的 与 的极性，图738电路可简化为图741。这样，在两个检波二极管上的高频电压分别为,(751),图941 图938的简化电路,合成矢量的幅度随 与 间的相位差而变化(FMPM AM信号)，如图942所示。f=f0=fc时， 与 的振幅相等，即UD1=UD2;ff0=fc时，UD1UD2，随着f的增加
7、，两者差值将加大；ff0=fc时，UD1p2Z2, p=1/2。分析可 得,AB间的电压为,(754),(755),由此可得,图745 电容耦合相位鉴频器,7.5.2 比例鉴频器1.电路比例鉴频器是一种类似于叠加型相位鉴频器，而又具有自限幅(软限幅)能力的鉴频器，其基本电路如图746(a)所示。它与互感耦合相位鉴频器电路的区别在于：(1)两个二极管顺接；(2)在电阻(R1+R2)两端并接一个大电容C，容量约在10F数量级。时间常数(R1+R2)C很大，约0.10.25s，远大于低频信号的周期。 (3)接地点和输出点改变。,2. 工作原理图746(b)是图(a)的简化等效电路，电压、电流如图所示
8、。由电路理论可得i1(R1+RL)-i2RL=uc1 (756)i2(R2+RL)-i1RL=uc2 (757)uo=(i2-i1)RL (758)当R1=R2=R时，可得,(759),(760),当f=fc时，UD1=UD2, i1=i2,但以相反方向流过负载RL,所以输出电压为零；当ffc时，UD1UD2, i1i2,输出电压为负；当ffc时，UD1UD2, i1i2，输出电压为正。,图746 比例鉴频器电路及特性,自动频率控制系统中要特别注意。当然，通过改变两个二极管连接的方向或耦合线圈的绕向(同名端)，可以使鉴频特性反向。另一方面，输出电压也可由下式导出：,(761),3.自限幅原理(
9、1)回路的无载Q0值要足够高，以便当检波器输入电阻Ri随输入电压幅度变化时，能引起回路Qe明显的变化。 (2)要保证时常数(R1+R2)C大于寄生调幅干扰的几个周期。比例鉴频器存在着过抑制与阻塞现象。,图747 减小过抑制及阻塞的措施,7.5.3 正交鉴频器 1.正交鉴频原理 正交鉴频器实际上是一种乘积型相位鉴频器，它由移相网络、乘法器和低通滤波器三部分组成。调频信号一路直接加至乘法器，另一路经相移网络移相后(参考信号)加至乘法器。由于调频信号和参考信号同频正交，因此，称之为正交鉴频器。,2.集成正交鉴频器图748是某电视机伴音集成电路，它包括限幅中放(V1 ,V2;V4、V5;V7、8为三级
10、差分对放大器，V3、V6和V9为三个射极跟随器)、内部稳压(VD1VD5、V10)和鉴频电路三部分。 移相网络如图749(a)所示，其传输函数为,(762),图748 集成正交鉴频器,其中， 可见，u1与u2(实际上是ur与us)之间的相位差为,相频特性曲线见图749(b)。若设,(764),当f/f01时，上式可写为,(765),可见，鉴频器的输出与输入调频信号的频偏成正比。在上面电路中，调整L、C和C1均可改变回路谐振频 率，只要满足,(766),图749 移相网络机器相频特性,7.5.4 其它鉴频电路 1.差分峰值斜率鉴频器差分峰值斜率鉴频器是一种在集成电路中常用的振幅鉴频器。图750(
11、a)是一个在电视接收机伴音信号处理电路(如D7176AP ,TA7243P)等集成电路中采用的差分峰值斜率鉴频器。,图750 差分峰值斜率鉴频器,移相网络接在集成电路的、10脚之间。设从脚向右看的移相电路的谐振频率为f01，从10脚向左看的移相电路的谐振频率为f02，则,(767),(768),2.晶体鉴频器晶体鉴频器的原理电路如图751所示。电容C与晶体串联后接到调频信号源。VD1、R1 ,C1和VD2、R2、C2为两个二极管包络检波器。为了保证电路平衡，通常VD1与VD2性能相同，R1=R2,C1=C2。,图751 晶体鉴频器原理电路,图752 电容晶体分压器 (a)电抗曲线；(b)电容、
12、晶体两端电压变化曲线,图753 晶体鉴频器的鉴频特性,7.5.5 限幅电路 振幅限幅器的性能可由图754(b)所示的限幅特性曲线表示。图中，Up表示限幅器进入限幅状态的最小输入信号电压，称为门限电压。对限幅器的要求主要是在限幅区内要有平坦的限幅特性，门限电压要尽量小。,图754 限幅器及其特性曲线,7.6 调频收发信机及特殊电路,7.6.1 调频发射机 图755是一种调频发射机的框图。其载频fc=88108MHz,输入调制信号频率为50Hz15kHz，最大频偏为75kHz。由图可知，调频方式为间接调频。由高稳定度晶体振荡器产生fc1=200kHz的初始载波信号送入调相器，由经预加重和积分的调制
13、信号对其调相。调相输出的最大频偏为25Hz，调制指数mf0.5。,图755 调频发射机框图,7.6.2 调频接收机 图756为广播调频接收机典型方框图。为了获得较好的接收机灵敏度和选择性，除限幅级、鉴频器及几个附加电路外，其主要方框均与AM超外差接收机相同。调频广播基本参数与发射机相同。,图756 调频接收机方框图,7.6.3 特殊电路 1.预加重及去加重电路 理论证明，对于输入白噪声，调幅制的输出噪声频谱呈矩形，在整个调制频率范围内，所有噪声都一样大。调频制的噪声频谱(电压谱)呈三角形，见图757(b)，随着调制频率的增高，噪声也增大。调制频率范围愈宽，输出的噪声也愈大。,图757 调频解调
14、器的输出噪声频谱(a)功率谱；(b)电压谱,由于调频噪声频谱呈三角形，或者说与成线性关系，使我们联想到将信号作相应的处理，即要求预加重网络的特性为H(j)=j,图758 预加重网络及其特性(a)预加重网络；(b)频率响应,去加重网络及其频响曲线如图759所示。从图看出，当2时，预加重和去加重网络总的频率传递函数近似为一常数，这正是使信号不失真所需要的条件。,图759 去加重网络及其特性,采用预、去加重网络后，对信号不会产生变化，但对信噪比却得到较大的改善，如图760所示。,图760预、去加重网络对信噪比的改善,2. 静噪电路由于在调频接收中存在门限效应，因此在系统设计时要尽可能地降低门限值。为了获得较高的输出信噪比，在鉴频器的输入端的输入信噪比要在门限值之上。但在调频通信和调频广播中，经常会遇到无信号或弱信号的情况，这时输入信噪比就低于门限值，输出端的噪声就会急剧增加。,
