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1、绪论鉴频器使输出电压和输入信号频率相对应的电路。按用途可分为两类。 第一类用于调频信号的解调。常见的有斜率鉴频器、相位鉴频器、比例鉴频器等， 对这类电路的要求主要是非线性失真小，噪声门限低。第二类用于频率误差测量， 如用在自动频率控制环路中产生误差信号的鉴频器。对这类电路的零点漂移限制 较严，对非线性失真和噪声门限则要求不高。实现调频信号解调的鉴频电路可分为三类，第一类是调频一调幅调频变 换型。这种类型是先通过线性网络把等幅调频波变换成振幅与调频波瞬时频率成 正比的调幅调频波，然后用振幅检波器进行振幅检波。第二类是相移乘法鉴频型。 这种类型是将调频波经过移相电路变成调相调频波，其相位的变化正好
2、与调频波 瞬时频率的变化成线性关系，然后将调相调频波与原调频波进行相位比较，通过 低通滤波器取出解调信号。因为相位比较器通常用乘法器组成，所以称为相移乘 法鉴频。第三类是脉冲均值型。这种类型是把调频信号通过过零比较器变换成重 复频率与调频信号瞬时频率相同的单极性等幅脉冲序列，然后通过低通滤波器取 出脉冲序列的平均值，这就恢复出与瞬时频率变化成正比的信号。调频波的特点 是振幅保持不变，而瞬时频率随调制信号的大小线形变化，调制信号代表所要传 送的信息，在分析或实验时，常以低频正弦波为代表。鉴频的目的就是从调频波 中检出低频调制信号，即完成频率一电压的变换作用。能完成这种作用的电路被 称为鉴频器。率
3、鉴频器：其中，品体管和LC回路实质上是一个调谐放大器，但 回路的谐振频率f0与已调频信号的中心频率fc是失谐的。一旦已调频信号的瞬 时频率发生变化，放大器就输出一个与之相对应的调幅-调频波。经二极管检波处 理，即可在负载RL上得到与原调制信号变化规律相同的输出。斜率鉴频器的电 路比较简单，但回路失谐时其谐振特性曲线不是直线，因而鉴频特性的线性较差。1鉴频器基础知识1.1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。其中调频波的解调 电路称为频率检波器或鉴频器（FD）。与调幅接收机一样，调频接收机的组成也 大多是采用超外差式的。在超外差式的调频接收机中，鉴频通常在中频频率（如 调频广播
4、接收机的中频频率10.7MHZ）上进行。就鉴频器的功能而言，它是一个 将输入调频波的瞬时频率f （或频偏af）变换为相应的解调输出电压“的变换 器，通常将此变换器的变换特性称为鉴频特性，用曲线表示为输出电压u与瞬时 频率f或频偏af之间的关系曲线，称为鉴频特性曲线。在线性解调的理想情况 下，此曲线为一直线，但实际往往有弯曲，呈“S”曲线。通常用峰值带宽b来 近似衡量鉴频特性线性区的宽度，它指的是鉴频特性曲线左右两个最大值（土 u ）间对应的频率间隔。鉴频器特性曲线一般是左右对称的，若峰值点的频 偏为af = f - f = f - f，则B = 2 Af。对于鉴频器来讲，要求线性范围宽（B A
5、 A c c BmAm 2Af），线性度好。但在实际上，鉴频特性在两峰之间都存在一定的非线性， 通常只有在Af =0附近才有较好的线性。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、，就是鉴频特性在载频处的频率，它表示的是单位频 偏所能产生的解调输出电压。鉴频跨导有叫鉴频灵敏度，用公式表示为：duduS = o=-(V / Hz )D dff=fcd Af Af=鉴频跨导也可以理解为鉴频器将输入频率转换为输出电压的能力或效率，鉴 频跨导又称为鉴频效率。调频制具有良好的抗噪声能力，是以鉴频器输入为高信 噪比为条件的，一旦鉴频器输入信噪比低于规定的门限值，鉴频器的输出信噪比 将急剧下降
6、，甚至无法接收。调频致具有良好的抗噪声能力，是以鉴频器输入为高信噪比为条件。一旦鉴 频器输入信噪比低于规定的门限值，鉴频器的输出信噪比将急剧下降，甚至无法 接受。这种现象称为门限效应。实际上，各种鉴频器都存在门限效应，只是门限 电压的大小不同而已。鉴频特性：鉴调频电路输出低频解调电压与输入低频信号瞬时频偏的关系。理想鉴调频特性应该是线形的，实际为“ S曲线线形范围：由于输入调频信号的瞬时频率是在载频附近变化，故鉴频特性曲线位 于载频附近，其中线形部分称为鉴频线形范围。正负峰间距244球叫 鉴频灵敏度 鸵：在鉴频线形范围内，单位频偏产生的解调信号电压的大小。.& = 处的斜率。单位频偏产生的输出
7、电压的大小。图1-1鉴频器及鉴频特性1.2鉴频方法从FM波中还原调制信号的方法概括起来可分为直接鉴频法和间接鉴频法两 种。直接鉴频法就是直接从调制信号的频率中提取原来调制信号的方法，主要是 脉冲计数式鉴频法；间接鉴频法就是对调制信号进行不同的变换或处理从而间接 地恢复原来调制信号的方法，如波形变换法、锁相环解调（PLLDM）法及调频负 反馈解调（FM-FBDM）法、正交鉴频法等。对于间接鉴频法，尽管解调方式不同， 但它们均能产生一个幅度与输入信号瞬时频率成线性关系的输出信号。就鉴频器 的工作原理而言，其各种实现方法都是将输入调频波进行特定的波形变换，是变 换后的波形包含反映瞬时频率变化的平均分
8、量，然后通过低通滤波器取出所需解 调电压。根据波形变换的不同特点，鉴频方法可归纳为振幅鉴频法和相位鉴频法 两种。1.2.1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。所以将等幅的调频信号变换成振幅也随瞬时频率变化，既调频又调幅的FM-AM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，其原理框图如下图所 示。其中FM-FM.AM变换电路应该是具有线性频率一电压转换特性的线性网络。血）黝（a）振幅鉴频器原理框图（b）变化电路特性图1-2振幅鉴频原理1.2.2相位鉴频法相位鉴频法的原理框图如下图所示。图中的变换电路具有线性的频率一相位 转换特性，它可以将等幅
9、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FM-PM波。把此FM-PM波和原来输入的调频信号一起加到鉴相器上，就可以 通过鉴相器解调此调频信号。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，完成相位差一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：u = U cos t + 9 (t) 冗U 2 = U 2C0S C -三 +9 2(t)把它们同时加于鉴相器，鉴相器的输出电压u是瞬时相位差的函数，即：U = f9 2 (t)-9 1 (t)在线性鉴相时，u与输入位相差9 (t) =9 (t)-9 (t)成正比。信号u中引入兀/2固
10、e212定相移的目的在于当输入相位差9 (t) = 92(t)-9 1(t)在零附近正负变化时，鉴相器 输出电压也相应地在零附近正负变化。图1-3相位鉴频器的框图2振幅鉴频方案选择本次课设要求将FM波转换成FM-AM波，再用二极管包络检波解调出原调制 信号，所以必须要用振幅鉴频法完成本次课设。振幅鉴频中有几种不同的方案可 以选择。(1) 鉴频线性性鉴频电路输出低频解调电压与输入调频信号瞬时频偏的关系称为鉴频特性, 理想的鉴频特性应是线性的。(2) 鉴频线性范围由于输入调频信号的瞬时频率是在载频附近变化，故鉴频特性曲线位于载 频附近，其中线性部分称为鉴频线性范围。(a)振幅鉴频器原理框图 (b)
11、变化电路特性图2-1振幅鉴频原理2.1直接时域微分法设调制信号如q= /()，调频波为u (t) = U cos t + kf (T ) d T 对此式直接微分可得u = UFM 3)= -u + k f (t) sin t + k j f (t )dt dtc fc f 0电压u振幅与瞬时频率(t) = + k f (t)成正比，因此上式是一个FM-AM波。 由于o远大于频偏，包络不会出现负值，经包络检波后即可得到原调制信号。以 上过程说明，只要将调频波直接进行微分运算，就可以很方便地用包络检波器实 现鉴频，所以这种鉴频器有微分网络和包络检波器两部分组成，如下图所示。理论上这种方法非常好，但
12、在实际电路中，由于器件非线性等原因，其有效 的线性鉴频范围是有限的。为了扩大线性鉴频范围，可以采用较为理想的时域微 分鉴频器，如脉冲计数式鉴频器。图2-2微分鉴频原理2.2斜率鉴频法上述微分器的作用也可由其他网络来完成，只要在所需频率范围内具有线性 幅频特性即可，如低通、高通、带通网络等都可以完成这一转换，其中应用最多 的是带通网络。斜率鉴频器利用LC谐振回路的谐振特性对调频波进行调频一调 幅变换，变换特性取决于谐振特性曲线的斜率。下图就是利用单失谐回路完成鉴 频的最简单电路。工作过程及波形如图所示，回路的谐振频率f0高于FM波的载 频f，显然，对输入信号是失谐的，在2Afm范围内，并联谐振回
13、路的幅频特性 c近似为直线，并尽量利用幅频特性的倾斜部分。当f0 f时，回路两端电压大；当f f时，回路两端电压小，因而形成图（b）中的波形。当输入信号频率 变化时，回路两端的电压振幅将与频率成正比，实现了 FM-AM变换。通过后面的 包络检波器，便可恢复出原来的调制信号。这种利用调谐回路幅频特性倾斜部分 对FM波解调的方法称为斜率鉴频。J.T 七J由于在斜率鉴频电路中，利用的是调谐回路的失（离）谐状态，因此又称失 （离）谐回路法。下图为单谐回路的谐振电路和谐振曲线，谐振特性曲线近似直 线的范围非常窄，其倾斜部分的线性度是较差的。因此只适用用窄带小频偏的 FM信号的解调。为了扩大线性范围，实际
14、上采用的多是三调谐回路的双离谐平 衡鉴频器。oWVWVW,。帆*倾七。8图2-3单回路斜率鉴频器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6中的实线所示。虚线为两回路的谐振曲线。从图看出，他可获得较 好的线性响应，失真较小，灵敏度也高于回路鉴频器。这种电路适用于解调大频 偏的调频信号。但采用这种电路时，三个回路要调整好，并须尽量对称，否则会 引起较大的失真。不易调整是该电路的一个缺点。图2-4双离谐平衡鉴频器图2-5图2-4各点波形各点波形图2-6双离谐鉴频器的鉴频特性经以上方案的对比论证，选择斜率鉴频法中的双失谐回路鉴频电路完成本次 课程设计，可以解决元器
15、件的非线性原因引起的线性范围小的问题，此电路失真 较小，工作频带宽，灵敏度也高于单失谐回路鉴频器。3振幅鉴频器工作原理及电路分析3.1基本振幅鉴频器的工作原理图3-1是一种最简单的振幅鉴频器原理电路，图中，晶体三极管与谐振回路的作用是变调频信号u 1为调频、调幅信号u/再经二极管包络检波器得到低 频信号u。这里的u、U、u波形与图2(a)相对应。图2(a)中绘出此鉴频器3123谐振回路的谐振曲线，这里，回路谐振频率f0与调频信号中心频率f是不相等 的。也即将载波频率设置在谐振曲线的倾斜部位，当信号频率改变时，回路输出 电压幅度也随之改变。图中示出信号频率围绕f按正弦规律变化，回路输出电压C的幅度大致也按正弦起伏，这就得到了包络近于正弦变化的调频、调幅波，检波 后即可取出其包络。图3-1基本振幅鉴频器电路3.2双失谐回路鉴频器的工作原理为了获得较好的线性鉴频特性以减小失真，并适用于解调较大频偏的调制信 号，采用
