1、9.1 鑒頻器與鑒頻方法,9.1.1 鑒頻器 角調(diào)波的解調(diào)就是從角調(diào)波中恢復(fù)出原調(diào)制信號(hào)的過(guò)程。調(diào)頻波的解調(diào)電路稱(chēng)為頻率檢波器或鑒頻器（FD）,調(diào)相波的解調(diào)電路稱(chēng)為相位檢波器或鑒相器（PD）。,圖926 鑒頻器及鑒頻特性,對(duì)鑒頻器的另外一個(gè)要求,就是鑒頻跨導(dǎo)要大。所謂鑒頻跨導(dǎo)D,就是鑒頻特性在載頻處的斜率,它表示的是單位頻偏所能產(chǎn)生的解調(diào)輸出電壓。鑒頻跨導(dǎo)又叫鑒頻靈敏度,用公式表示為,（738）,9.1.2 鑒頻方法 1.振幅鑒頻法 調(diào)頻波振幅恒定,故無(wú)法直接用包絡(luò)檢波器解調(diào)。鑒于二極管峰值包絡(luò)檢波器線路簡(jiǎn)單、性能好,能否把包絡(luò)檢波器用于調(diào)頻解調(diào)器中呢？顯然,若能將等幅的調(diào)頻信號(hào)變換成振幅也隨

2、瞬時(shí)頻率變化、既調(diào)頻又調(diào)幅的FMAM波,就可以通過(guò)包絡(luò)檢波器解調(diào)此調(diào)頻信號(hào)。用此原理構(gòu)成的鑒頻器稱(chēng)為振幅鑒頻器。其工作原理如圖927所示。,(a)振幅鑒頻器框圖；(b)變換電路特性 圖927 振幅鑒頻器原理,1）直接時(shí)域微分法 設(shè)調(diào)制信號(hào)為u=f(t),調(diào)頻波為,（739）,（740）,對(duì)此式直接微分可得,圖928 微分鑒頻原理,圖929 微分鑒頻電路,2）斜率鑒頻法 雙離諧鑒頻器的輸出是取兩個(gè)帶通響應(yīng)之差,即該鑒頻器的傳輸特性或鑒頻特性,如圖9-33中的實(shí)線所示。其中虛線為兩回路的諧振曲線。從圖看出,它可獲得較好的線性響應(yīng),失真較小,靈敏度也高于單回路鑒頻器。,圖930 單回路斜率鑒頻器,圖

3、931 雙離諧平衡鑒頻器,圖932 圖931各點(diǎn)波形,圖933 雙離諧鑒頻器的鑒頻特性,2. 相位鑒頻法 相位鑒頻法的原理框圖如圖934所示。圖中的變換電路具有線性的頻率相位轉(zhuǎn)換特性，它可以將等幅的調(diào)頻信號(hào)變成相位也隨瞬時(shí)頻率變化的、既調(diào)頻又調(diào)相的FMPM波。,圖934 相位鑒頻法的原理框圖,相位鑒頻法的關(guān)鍵是相位檢波器。相位檢波器或鑒相器就是用來(lái)檢出兩個(gè)信號(hào)之間的相位差，完成相位差電壓變換作用的部件或電路。設(shè)輸入鑒相器的兩個(gè)信號(hào)分別為,(741),(742),同時(shí)加于鑒相器，鑒相器的輸出電壓uo是瞬時(shí) 相位差的函數(shù)，即,(743),1) 乘積型相位鑒頻法 利用乘積型鑒相器實(shí)現(xiàn)鑒頻的方法稱(chēng)為乘

4、積型相位鑒頻法或積分(Quadrature)鑒頻法。在乘積型相位鑒頻器中，線性相移網(wǎng)絡(luò)通常是單諧振回路(或耦合回路)，而相位檢波器為乘積型鑒相器，如圖935所示。,圖935 乘積型相位鑒頻法,設(shè)乘法器的乘積因子為K，則經(jīng)過(guò)相乘器和低通濾波器后的輸出電壓為 2) 疊加型相位鑒頻法 利用疊加型鑒相器實(shí)現(xiàn)鑒頻的方法稱(chēng)為疊加型相位鑒頻法。對(duì)于疊加型鑒相器，就是先將u1和u2(式(741)和(742)相加，把兩者的相位差的變化轉(zhuǎn)換為合成信號(hào)的振幅變化，然后用包絡(luò)檢波器檢出其振幅變化，從而達(dá)到鑒相的目的。,(744),圖936 平衡式疊加型相位鑒頻器框圖,3. 直接脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻法 調(diào)頻信號(hào)的信息寄托在已

5、調(diào)波的頻率上。從某種意義上講，信號(hào)頻率就是信號(hào)電壓或電流波形單位時(shí)間內(nèi)過(guò)零點(diǎn)(或零交點(diǎn))的次數(shù)。對(duì)于脈沖或數(shù)字信號(hào)，信號(hào)頻率就是信號(hào)脈沖的個(gè)數(shù)。基于這種原理的鑒頻器稱(chēng)為零交點(diǎn)鑒頻器或脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻器。,圖937 直接脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻器,9.2 鑒頻電路,9.2.1 疊加型相位鑒頻電路 1.互感耦合相位鑒頻器 互感耦合相位鑒頻器又稱(chēng)福斯特西利(FosterSeeley)鑒頻器，圖9-38是其典型電路。相移網(wǎng)絡(luò)為耦合回路。,圖938 互感耦合相位鑒頻器,1) 頻率相位變換 頻率相位變換是由圖939(a)所示的互感耦合回路完成的。由圖939(b)的等效電路可知，初級(jí)回路電感L1中的電流為,(745),

6、圖939 互感耦合回路,考慮初、次級(jí)回路均為高Q回路，r1也可忽略。這樣，上式可近似為,初級(jí)電流在次級(jí)回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為,(746),(747),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 在次級(jí)回路形成的電流 為,(748),(749),=2Qf/f0,則上式變?yōu)?(750),圖940 頻率相位變換電路的相頻特性,2) 相位幅度變換 根據(jù)圖中規(guī)定的 與 的極性，圖938電路可簡(jiǎn)化為圖941。這樣，在兩個(gè)檢波二極管上的高頻電壓分別為,(751),圖941 圖938的簡(jiǎn)化電路,合成矢量的幅度隨 與 間的相位差而變化(FMPM AM信號(hào))，如圖942所示。 f=f0=fc時(shí)， 與 的振幅相等，即UD1=UD2; ff0=fc

7、時(shí)，UD1UD2，隨著f的增加，兩者差值將加大； ff0=fc時(shí)，UD1UD2,隨著f的增加，兩者差值也將加大。,圖942 不同頻率時(shí)的 與 矢量圖,3) 檢波輸出 設(shè)兩個(gè)包絡(luò)檢波器的檢波系數(shù)分別為Kd1 ,Kd2(通常Kd1=Kd12=Kd)，則兩個(gè)包絡(luò)檢波器的輸出分別為uo1=Kd1UD1 ,uo2=Kd2UD2。鑒頻器的輸出電壓為,(752),圖943 鑒頻特性曲線,圖944 SDA曲線,2. 電容耦合相位鑒頻器 圖945(a)是電容耦合相位鑒頻器的基本電路。兩個(gè)回路相互屏蔽。圖中Cm為兩回路間的耦合電容，其值很小，一般只有幾個(gè)皮法至十幾個(gè)皮法。 耦合回路部分單獨(dú)示于圖945(b)，其等

8、效電路示于圖945(c)。根據(jù)耦合電路理論可求出此電路的耦合系數(shù)為,(753),設(shè)次級(jí)回路的并聯(lián)阻抗Z2為,由于Cm很小，滿(mǎn)足1/(Cm)p2Z2,p=1/2。分析可 得,AB間的電壓為,(754),(755),由此可得,圖945 電容耦合相位鑒頻器,9.2.2 比例鑒頻器 1.電路 比例鑒頻器是一種類(lèi)似于疊加型相位鑒頻器，而又具有自限幅(軟限幅)能力的鑒頻器，其基本電路如圖946(a)所示。它與互感耦合相位鑒頻器電路的區(qū)別在于： (1)兩個(gè)二極管順接； (2)在電阻(R1+R2)兩端并接一個(gè)大電容C，容量約在10F數(shù)量級(jí)。時(shí)間常數(shù)(R1+R2)C很大，約0.10.25s，遠(yuǎn)大于低頻信號(hào)的周期

9、。 (3)接地點(diǎn)和輸出點(diǎn)改變。,2. 工作原理 圖946(b)是圖(a)的簡(jiǎn)化等效電路，電壓、電流如圖所示。由電路理論可得 i1(R1+RL)-i2RL=uc1 (756) i2(R2+RL)-i1RL=uc2 (757) uo=(i2-i1)RL (758) 當(dāng)R1=R2=R時(shí)，可得,(759),(760),當(dāng)f=fc時(shí)，UD1=UD2, i1=i2,但以相反方向流過(guò)負(fù)載RL,所以輸出電壓為零； 當(dāng)ffc時(shí)，UD1UD2, i1i2,輸出電壓為負(fù)； 當(dāng)ffc時(shí)，UD1UD2, i1i2，輸出電壓為正。,圖946 比例鑒頻器電路及特性,自動(dòng)頻率控制系統(tǒng)中要特別注意。當(dāng)然，通過(guò)改變兩個(gè)二極管連接

10、的方向或耦合線圈的繞向(同名端)，可以使鑒頻特性反向。另一方面，輸出電壓也可由下式導(dǎo)出：,(761),3.自限幅原理 (1)回路的無(wú)載Q0值要足夠高，以便當(dāng)檢波器輸入電阻Ri隨輸入電壓幅度變化時(shí)，能引起回路Q(chēng)e明顯的變化。 (2)要保證時(shí)常數(shù)(R1+R2)C大于寄生調(diào)幅干擾的幾個(gè)周期。比例鑒頻器存在著過(guò)抑制與阻塞現(xiàn)象。,圖947 減小過(guò)抑制及阻塞的措施,9.2.3 正交鑒頻器 1.正交鑒頻原理 正交鑒頻器實(shí)際上是一種乘積型相位鑒頻器，它由移相網(wǎng)絡(luò)、乘法器和低通濾波器三部分組成。調(diào)頻信號(hào)一路直接加至乘法器，另一路經(jīng)相移網(wǎng)絡(luò)移相后(參考信號(hào))加至乘法器。由于調(diào)頻信號(hào)和參考信號(hào)同頻正交，因此，稱(chēng)之為

11、正交鑒頻器。,2.集成正交鑒頻器 圖948是某電視機(jī)伴音集成電路，它包括限幅中放(V1 ,V2;V4、V5;V7、8為三級(jí)差分對(duì)放大器，V3、V6和V9為三個(gè)射極跟隨器)、內(nèi)部穩(wěn)壓(VD1VD5、V10)和鑒頻電路三部分。 移相網(wǎng)絡(luò)如圖949(a)所示，其傳輸函數(shù)為,(762),圖948 集成正交鑒頻器,其中， 可見(jiàn)，u1與u2(實(shí)際上是ur與us)之間的相位差為,相頻特性曲線見(jiàn)圖949(b)。若設(shè),(764),當(dāng)f/f01時(shí)，上式可寫(xiě)為,(765),可見(jiàn)，鑒頻器的輸出與輸入調(diào)頻信號(hào)的頻偏成正比。 在上面電路中，調(diào)整L、C和C1均可改變回路諧振頻 率，只要滿(mǎn)足,(766),圖949 移相網(wǎng)絡(luò)機(jī)

12、器相頻特性,9.2.4 其它鑒頻電路 1.差分峰值斜率鑒頻器 差分峰值斜率鑒頻器是一種在集成電路中常用的振幅鑒頻器。圖950(a)是一個(gè)在電視接收機(jī)伴音信號(hào)處理電路(如D7176AP ,TA7243P)等集成電路中采用的差分峰值斜率鑒頻器。,圖950 差分峰值斜率鑒頻器,移相網(wǎng)絡(luò)接在集成電路的、10腳之間。設(shè)從腳向右看的移相電路的諧振頻率為f01，從10腳向左看的移相電路的諧振頻率為f02，則,(767),(768),2.晶體鑒頻器 晶體鑒頻器的原理電路如圖951所示。電容C與晶體串聯(lián)后接到調(diào)頻信號(hào)源。VD1、R1 ,C1和VD2、R2、C2為兩個(gè)二極管包絡(luò)檢波器。為了保證電路平衡，通常VD1

13、與VD2性能相同，R1=R2,C1=C2。,圖951 晶體鑒頻器原理電路,圖952 電容晶體分壓器 (a)電抗曲線；(b)電容、晶體兩端電壓變化曲線,圖953 晶體鑒頻器的鑒頻特性,9.2.5 限幅電路 振幅限幅器的性能可由圖954(b)所示的限幅特性曲線表示。圖中，Up表示限幅器進(jìn)入限幅狀態(tài)的最小輸入信號(hào)電壓，稱(chēng)為門(mén)限電壓。對(duì)限幅器的要求主要是在限幅區(qū)內(nèi)要有平坦的限幅特性，門(mén)限電壓要盡量小。,圖954 限幅器及其特性曲線,9.3 調(diào)頻收發(fā)信機(jī)及特殊電路,9.3.1 調(diào)頻發(fā)射機(jī) 圖955是一種調(diào)頻發(fā)射機(jī)的框圖。其載頻fc=88108MHz,輸入調(diào)制信號(hào)頻率為50Hz15kHz，最大頻偏為75k

14、Hz。由圖可知，調(diào)頻方式為間接調(diào)頻。由高穩(wěn)定度晶體振蕩器產(chǎn)生fc1=200kHz的初始載波信號(hào)送入調(diào)相器，由經(jīng)預(yù)加重和積分的調(diào)制信號(hào)對(duì)其調(diào)相。調(diào)相輸出的最大頻偏為25Hz，調(diào)制指數(shù)mf0.5。,圖955 調(diào)頻發(fā)射機(jī)框圖,9.3.2 調(diào)頻接收機(jī) 圖956為廣播調(diào)頻接收機(jī)典型方框圖。為了獲得較好的接收機(jī)靈敏度和選擇性，除限幅級(jí)、鑒頻器及幾個(gè)附加電路外，其主要方框均與AM超外差接收機(jī)相同。調(diào)頻廣播基本參數(shù)與發(fā)射機(jī)相同。,圖956 調(diào)頻接收機(jī)方框圖,9.3.3 特殊電路 1.預(yù)加重及去加重電路 理論證明，對(duì)于輸入白噪聲，調(diào)幅制的輸出噪聲頻譜呈矩形，在整個(gè)調(diào)制頻率范圍內(nèi)，所有噪聲都一樣大。調(diào)頻制的噪聲頻

15、譜(電壓譜)呈三角形，見(jiàn)圖957(b)，隨著調(diào)制頻率的增高，噪聲也增大。調(diào)制頻率范圍愈寬，輸出的噪聲也愈大。,圖957 調(diào)頻解調(diào)器的輸出噪聲頻譜 (a)功率譜；(b)電壓譜,由于調(diào)頻噪聲頻譜呈三角形，或者說(shuō)與成線性關(guān)系，使我們聯(lián)想到將信號(hào)作相應(yīng)的處理，即要求預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)的特性為 H(j)=j,圖958 預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)及其特性 (a)預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)；(b)頻率響應(yīng),去加重網(wǎng)絡(luò)及其頻響曲線如圖959所示。從圖看出，當(dāng)2時(shí)，預(yù)加重和去加重網(wǎng)絡(luò)總的頻率傳遞函數(shù)近似為一常數(shù)，這正是使信號(hào)不失真所需要的條件。,圖959 去加重網(wǎng)絡(luò)及其特性,采用預(yù)、去加重網(wǎng)絡(luò)后，對(duì)信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生變化，但對(duì)信噪比卻得到較大的改善，如圖9

16、60所示。,圖960預(yù)、去加重網(wǎng)絡(luò)對(duì)信噪比的改善,2. 靜噪電路 由于在調(diào)頻接收中存在門(mén)限效應(yīng)，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要盡可能地降低門(mén)限值。為了獲得較高的輸出信噪比，在鑒頻器的輸入端的輸入信噪比要在門(mén)限值之上。但在調(diào)頻通信和調(diào)頻廣播中，經(jīng)常會(huì)遇到無(wú)信號(hào)或弱信號(hào)的情況，這時(shí)輸入信噪比就低于門(mén)限值，輸出端的噪聲就會(huì)急劇增加。,圖961 靜噪電路舉例,圖962 靜噪電路接入方式,9.4 調(diào)頻多重廣播,9.9.1調(diào)頻立體聲廣播 1.調(diào)頻立體聲廣播方式 圖963示出了調(diào)頻立體聲廣播的系統(tǒng)圖。左聲道信號(hào)(L)和右聲道信號(hào)(R)經(jīng)各自的預(yù)加重在矩陣電路中形成和信號(hào)(L+R)和差信號(hào)(L-R)。和信號(hào)(L+R)照原樣成為主信道信號(hào)，差信號(hào)(L-R)經(jīng)平衡調(diào)制器對(duì)副載波進(jìn)行抑制載波的調(diào)幅，成為副信道信號(hào)。,圖963 調(diào)頻立體聲廣播發(fā)射機(jī)的系統(tǒng)圖,2. 調(diào)頻立體聲接收機(jī) 調(diào)頻立體聲接收機(jī)的框圖如圖964所示，在鑒頻器之前與單聲道調(diào)頻接收機(jī)的組成相同。,圖964 調(diào)頻立體聲接收機(jī)的框圖,圖965 立體聲解調(diào)器工作方式 (a)開(kāi)關(guān)方式；(b)矩陣方式,9.9.2 電視伴音的多重廣播 電視伴音的多重廣播就是電視