高频电子线路第7章频率调制与解调

1、2021-6-301 第7章 频率调制与解调 调频信号分析调频信号分析 调频器与调频方法调频器与调频方法 调频电路调频电路 鉴频器与鉴频方法鉴频器与鉴频方法 鉴频电路鉴频电路 调频收发信机及特殊电路调频收发信机及特殊电路 2021-6-302 一、 调频信号分析 角度调制：角度调制：包括频率调制(FM)和相位调制(PM)。角度调制和 解调过程属于频谱的非线性搬移，分析方法和模型也与频谱 的线性搬移电路不同。 FM：高频信号的频率按调制信号的规律变化，FM信号的解 调称为鉴频或频率检波。 PM：高频信号的相位按调制信号的规律变化，PM信号的解 调称为鉴相或相位检波。 FM与与PM关系：关系：由于

2、频率和相位之间存在微分和积分的的关 系。因此在实际实现的过程中，调频可以用调相的方法实现； 同样调相也可以用调频的方法来实现。 本章的重点是调频调频和鉴频鉴频。 2021-6-303 1、调频信号的时域分析、调频信号的时域分析 ；：载波信号；调制信号：tUutUu ccc coscos ttUktt mcfcc coscos)()(瞬时频率： 峰值角频偏。调制灵敏度比例常数:);(: Ukk fmf )(sin)()( 0 ttttdt c m c t 调频信号瞬时相位： )sincos()sincos()(tmtUttUtuFM fcC m cCFM 调频波： 调频指数。: m f m t

3、fcCFM dfktUtutf 0 )(cos)()(：一般调制信号 2021-6-304 调频波波形：调频波波形： 2021-6-305 调频波的三个基本参数：调频波的三个基本参数：fm、kf 和mf (1) 峰值频偏峰值频偏 fm: 反映频率受调制的程度，是衡量调频质量的 重要指标。 瞬时角频偏：瞬时角频偏：(t)=kfUcost，峰值频偏：峰值频偏：fm=kfU/2； 瞬时频率的变化范围：fcfmfc+fm； 瞬时频率的最大变化值：2fm ； (2) 调频灵敏度调频灵敏度kf：反映调制信号对瞬时角频率控制能力。 kf=m/U (3) 调频指数调频指数mf：单音调制信号引起的最大瞬时相位偏

4、移量。 mf =m/=fm/ F=m = kf U/ m：峰值相偏。 mf可以小于1，也可以大于1。 2021-6-306 的关系：的关系：与与调频波调频波Fmf fm、 2021-6-307 2. 调频信号的频域分析调频信号的频域分析 通过分析下面复周期函数的傅立叶级数展开，可以了解 调频波的频谱特点。 Jn(mf)：宗数为mf的n阶一类贝塞尔(Bessel)函数，可以用无 穷级数进行计算： 2 0 ( 1) () 2 () !()! fnnm nf m m Jm m nm tnmJUtmtUtu c n fnCfcCFM )cos()()sincos()( 调频波的级数展开式为调频波的级数

5、展开式为： tn n n tm mJ j f sinj e )(e f 2021-6-308 Bessel函数的特点函数的特点: (1) m f =0：J0(m f )=1，其它各阶Bessel函数为0。这意味着当没 有调制信号时，uFM只包含载波分量。 (2) 所有Bessel函数都是正、负交替变化的非周期函数，而且在 mf的某些值上，函数为0。 2021-6-309 单频调制时单频调制时FM波的频谱：波的频谱：左列为常数；右列m为常数 2021-6-3010 调频波的频谱结构和特点调频波的频谱结构和特点: (1) 有无穷多个频率分量：在以fc为中心、以F为间隔对称分布， 各分量的幅值取决于

6、Bessel函数； (2) 载频分量不总是最大，有时为0； (3) 功率大部分集中在载频附近； (4) 频谱结构与mf的关系 F一定一定：fm mf频谱就会展宽； fm一定一定：F mf频谱宽度基本不变。 FM和PM有相似的频谱结构，都包含有无穷多个边频分量， 因此都属于非线性调制非线性调制。 (5) 窄带调频(NBFM)：虽与AM波的频谱相同，但有原则区别 , )(, )()(:1 321ffff mJmJmJm )cos()()cos()(cos)()( cf1cf1cf0CFM tmJtmJtmJUtu 2021-6-3011 调频波的信号带宽：调频波的信号带宽： 虽然从理论上讲，调频波

7、带宽为无穷大，但由于FM信号 的能量主要集中在fc附近，因此在工程实践中通常忽略其它振 幅很小的边频分量。 FM信号带宽信号带宽(Carson公式公式)：Bs=2(mf+1)F=2(fm+F) (1) mf 1：属于宽带调频(WBFM)，Bs =2fm。 举例：举例：调频广播。 fm75kHz，Fmax=15kHz，Bs=180kHz2Fmax=30kHz。 适用频段：适用频段：由于FM信号的带宽较宽，因此FM只用于超短 波和频率更高的波段。 FmmB) 1(2FM ffs 式式：信信号号带带宽宽的的精精确确计计算算公公 2021-6-3012 3、调频波的功率：、调频波的功率：设负载阻抗为R

8、L 说明：说明：调频波的平均功率和未调载波的平均功率相等。因此调 频器可以理解为功率分配器，它的功能是将载波功率分配给每 个边频分量，而分配的原则与调频指数mf有关。 4、调频波和调相波的比较、调频波和调相波的比较 tUu cos调调制制信信号号： tUu ccc cos载波信号：载波信号： 调调相相信信号号瞬瞬时时相相位位：tUktttt pcc cos)()( tmttt pcmc coscos )coscos()(tmtUtu pccPM 调调相相信信号号： 调调相相制制灵灵敏敏度度 峰峰值值相相偏偏和和调调指指数数 ： ： p ppm k mUk 1)(, 2 )( 2 f 2 L 2

9、 c f 2 L 2 c FM n nc n n mJP R U mJ R U P 2021-6-3013 信信号号瞬瞬时时频频率率：PM tmt dt d t pc sin)()( t mc sin 调频和调相的相互转化：调频和调相的相互转化： 积分积分调相调相 )(tu)(tuFM 微分微分调频调频 )(tu)(tu PM PM的频谱的频谱：分析方法与FM相同。 FmBPM ps ) 1(2的的带带宽宽： 特点特点：由于mp和F无关，所以Bs与F成正比。如果按照最高调制 信号频率Fmax设计信道，则调制信号频率较低时，系统频带利用 率利用的不充分。因此在模拟通信中，很少采用调相方式。 20

10、21-6-3014 调频波与调相波的比较表调频波与调相波的比较表： 2021-6-3015 5、小结、小结(角度调制的特点角度调制的特点) (1) 角度调制是非线性调制角度调制是非线性调制：即便是单音调制，在角度调制 信号中包含无穷多个边频分量； (2) FM的频谱结构与的频谱结构与mf密切相关密切相关： mf越大，频带越宽，同时 调频的抗干扰能力也越强； 在实际选择调频指数时要兼顾带宽和抗干扰能力。 宽带调频宽带调频：如调频广播、电视伴音，信号质量要求高， mf值 选得大； 窄带调频窄带调频：一般通信，信道带宽较窄， mf值选得小。 (3) 角度调制的设备利用率高：角度调制的设备利用率高：原

11、因是角度调制的平均功率 和最大功率相等； (4) 调频制的抗干扰能力调频制的抗干扰能力：是通过限幅器去掉寄生调幅来实 现的。而干扰引起的频偏可以忽略。 2021-6-3016 二、调频器与调频方法 1、调频器：、调频器：实现调频的电路或部件称为调频器。 调频特性：调频特性：用瞬时频偏fu的关系曲线来表示 (1) 调制特性线性要好； (2) 调制灵敏度要高，调制特性曲线在原点处的斜率就是调制 灵敏度； (3) 载波性能要好。 2021-6-3017 2、调频方法、调频方法: 直接法和间接法。 (1)直接法：直接法：用调制信号直接去控制高频振荡器的频率。包括： 变容二极管直接调频、电抗管直接调频。

12、 变容二极管调频器变容二极管调频器：用调制信号去控制振荡器的变容二极管的 结电容，是最常用最常用的调频方法，本章要重点讲重点讲这种调频电路。 电抗管调频电抗管调频：用电子管、晶体管或场效应管作为振荡器的等效 可控电抗，在调制信号控制下实现调频，目前这种调频方法已 很少使用。 (2) 间接法：间接法：对调制信号先积分，再调相可以实现调频。 间接法的关键是如何调相，调相方法包括：矢量合成法、 可变移相法和可变延时法。 2021-6-3018 )cossin(sin)coscos(cos )coscos()( tmtUtmtU tmtUtu pccpcc pccPM ：时当/12m p ttmUtU

13、tu cpcccPM sincoscos)( )(tukd)(cos)(cos)(tuktUtUtu cdccccPM 间接调频中的调相方法：间接调频中的调相方法： (1) 矢量合成法：矢量合成法：针对窄带调相。 (2) 可变移相法：可变移相法：用调制信号去控制移相网络或者谐振回路的 电抗元件或电阻元件来实现调相。 应用最广的是变容二极管调相电路。 (3) 可变延时法可变延时法：将载波经过一个可控延时网络，可实现调相。 延时时间受调制信号控制。 3. 扩大调频器线性频偏的方法扩大调频器线性频偏的方法 l 直接在较高的频率上调频； l 在较低的载频上调频，通过倍频和混频提高线性频偏。 2021-

14、6-3019 综合举例：综合举例：P318习题7-1。 已知角调波)(2000cos10102cos(10)( 6 Vtttu 试确定： (1) 最大频偏； (2) 最大相偏； (3) 信号带宽； (4) 此信号在单位电阻上的功率； (5) 能否确定这是FM波还是PM波； (6) 计算调制电压。 )(10 4 Hzfm )(10 rad m (1) (2) (3) F=1000Hz， ，10 m m HzFmBs22000) 1(2 , 解：瞬时相偏 )(2000cos10)(radtt 瞬时频偏 )(2000sin10 )( 2 1 )( 4 Hzt dt td tf (4) ，)(10 V

15、Uc ，1R)(50 2 2 W R U P c 2021-6-3020 (5) 不能分辨出FM波和PM波。 (6) 假设调制灵敏度k =1。 若是FM波，则 )(2000sin10)(2)()( 4 Vttfttu 若是PM波，则 ( )( )10cos2000( )uttt V 2021-6-3021 三、调频电路 1、变容二极管直接调频：、变容二极管直接调频：二极管反向偏置时，势垒电容随二极管反向偏置时，势垒电容随 外加反向偏置电压而变化。外加反向偏置电压而变化。 变容二极管的结电容：变容二极管的结电容： uu C C j /1 0 C0：零偏置电压时的结电容值；u：PN结的导通电压；

16、u：反向偏置电压的绝对值； ：结电容变化指数。 。结超突变 ；结突变 ；缓变结 1 2/1 3/1 2021-6-3022 2、变容二极管直接调频电路性能分析、变容二极管直接调频电路性能分析 (1) Cj作为回路总电容作为回路总电容 tUEu Q cos二二极极管管反反偏偏电电压压： 电电容容调调制制度度：)/( uEUm Q uE C CC /1 Q 0 Qj 静静态态结结电电容容： Q Q Q 0 Q 0 j ) cos(1 cos1 1 1 cos 1 tmC t uE U u E C u tUE C C 时变结电容：时变结电容： 2021-6-3023 振荡频率：振荡频率： 22 )c

17、os1 ()cos1 ( 11 )( tmtm LCLC t c Qj ； 21 LLL。中中心心频频率率或或是是载载波波频频率率: Qc LC/1 2021-6-3024 理想情况理想情况( =2 )：实现线性调频，就是瞬时频率与调制信号为 线性关系，调频特性为直线。 )( )cos1 ()( t tmt c c ； ； / cf cm mm m Q c Q ccm f EuEU m U k 调调频频灵灵敏敏度度： 2021-6-3025 理想情况理想情况( 2 )：瞬时振荡频率中包含调制信号的高次谐波，因 此瞬时角频率与调制信号是非线性关系，所以称为非线性调频。 将角频率按泰勒级数展开，并

18、忽略三次以上的高次项： 忽忽略略高高次次项项,2coscos cos1 22! 2 1 cos 2 1)( 2 22 c tt tmtmt mmcc 中心角频率偏移中心角频率偏移 cc m 2 ) 1 2 ( 8 峰峰值值角角频频偏偏 cm m 2 二二次次谐谐波波峰峰值值角角频频偏偏 cm m 2 2 )1 2 ( 8 2021-6-3026 Q c Q ccm f EuEU m U k 222 非理想情况非理想情况( 2 )小结：小结： (a) 中心频率漂移：中心频率漂移：产生原因是由于Cju曲线不是直线，导致 电容的平均值不等于CQ，从而引起中心频率偏移； (b) 峰值角频偏：峰值角频偏

19、：它是调频电路重要参数，通常越大越好； (c) 二次谐波失真：二次谐波失真：振荡频率二次谐波的存在意味着非线性调非线性调 频，频，即调频特性不是直线，发生弯曲，非线性失真的程度可以 用二次谐波失真系数二次谐波失真系数来描述 (d) 调频灵敏度：调频灵敏度： mK 1 24 1 m 2m f2 2021-6-3027 变容二极管作为回路总电容直接调频电路的特点：变容二极管作为回路总电容直接调频电路的特点： 优点优点：输出频偏大，调制灵敏度高。 缺点缺点: (a) 中心频率稳定度下降：因为CQ随温度、电源电压变化； (b) 由于高频振荡电压完全作用于变容二极管，所以还会带来以 下后果： l 一是寄

20、生调频，就是频率不按调制信号变化的调制； l 二是高频电压过大时导致变容二极管导通，引起寄生调幅。 因此这种调频电路主要应用在宽带调频系统中。 2021-6-3028 (2) 变容二极管部分接入变容二极管部分接入 Q Q j j CtmC CC C CC CC CC )cos1 ( 2 2 1 2 2 1 回回路路电电容容： 振荡频率：振荡频率：按级数展开并忽略高次谐波。 tm A tmAm A LC t cccc 2cos 2 cos 2 1 )( 2 2 1 2 2 ；， p A CC CC CL Q Q c 2 )( 1 1 2 2 1 1 2 2 2 2 1 1 2 ) 1( 4 1

21、8 3 pppp A QQ CCpCCpppppp/)1)(1 ( 12212211 ； 2021-6-3029 部分接入的特点：部分接入的特点： (a) 峰值频偏fm减小，调频灵敏度kf下降； ) 1( 2 ),( 2 pmf p fmff cmcm 部分接入，部分接入，全接入全接入 ) 1( 2 ),( 2 p Ep k E k Q c f Q c f 部分接入，部分接入，全接入全接入 (b) 改善调制特性线性和中心频率稳定度。但这是以牺牲频偏 为代价的； (c) 减少寄生调制。 说明：说明：对于宽带调频，为了得到线性调频信号，取 2。 2021-6-3030 3. 变容二极管直接调频电路

22、的改进变容二极管直接调频电路的改进 LC变容二极管直接调频电路的缺陷：中心频率稳定度较差中心频率稳定度较差。 稳频措施稳频措施：直接对晶体振荡器调频直接对晶体振荡器调频。 工作原理工作原理：这是并联型晶振皮尔斯电路并联型晶振皮尔斯电路,变容二极管相当于晶 体振荡器中的微调电容,它与C1、C2的串联等效电容作为石英 谐振器的负载电容CL。 21 1111 CCCC jL 负负载载电电容容： )(2 1 0 1 CC C ff L q q 振振荡荡频频率率： 变变化化变变化化变变化化 1 fCC Lj 缺点：缺点：f1只能在 fq f0之间变化，因此这种调频电路的峰值频偏 比较小。 2021-6-

23、3031 4. 间接调频电路：间接调频电路：关键是调相，介绍变容二极管调相电路。 并联谐振回路：是一个受调制信号控制的移相回路。 6/2 0 ，ffQ并并联联回回路路的的相相移移： tUuptmff cos2/ cos 0 ，: :瞬瞬时时频频偏偏 ptmQ/ cos: :瞬瞬时时相相偏偏 2021-6-3032 三级回路级联的移相器三级回路级联的移相器：线性相移限制了单个回路的最大相移， 不超过30，可以采用扩展线性相移。若三级单回路级联组成 的调相电路，每级相偏为30，三级可达90相移，因而增大 了频偏。各级间耦合电容为1pF，故互相影响很小。 2021-6-3033 综合举例综合举例(习

24、题习题7-6)：调频振荡器回路的电容为变容二极管， 其压控特性为Cj=Cj0/(1+2u)1/2，u为变容二极管反向电压的绝 对值。反向偏压EQ=4 V，振荡中心频率为10MHz，调制电压 为u(t)=cost 。(1) 求线性调制灵敏度和二次谐波失真系 数；(2) 当要求Kf22fm； (4) 线性度线性度：鉴频特性接近线性的程度，线性度好，失真小； (5) 抗噪声能力抗噪声能力(输入信噪比门限输入信噪比门限)与门限效应与门限效应：调频制的抗噪 声性能是以鉴频器输入的高信噪比为条件的，如果鉴频器输入 信噪比低于某个门限值，输出信噪比急剧下降，这种现象称为 门限效应门限效应。 2021-6-3

25、037 2、鉴频方法：、鉴频方法：分为两大类，包括直接鉴频直接鉴频和间接鉴频间接鉴频。 直接鉴频法：直接鉴频法：直接从调频信号频率中提取原来的调制信号。脉 冲计数式鉴频法就属于此类，目前用在高级收音机电路中。 2021-6-3038 振幅鉴频器实现方法振幅鉴频器实现方法: (a) 时域微分法时域微分法：用微分电路来实现频率-振幅变换器。其缺点 是有效鉴频范围比较窄。 t dfktUtu 0 fcFM )(cos)( t AMFM dfkttfkU t tu u 0 fcfc FM )(sin)( d )(d 频频-幅变换器幅变换器包络检波器包络检波器 )(tu FM )(tu AMFM 间接鉴

26、频法：间接鉴频法：对调频信号先进行适当的变换，然后间接地恢复 出原来的调制信号。间接鉴频包括振幅鉴频振幅鉴频和相位鉴频相位鉴频。这类 方法广泛使用，是本节的重点内容。 (1) 振幅鉴频法：振幅鉴频法：原理是先将FM信号通过频率-振幅变换器变 成AM-FM信号，然后用包络检波器解调出调制信号。 )( fc tfkUKu do 2021-6-3039 (b) 斜率鉴频法斜率鉴频法(或失谐回路法或失谐回路法)：利用处于失谐状态的谐振回 路的幅频特性的线性部分实现频率-振幅转换。因此这种方法 称为斜率鉴频。常用的有单失谐回路和双失谐回路。 2021-6-3040 (2) 相位鉴频器相位鉴频器: 原理是

27、将FM信号经过频率-相位变换，变为 FM-PM信号，然后用鉴相器恢复出调制信号。这种方法广泛使 用，也是鉴频电路重点讲授的内容。 21 uu，入为入为鉴相原理：设鉴相器输鉴相原理：设鉴相器输 )(sin)( 2 cos 2c22c22 ttUttUu )()( 12o ttfu鉴鉴相相器器输输出出： )(cos 1c11 ttUu 2021-6-3041 相位鉴频器实现方法：相位鉴频器实现方法：乘积型相位鉴频器和叠加型相位鉴频器。 (a) 乘积型相位鉴频器(正交鉴频器) 线性移相网络：由单调谐回路或双调谐回路来实现。 鉴相器：用乘法器和低通滤波器实现，两个输入信号相互正交。 )sincos(

28、fcss tmtUu tUf f f QarctgtmtUu cos,2 2 ),sincos( 0 fcss 0s 00s 0 sso /cos 1/,/ 2 arctansin 2 ftUKQU ffffUKQU f fQ UU K u s s 2021-6-3042 (b) 叠加型相位鉴频器 线性移相网络：同上。 鉴相器：用加法器和包络检波器实现。 tUfffQtmtUu cos,/2 2 ),sincos( 011fcss )sincos( fcss tmtUu )cos()( c ttUuuu ss ss0ss0ss 22 ,/2sin/2sin2)(UUffQUUffQUUUUtU

29、 ss 0ss0ss /2/2sin)(ffQUUKffQUUKtUKu dddo tUUKtUKutUf ddo cos)(cos s 2021-6-3043 平衡叠加型相位鉴频器平衡叠加型相位鉴频器：是叠加型相位鉴频器的改进形式。 移相网络：移相网络：采用耦合回路实现。耦合回路可以是互感耦合，也 可以是电容耦合。 鉴相器：鉴相器：称为平衡叠加鉴相器，如下图所示。 平衡叠加型相位鉴频器：平衡叠加型相位鉴频器：是在实际应用中常用的鉴频器。是在实际应用中常用的鉴频器。 我们重点讲这一部分鉴频电路。 0ss1 /2ffQUUKu do 0ss2 /2ffQUUKu do 0s21 /4ffQUKu

30、uu dooo 信信号号信信号号PMFMuuFMu rrs ,， 2021-6-3044 五、 鉴频电路 我们要讨论的鉴频电路都属于平衡叠加型相位鉴频器平衡叠加型相位鉴频器， 包括互感耦合互感耦合(电容耦合电容耦合)相位鉴频器相位鉴频器、比例鉴频器比例鉴频器。 1、互感耦合相位鉴频器、互感耦合相位鉴频器(Foster-Seeley鉴频器鉴频器) 隔隔直直电电容容:;/, 0212121 CLMkrrrCCCLLL 通路通路同时为低频信号提供同时为低频信号提供高频扼流圈,高频扼流圈,: 3 L U1是经C0直通的FM信号； U2是经耦合回路移相的FM-PM信号。 2021-6-3045 工作原理

31、：工作原理：分频率/相位、相位/幅度变换，包络检波三过程。 (1) 移相网络：频率移相网络：频率/相位变换相位变换 1f rZLjUI和和忽忽略略初初级级回回路路：， 111 / 1 1 12 U L M IMjE 次级回路感应电动势：次级回路感应电动势： 222 1 12 2 2 2 /1 11 CjLjr U L M C jI Cj U 次级回路电压：次级回路电压： kQAffQeUAU j jA U j ,/2, 1 0 2 112 其中 说明：说明：U2近似看作是等幅的调频调相波。 2021-6-3046 00 /2/2ffQffQarctg 频率-相位变换电路的相频特性： 2021-

32、6-3047 (2) 加法器：相位加法器：相位/幅度变换幅度变换 由简化电路可得两个检波 二极管上的高频电压： 2 , 2 2 12 2 11 U UU U UU DD 两个二极管上的高频电压两个二极管上的高频电压UD1和和UD2形成FM-PM-AM波。 下面通过矢量合成说明信号转换过程。 2021-6-3048 （3）差动包络检波）差动包络检波 设两个包络检波器的传输系数为Kd。 2211 , DdoDdo UKuUKu 2121DDdooo UUKuuu 鉴频特性与输出电压鉴频特性与输出电压 2021-6-3049 （4）定量分析）定量分析 定量分析鉴频特性可以得到如下结果： 2222 2

33、2 1 4)1 (2 )2(4)2(4 ),(),( A AA AARIKu ecdo 为为初初级级回回路路谐谐振振电电阻阻. .：近近似似反反映映鉴鉴频频特特性性, , e RA),( ；线线性性度度降降低低增增加加但但 大大, ,越越大大两两个个峰峰值值间间距距离离越越 AA A).1 ( ；奇奇对对称称关关于于),().2(A 最最大大. .原原点点斜斜率率( (鉴鉴频频跨跨导导) )86. 0).3(A 2021-6-3050 鉴频器的主要性能指标：鉴频器的主要性能指标：耦合相位鉴频器的鉴频特性与耦合 因子A(A=kQ)密切相关。为了得到较好的鉴频特性，耦合 回路通常工作在临界耦合和过

34、耦合状态临界耦合和过耦合状态，即A。 (a) 峰值鉴频带宽峰值鉴频带宽: Bm = k f0 22 0 1 4)1 ( 4 AAf QA IRKS cedD (b) 鉴频跨导鉴频跨导: 初级回路谐振电阻.初级回路谐振电阻.: e R 鉴频器的性能调整：鉴频器的性能调整：通常通过改变k和Q来调整鉴频性能。 。，、31ASB Dm 通常取通常取度度为了兼顾鉴频器的线性为了兼顾鉴频器的线性 2021-6-3051 2、电容耦合相位鉴频器、电容耦合相位鉴频器 耦合电容耦合电容CM：几十pF几十pF。 。CC C C CCCC C k M M MM M 其其中中耦耦合合系系数数, 2)4)( : 。分分

35、析析方方法法和和结结果果：一一样样与与互互感感耦耦合合相相位位鉴鉴频频器器 决决定定。由由特特点点：调调整整简简单单， M CC、耦耦合合系系数数 2021-6-3052 3、比例鉴频器：、比例鉴频器：是互感耦合相位鉴频器的改进电路，具有自限 幅能力(软限幅)，因此在调频广播接收机和电视接收机中的鉴频 电路主要采用比例鉴频器。 (1) 电路特点：电路特点：与互感耦合相位鉴频器相比。 (a). 两个二极管顺接； (b). 增加了一个电容C(10F的电解电容)：时间常数远大于低频 信号周期，因此可以近似认为C上的电压为恒定值Eo； (c). 接地点和输出点改变。 2021-6-3053 Lo cL

36、L cLL Riiu uRiRRi uRiRRi )( )( )( 12 2122 1211 (2) 工作原理工作原理 RRRR RR uu u L L cc o 21 12 2 RRUUKuuu LDDDcco )( 2 1 )( 2 1 1212 2021-6-3054 鉴频特性：鉴频特性：与电感耦合相位鉴频器的鉴频特性相比，比例鉴 频器的鉴频特性 (a) 极性相反； (b) 鉴频灵敏度减半。 鉴频器输出的另一种形式：鉴频器输出的另一种形式： 21 21 12 12 12 12 /1 /1 2 1 2 1 2 1 )( 2 1 cc cc o cc cc o o cc occo uu uu

37、 E uu uu E E uu Euuu 比例鉴频器的含义：比例鉴频器的含义：鉴频输出电压只与两个检波电容电压的 比值uc1/uc2有关。 比例鉴频器的条件：比例鉴频器的条件： (a) C足够大，保证Eo为恒定值； (b) RLR1，R2，保证得到上面的鉴频特性。 2021-6-3055 (3) 比例鉴频器的限幅原理比例鉴频器的限幅原理 自限幅的原因：自限幅的原因：由于大电解电容大电解电容C。利用大电容的储能作用， 保持Eo基本不变，来抑制输入信号的变化。 自限幅条件：自限幅条件： (a) 谐振回路的空载品质因数要高； (b) (R1+R2)C要大于寄生调幅干扰的几个周期。 两种特殊现象：两种

38、特殊现象： (a) 过抑制：过抑制：输入幅度增大，输出反而下降，引起解调失真； (b) 阻塞：阻塞：当输入信号瞬时幅度下降时，因Eo的作用使检波二极 管截止，导致接收机收不到信号。 解决办法：解决办法：在检波二极管后面串接一个电阻，使部分反偏电 压随输入信号变化。 2021-6-3056 3. 乘积型相位鉴频器乘积型相位鉴频器(正交鉴频器正交鉴频器)：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，二者同频正交，因此， 又叫正交鉴频器。 l 乘法器由差分对电路实现，便于集成； l 移相网络由LCR并联谐振回路实现。 )(

39、1 ,/, /21)( )( )j ( 1 00 0 1 2 1 2 CCL LRQ ffQj LCjQ jU jU H c 00 /2 2 /2arctan 2 ffQffQ tKUffUQffQUu tUf cos/2/2sin cos 00o 022 11 /2sinsin ,sincos ffQtmtUu tmtUu fc fc 2021-6-3057 4. 其它鉴频电路：其它鉴频电路：介绍两种实用的斜率型振幅鉴频器。 (1). 差分峰值斜率鉴频器：差分峰值斜率鉴频器：集成电路中常用的振幅鉴频器。 V1、V2为射极跟随器；V3、V4为包络检波器；V5、V6组成差 分对放大器；L1C1C

40、2为频率/幅度变换网络。 212413 ,UUKuUKuUKu dodcdc 2021-6-3058 (2). 晶体斜率鉴频器：晶体斜率鉴频器：电容C与晶 体串联形成频率-幅度变换网络； 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，VD1与VD2性能相同， R1=R2，C1=C2。 l 优点是结构简单，调整容易， 鉴频灵敏度高，在窄带调频接收 机中得到日益广泛的应用； l 缺点是线性鉴频范围窄：原因 是线性鉴频范围限制在晶体的fq 和f0之间。 qcdoqdoCdo UUKuUKuUKu, 21 2021-6-3059 综合举例综合举例：已知某鉴频器原

41、理框图和移相网络特性如图所示。 V103sin10cos 3 11 tUu c 输输入入信信号号为为 如果包络检波器为二极管包络检波器，忽略二极管压降。 (1). 求输出电压表达式； (2). 说明鉴频特性以及包络检波器中RC电路的选择原则。 2021-6-3060 3 11 103sin10cos).1 (tUu c 解： )103cos( 6 5 2 )103cos(10310 362 )( 2 103sin10cos01. 0 3 343 1 1 3 12 t ttS tUu D c 移移相相器器书书输输出出 )103cos( 6 5 103sin10sin01. 0 33 12 ttU

42、u c 包包络络检检波波器器输输入入)(103sin10cos)( 3 3 3213 tttUuuu c )103cos( 6 5 sin01. 01)( 3 13 tUtU )103cos( 6 5 sin01. 01 3 1 tUKu do 2021-6-3061 uUKtUKu ddo sin01. 01)103cos( 6 5 sin01. 01 (2). 1 3 1 重重写写输输出出电电压压： 01. 0103 3 3 a mAMu，信信号号：看看做做将将 2 2 4 103 . 3 1 , 1 103 . 3 1 a a c m m RCRCRC ， 4 103 . 3 1 RC

43、c 由上式可以看出，该鉴频电路的鉴频特性为正弦型，而 且包含有直流分量，采用平衡电路可以消除直流分量。 2021-6-3062 六、调频收发信机及特殊电路 1、调频收发信机、调频收发信机 由于调频信号的带宽较宽，因此调频收发信机必须工作 在VHF频段以上。下图是fc=88108MHz调频发射机示意图。 2021-6-3063 fc=88108MHz调频接收机方框图调频接收机方框图： 2021-6-3064 (1) 限幅电路限幅电路: 一般鉴频器没有自限幅(软限幅)的能力，需要在 中放级采用硬限幅电路。 硬限幅器特点硬限幅器特点：要求输入信号电压较大，大约1-3V，即中放 增益要大，在调频收音机和电视机中通