相位鉴频器

图7-19 单谐振回路频相变换网络 （a）电路 （b）频率特性曲线
由图可写出电路的电压传输系数为
1 1 1 j C j U jC1 L R Au ( j ) 2 1 1 1 1 U 1 1 jC j j C1 C （7-9） jC1 1 L R L R
当 (t )


12
sin (t ) (t )，输出为 时，
I 0 RcV2 m Qe 0 Ad (t ) (t ) VT c
得到的鉴频特性曲线如图5.6.33所示。 式中V2 m H ( ) V1m ， H ( ) 为
10
C1 , RLC 频相转移网络的幅
式中 Ad为鉴相特性直线段的斜率，称之为鉴相灵敏度， 单位为 V
rad
。
此式说明：乘积型鉴相器在输入信号均为小信号 的情况下，只有当 时，才能够实现线性鉴相。
6
此时，当鉴相器的输入为调相信号，即
2 V2 m cos[c t ]
2 V2 m cos[c t k p (t ) ] 2
V2 V1
。 。
在 0
附近，
A( j )

j 0 C1 R j C1 R 1 1 j
A（）
0 C1 R
1
2
（ A ）

2
arctan
—广义失真 注：仅在 0 附近很小的范围内，才能近似认为 A( ) ( ) 在 上、下变化 。 为恒值， 2 3．鉴频输出电压 T ,T 设相频转换网络调谐在 上，即 ， 的增益为1，则，V V ，
这种鉴相器是比较两个开关波形的相位差而获得所 需的鉴相电压，因而又将它称为符合门鉴相器。
三．相位鉴频电路 根据鉴相器的不同，相位鉴频器分为乘积型和 叠加型两种。 1、乘积型相位鉴频器
乘积型相位鉴频器又称为集成差分峰值鉴频器，或 正交移相型鉴频器。
例如电视接收机伴音的集成电路是采用双差分对相
乘器实现鉴频的，乘积型相位鉴频器的实现电路如图
式中 I 0 是恒流源电路T9为差分对T7T8提供的电流。 经过低通滤波器后，设LF增益为1，则输出为：
I 0 RcV2 m o sin (t ) Ad sin (t ) 2VT
式中 (t )
2Qe (t )
c
I 0 RcV2 m Ad 2 VT
出转单端输出电路，R11、C3组成低通滤波器。
三.乘积型相位鉴频器 图5-3-25 v 频相转换 乘积 vo
S
图5-3-25 乘积型 相位鉴频电路
工作原理：采用双差分对平衡调制器实现鉴相 的乘积型鉴频器电路。v (t ) 为调频电压，经 T1 ,T 2 v (t ) 值较大， 设随器分为两路，一路 v (t ) 加到 T7 上， 保证 T , T 差分管工作在开关状态；另一路，经 450 ，50 分压并经 C1 和LCR压并经和并 联 谐振回路组成的频相转换网络及 T2 后加到 T3 , T6 （单端方式）输出，即 v (t ) 为其值较小，可 认为差分管工作于小信号状态，输出电压经低

2QP
0 0
A ( )

2

2QP
0

(6―52)
C1 ＋ . U1 － (a ) L C2 R ＋ . U2 －
A() ()
()
2
A()

(b )

图6.29 频率一相位变换网络
A ( )
2) 乘积型相位鉴频器
2Q
0

(6―53)
（5-3-
Ad
（5-3-
30）
三．叠加型相位鉴频器 图5-3-28—耦合回路
图5-3-25 乘积型相位鉴频器
•
•
1) 频率—相位变换网络
1 (1/ R j C2 1/ L) U2 U1 1 (1/ j C1 ) (1/ R j C2 1/ j L)
(6―51)
由上式可画出网络的幅频特性曲线和相频特性曲线， 如图6.29(b)所示。只有在arctanξ<±π/2时，φA(ω)可近似 为直线，此时有
2 2 假定输入调频波的中心频率 ωc=ω0 ，将输入调频波 的瞬时角频率ω=ωc-ΔωmcosΩt=ωc+Δω代入上式，得
A ( )


V2m sin[ct k f (t )dt 1 (t )]
0
t
1 、 2 分别送入由T3T4、 T5T6 及 T7T8T9 组成的双差分
对电路中，在满足线性输入条件下，其单端输出电流 为
i
I0 2 I th( 1 ) 0 V2 m sin[t (t )]k2 (t ) 2 2VT 2VT 4VT
S
1 1
7 8
2
低通电路得到鉴频电压 v 1.频相转换网络
。 j C R R 1 V 2 I1 V1 2 1 j 1 j 。 。
o
(t )
。 图5-3-26
0 0 Q （ ） 2Qe e 0 0
0
1 L（C1 C）
R R Qe （C C1）R 0 L L
56 k
－1 2 V
ui
5 10 k ＋1 2 F00 7 12 k 15 k u
1 20 k 1 10 k 0 .0 47
1 20 k 3k 0 .0 47
MC 15 96 4 10 5
1
－1 2
图6.31 用MC1596构成乘积型相位鉴频器
7．2．3 相位鉴频器
1．乘积型相位鉴频器
（1）单谐振回路频相变换网络 在乘积型相位鉴频器中，广泛采用 单谐振回路作为频率一相位 变换网络，其电路如图7-19（a）所示。
时，相乘后的波形为上、下 等宽的双向脉冲，且频率加 倍，如图（a）所示，因而相 应的平均分量为零。
当 0 时（设 0）， 相乘后的波形为上、下不等
宽的双向脉冲，如图(b）
所示，因而在 2 的范围内，经过低通滤波 器，取出的平均分量 （即解调输出）为
o (t ) AM
输出电压o与两个输入信号的相位差 的正弦值
成正比，作出的关系曲线即为鉴相器的鉴相特性曲线。 如图5.6.22所示。这是一条正弦曲线，称之为正 弦鉴相特性。
图5.6.22 正弦鉴相特性
当 时，sin ，此时可得
6
AM V1mV2 m V1mV2 m o (t ) sin AM Ad 2 2
频特性。而对FM波，
(t ) k f (t )，实现了线
图5.6.33 鉴频特性曲线
性解调。
图 5.6.34 单片集成模拟相乘器 BG314构成的相位鉴频电路
图5.6.34所示为单片集成模拟相乘器 BG314构成的相
位鉴频电路。电路中晶体管T是射随器作为隔离级，C1、 RLC构成线性移相网络作为负载。运算放大器A做为双端输
通过低通滤波器滤除高频分量得到的输出为
4
o
2 AM V2 m

sin Ad sin
鉴相特性仍为正弦特性。
当两个输入信号1与2均为大信号时，
o1 AM k2 (ct )k2 (ct )
2
图5.6.23示出了两个
开关信号相乘后的波形。

由图可见，当 0
A
C
0 C
1
2
1m
sm
V2 m
1 A( )Vsm 10
vo (t )
I oc RC 20VT
Vsm A( 0 )A Aa (t )
（5-3-
28） 式中， 29）
A
0 (t ) 2Qe 2Qe 2 0 C
I 0 RC RC1Qe 10VT
AM

1

0
c d t


[ dt
2 0

2
d t


d t ]
2 AM


o (t )
2 AM
相应的鉴相特性曲线如图5.6.24所示，在 2
范围内为一条通过原点的直线，并向两侧周期性重复。


图5.6.24 三角形鉴相特性
3) 实际应用电路
相位检波器 us (t) 变换网络 (频率—相位) 相乘器 低通滤波器 u o (t)
图6.30 乘积型相位鉴频器实现模型
12 V 1 60 k V 51 C1 4 .7 k 25 0 .0 47 C2 0 .0 47 8 L 1 0 R 1 1 k1 k 7 2 1 00 3 1k 0 .0 47 1k 1k 0 .0 47 3 .3 k 6 9 12 k 0 .0 1 3 .3 k
I0 4 4 V2 m sin[t (t )][ cos t cos 3t ] 4VT 3
得到的输出电压为
I0 4 4 3 RcV2 m sin[t (t )][ cos t cos3t ] 4VT 3
I 0 RcV2 m {sin[ (t )] sin[2t (t )] } 2VT
5.6.32所示。
图5.6.32 乘积型相位鉴频器的实用电路
设 FM V1m cos[ct k f (t )dt ]
0
t
经T1 后，
1 FM V1m cos[ct k f (t )dt ]
0
t 501 1 4 1 0.1V1m cos[ct k f (t )dt ] 0 450 50 10
整理上式，并令
由图可写出输出电压表达式
0
U2

1 L(C1 C2 )
j C1R j C1R 2( 0 ) 1 j U 1 1 jQ p
0

2( 0 )
0
Qp
C1R A( ) , A ( ) arctan 2 1
5.6.3
相位鉴频器
由图（5.6.3）知，构成相位鉴频器的框图中包
含两部分，一是鉴相器，二是能够实现频——相变 换的线性网络。 一．鉴相器 鉴相器即相位检波器，其功能是检测出两个信号之
间的相位差，并将该相位差转换为相应的电压。鉴相
器有乘积型和叠加型两种电路形式。
1、乘积型鉴相器 乘积型鉴相器由模拟相乘器和低通滤波器构成，
t
4 经 C1, RLC 频相转移网络，输出5为调频调相信号。
即 5 V5 m cos[c t k f (t )dt 1 (t )] 0 2
t
5 经T2 射随器后得到：
2 V2 m cos[ct k f (t )dt
0
t

2
1 (t )]
o1 AM 1 2 AMV 1mV2 m sin[ct ]cos ct
V1mV2 m AM {sin sin[2c t ]} 2 经过低通滤波器，滤除o1中的高频成分，得到的输出
电压为：
Байду номын сангаас
AM V1mV2 m o sin Ad sin 2
如图5.6.21所示。
设鉴相器的两个 输入信号分别为：
1 V1m cos ct
2 V2 m cos[c t
图5.6.21 乘积型鉴相器

2
] V2 m sin[c t ]
2与1二者之间除了有相位差 外，还有 2
的固定相移。
根据乘法器两个输入信号2 和 1 幅度大小的 不同，鉴相器的工作特点各不相同。 当两个输入信号 1与2的幅度均较小，为小信号时， 相乘器的输出电压为
时，得到的鉴相器的解调输出电压


AM V1mV2 m o (t ) k p (t ) (t ) 2
实现了对调相波的线性解调。
当两个输入信号2的幅度较小，为小信号，
1为大信号时， 1控制相乘器使之工作在开关状态，输出
电压为
o1 AM2 k2 (ct )
4 AM V2 m sin[ct ][ sin ct sin 3ct ] 3