高频电子——鉴频电路

P.157 图6.3.7
L1C1和C2网络的变换 得到调幅－ 网络的变换， 1、输入调频信号 us (t) 经L1C1和C2网络的变换，得到调幅－调频信号
u1 (t) 和 u2 (t)
2、V3、V4分别构成两个峰值检波器，C3、C4为滤波电容，V5、V6 V3、V4分别构成两个峰值检波器，C3、C4为滤波电容，V5、 分别构成两个峰值检波器 为滤波电容 为差分放大，V6单端输出得 为差分放大，V6单端输出得 u O (t )
上下两包络检波器的输入电压为
u S1 (t ) = u1 (t ) + u2 (t ) = U1m cos(ωC t ) ＋ U 2 m cos(ω C t −
－ － － －
π
u S 2 (t ) = u1 (t ) − u 2 (t ) = U 1m cos(ω C t )
注意： 注意：ϕ随 ωC 而变。 而变。
ϕ (ω ) = π
2 − arctan(2Qe
ω − ω 0 （6.3.10） 6.3.10） ) ω0
可得相频特性如P.161 6.3.13（ 可得相频特性如P.161 图6.3.13（b）
总之， 总之，频相变换电路
设
ux (t) = Uxm cos(ωCt)
π
2 2Qe ∆ω(t)
得 ϕ(ω) ≈
U 2 m cos(ω C t −
π
2
+ ϕ)
2
+ ϕ)
分析表明： 分析表明：
f C 时（ϕ＝0），u 2 (t ) 滞后于 u1 (t ) π ⑴、 f ＝
U
⇒
S 1m
= U
S 2m
2 经包络检波后
− u 2 (t ) 超前于
π
2
u o1 ＝ u o 2
π
u O = u o1 − u o 2
=0
c
max
3、非线性失真： 非线性失真： S曲线只能是近似线性
二、鉴频的实现方法
1、斜率鉴频（振幅鉴频） 、斜率鉴频（振幅鉴频） 先进行频—幅变换（ 先进行频—幅变换（调频波的瞬时频率变化变为调频波的包络 变化）即变为AM AF波 AM－ 变化）即变为AM－AF波 电路模型： 电路模型： P.153 图6.3.2
= 1 1 AM U xmU ym sin ϕ + AM U xmU ym sin( 2ω C t + ϕ ) 2 2
ux (t) = Uxm cos(ωCt)
式中
1 AM U xmU ym sin ϕ 2
为相位ϕ 为相位ϕ的函数 为高频分量 可用低通滤波器滤去 参（6.3.2） 6.3.2）
1 AM U xmU ym sin( 2ω C t + ϕ ) 2
6.3.16（ 参P.164 图6.3.16（a）
⑵、 f ＞ f C 时（ϕ＞0），u 2 (t ) 滞后于 u1 (t )小于 2
− u 2 (t ) 超前大于
π
2
U
⇒
S 1m
＞U
S 2m
经包络检波后
u O = u o1 − u o 2 ＞0
u o1 ＞ u o 2 愈大， ϕ愈大， u O 愈大
特点：波形失真较大，质量不高，很少使用。 特点：波形失真较大，质量不高，很少使用。
二、双失谐回路斜率鉴频器
采用两个单失谐回路斜率鉴频器构成平衡电路，包络检波也对称。 采用两个单失谐回路斜率鉴频器构成平衡电路，包络检波也对称。
具体电路结构 P.156 图6.3.6
两个回路的谐振频率对称地 调谐在调频信号中心频率fC 的两侧。
最关鍵的部分是相乘器。 最关鍵的部分是相乘器。
各部分的分析： 各部分的分析： 1、鉴相器 设 则
参看P.158∼ 参看P.158∼161 P.158
主要是对相乘器的分析
uy (t) = U ym sin[ ωCt + ϕ]
′ u O (t ) = AM u x (t ) • u y (t ) = AM U xmU ym cos(ω C t ) sin(ω C t + ϕ )
相位鉴频＝频相变换＋ 相位鉴频＝频相变换＋鉴相
各部分的作用： 各部分的作用：
⇒
①、频－相变换网络：将调频信号的频率变化转换为相位变化 相变换网络： 例如： 例如：设
u y (t ) = U ym sin[ω C t + ϕ (ω )]
u S (t ) = u x (t ) = U xm cos(ω C t )
有关分析见P.156∼ 有关分析见P.156∼157 P.156
结论： 结论：
当调频信号频率 f C 时， 为u 大小相等，极性相反， O1 与 u O 2 大小相等，极性相反，
u O ＝0；
当调频信号频率＜ 当调频信号频率＜ f C 时， u O ＞0； u O1 大， ； 当调频信号频率＞ 当调频信号频率＞
f
回路失谐小，输出电压幅度大； ＜ f C ，回路失谐小，输出电压幅度大； ，回路失谐大，输出电压幅度小。 回路失谐大，输出电压幅度小。
f ＞ fC
回路输出的AM-FM波 再经包络检波，得解调输出信号。 回路输出的AM-FM波，再经包络检波，得解调输出信号。 AM
具体电路： 具体电路： P.15 图6.3.5 （c）
fC
时，
u O1
特点： 特点：
小，
u O ＜0
可以获较理想的S曲线 可以获较理想的 曲线 采用了对称电路） （∵采用了对称电路） 非线性失真小， 非线性失真小， 线性范围大， 线性范围大， 灵敏度高，但调整复杂。 灵敏度高，但调整复杂。 （使用扫频仪进行测试） 使用扫频仪进行测试）
三、集成电路中的斜率鉴频器
−
π
2
−
2Qe
ω0
(ω −ω0（6.3.11） ) 6.3.11）
则 uv (t) = Uym cos[ωCt +
ω0
ϕ(ω) ≈
π
2
−
2Qe
ω0
6.3.12） ∆ω(t) （6.3.12）
3、乘积型相位鉴频器电路举例
P.161 图6.3.14
为调频信号， 说明： 说明：⑴、 u s (t ) 为调频信号，相当于上述
3、经分析
参P.157及图6.3.8 P.157及图6.3.8 及图
u O (t ) 与 u1 (t ) 和 u 2 (t ) 振幅的差值成正比
如图： 如图：
f = f C 时， U 1m = U 2 m f ＞ f C 时， U 1 m ＞ U 2 m f ＜ f C 时， U 1 m＜ U 2 m

2、叠加型相位鉴频器电路举例
P.163 图6.3.18
说明： 说明：
双调谐回路， ⑴、L1C1、L2C2双调谐回路， 、 双调谐回路 实现频—相变换 相变换； 实现频 相变换； ⑵、相加器、幅度检波器， 相加器、幅度检波器， 完成相—幅转变 幅转变。 完成相 幅转变。
6.3.4 脉冲计数式鉴频器
一、电路模型
②、鉴相器：（由相乘器与低通滤波器组成） 鉴相器：（由相乘器与低通滤波器组成） ：（由相乘器与低通滤波器组成 相乘器——将频相电路输出的相位变化转换为电压变化； 相乘器——将频相电路输出的相位变化转换为电压变化； ——将频相电路输出的相位变化转换为电压变化 低通滤波器——滤除高频分量， 低通滤波器——滤除高频分量，得解调信号 ——滤除高频分量
2、相位鉴频 先进行频—相变化，即变为调相—调频波PM－FM波 然后进行相位检波。 先进行频—相变化，即变为调相—调频波PM－FM波，然后进行相位检波。 PM
电路模型：P.154 图6.3.3 电路模型：
3、脉冲计数式鉴频
电路模型： 电路模型：
P.154
图6.3.4
4、锁相鉴频
利用锁相环路进行鉴频
6.3.2 斜率鉴频器
u1 (t ) = U 1m cos(ω C t )
u 2 (t ) = U 2 m cos(ω C t −
π
2
+ ϕ)
通常采用谐振频率相同的双调谐回路， 通常采用谐振频率相同的双调谐回路， 分析表明：当初级回路电压和次级回路电压幅值不变时， 分析表明：当初级回路电压和次级回路电压幅值不变时， 则相位差随着输入信号频率的变化而变化。 则相位差随着输入信号频率的变化而变化。
6.3 鉴频电路 6.3.1 鉴频特性及鉴频的实现方法
一、鉴频特性：反映输出电压 uO (t) 与调频波瞬时频率 f 鉴频特性： 之间的关系曲线， 之间的关系曲线， 呈“S”形，也称S曲线。 S”形 也称S曲线。 P.153 图6.3.1 主要性能指标： 主要性能指标： ∆u o SD = 6.3.1） 灵敏度： f = f （6.3.1） 1、灵敏度： ∆f ∆f 线性范围（带宽）： ）：2 2、线性范围（带宽）：2
u x (t )
⑵、C1、C、R、L单调谐频－相变换电路，⑨脚得调频调相 C1、 单调谐频－相变换电路， 信号（FM－PM）， ），相当于上述 信号（FM－PM），相当于上述 u v (t ) ⑶、相乘器采用单端输出（V1的C极） 相乘器采用单端输出（V1的 ⑷、C2、R2、C3组成低通滤波器（外接） C2、R2、C3组成低通滤波器（外接） 组成低通滤波器
复习： 复习：
调频波（调制信号的变化规律反映在高频振荡的瞬时频率变化） 调频波（调制信号的变化规律反映在高频振荡的瞬时频率变化） ⇒鉴频（将调频信号的瞬时频率变化转换成电压的变化） 鉴频（将调频信号的瞬时频率变化转换成电压的变化） 鉴频 ⇒即完成调频波的解调。 即完成调频波的解调。 即完成调频波的解调
分析表明：几种情况的鉴相特性（ 分析表明：几种情况的鉴相特性（
uO (t) 与ϕ的关系） 的关系）
⑴、⑵为正弦鉴相特性
P.160 图6.3.10
⑶为三角形鉴相特性
P.161 图6.3.12
2、单调谐回路频相变换网络
分析表明 基本电路： 6.3.13（ 基本电路： P.161 图6.3.13（a） U 与 U 的相位差ϕ & & 的相位差ϕ 2 1
一、单失谐鉴频器 6.3.5（ P.155 图6.3.5（a） (b)
使调频信号的频率中心
fC 置于LC并联谐振曲线倾斜区BC段的中点 置于LC并联谐振曲线倾斜区BC LC并联谐振曲线倾斜区BC段的中点
是失谐的。 f 0 是失谐的。 例如： 例如：
这一点对于谐振频率
谐振回路输出的电压振幅将随调频波的瞬时频率而变
可得
1 uO (t) = AMUxmU ym sin ϕ 2
结论： 结论：
与两个输入信号的相位差的正弦函数值成正比。 uO (t) 与两个输入信号的相位差的正弦函数值成正比。
※具体分析时考虑 有三种组合情况： ux (t) 和 uy (t) 有三种组合情况： ⑴、两个输入信号均为小信号 输入信号中有一个为大信号， ⑵、输入信号中有一个为大信号，另一个为小信号 ⑶、两个输入信号均为大信号
⇒
u O =0 uO
＞0 ＜ 0
⇒ ⇒
uO
注意： 注意：1、调节L1C1和C2可改变S曲线的形状； 调节L1C1和C2可改变S曲线的形状； L1C1 可改变 2、调节中心频率可改变线性范围、上下曲线的对称性。 调节中心频率可改变线性范围、上下曲线的对称性。
6.3.3 相位鉴频器 一、乘积型鉴相器
电路模型： 电路模型： P.159 图6.3.9(a)
二、叠加型相位鉴频器（幅度检波型鉴频器） 叠加型相位鉴频器（幅度检波型鉴频器）
1、工作原理 电路模型： 电路模型： 6.3.9（ P.158 图6.3.9（b）
各部分的作用： 各部分的作用： ①、频－相变换网络：将调频信号 u s (t ) 即【u1 (t )】转换为调频－调相波 相变换网络： 转换为调频－ （FM－PM）， 一般得两组 u 2 (t ) (t FM－PM），
6.3.16（ 参P.164 图6.3.16（b）
⑶、 f ＜ f C 时（ϕ＜0）， 与上述 f ＞ f C 情况相反
u o1 ＜ u o 2
⇒
u O = u o1 − u o 2 ＜0
6.3.16（ 参P.164 图6.3.16（c）
uO与ϕ的关系曲线，即为鉴相特性曲线 的关系曲线，
P.162 图6.3.17
6.3.19（ P.164 图6.3.19（a）
先将等幅的调频信号送入非线性网络（脉冲形成、 先将等幅的调频信号送入非线性网络（脉冲形成、脉冲展宽电 将它变为调频等宽脉冲序列， 路）将它变为调频等宽脉冲序列，该等宽脉冲序列含有随瞬时频率变化 的平均分量，通过低通滤波器取出包含在平均分量中的调制信号。 的平均分量，通过低通滤波器取出包含在平均分量中的调制信号。 二、工作波形分析 工作波形分析
②、鉴相器： u1 (t ) 、两组 u 2 (t ) 鉴相器： 相叠加后送到包络检波器完成相位－幅度的转变。 相叠加后送到包络检波器完成相位－幅度的转变。 鉴相器的输出接成差动方式。 鉴相器的输出接成差动方式。 根据结构特点， 根据结构特点，叠加型相位鉴频器又称为叠加型平衡鉴相器 P.162 图6.3.15