相位鉴频器

U2
U1
1
jC1R
jQp
2( 0 0
)
jC1R 1 j
2( 0
0
)
Q
p
A( ) C1R , 1
A( )
2
arctan
(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
A( )
2
2
2QP
VT
Qe
c
(t)
得到的鉴频特性曲线如图5.6.33所示。
式中V2m
H ()
10 V1m
，H ()
为
C1, RLC 频相转移网络的幅
频特性。而对FM波，
(t) k f (t)，实现了线 性解调。
图5.6.33 鉴频特性曲线
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
o1 AM2k2 (ct)
AM V2 m
sin[ct
][ 4
sin ct
4
3
sin 3ct
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
]
通过低通滤波器滤除高频分量得到的输出为
o
2 AMV2m
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
2
)k2 (ct)
图5.6.23示出了两个
开关信号相乘后的波形。
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
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
vS 频相转换 乘积 vo
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。vS (t) 为调频电压，经 T1,T 2 设随器分为两路，一路 v1(t) 加到T7 上，v1(t) 值较大， 保证 T7,T8 差分管工作在开关状态；另一路，经
式中 I0 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：
o
I0 RcV2m
2VT
sin
(t )
Ad
sin
(t )
式中 (t) 2Qe(t) c
Ad
I0 RcV2m
2VT
当 (t) 时，sin (t) (t)，输出为
12
0
Ad (t)
I0 RcV2m
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，
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 5.6.32所示。
图5.6.32 乘积型相位鉴频器的实用电路
设
72 3
8
6
MC159 6
1
9
4 10 5
1 k1 k
12 k
0.0 1
510 k
3.3 k 120 k 110 k
0.0 47
＋ 12 120 k
F0 07 12 k
－ 12
3k 0.0 47
15 k
u 1
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。
为
i
I0 2
2
2VT
th( 1
2VT
)
I0 4VT
V2m sin[t (t)]k2 (t)
I0 4VT
V2m
sin[t
(t)][ 4
cos t
4
3
cos 3t
]
得到的输出电压为
3
I0 4VT
RcV2m
sin[t
(t)][ 4
cos t
4
3
cos 3t
]
I0RcV2m {sin[(t)] sin[2t (t)] } 2VT
鉴相特性。
图5.6.22 正弦鉴相特性
当 时，sin ，此时可得
6
o (t)
AMV1mV2m 2
sin
AM
V1mV2m 2
Ad
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 r。ad
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。
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
A（u ( j7)-9UU）12
1 1 jC j 1
R
L
1
jC1
1
1 R
jC
j
1
L
jC1
1 R
j
C1
C
1
L
令 0
1 L(C C1)
Qe
代入式（7-9），则得
R
0 L
Au (
2
相乘器的输出电压为
o1 AM12 AMV1mV2m sin[ct ]cosct
AM
V1mV2m 2
{sin
sin[2ct
]}
经过低通滤波器，滤除o1中的高频成分，得到的输出
电压为：
o
AMV1mV2m 2
sin
Ad
sin
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
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 v2(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
低通电路得到鉴频电压 vo (t) 。
1.频相转换网络
图5-3-26
。
V2
。R
I1 1
j 2
。
3) 实际应用电路
(6―53)
us(t)
变换网络
(频率—相位)
相位检波器
相乘器
低通滤波器 uo(t)
图6.30 乘积型相位鉴频器实现模型
160 k
1k
ui V
4.7 k
0.0 47
C1
0.0 47
25
C2 L
R
10
0.0 47
1k
12 V 56 k
1k
－ 12 V
0.0 47
51
10 0
3.3 k
如图5.6.21所示。
设鉴相器的两个
输入信号分别为：
图5.6.21 乘积型鉴相器
1 V1m cosct
2
V2m
cos[ct
2
]
V2m
sin[ct
]
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
的幅度均较小，为小信号时，
R
L
(C
C1)R
j)
jC1R
1
jQe
2 02
1
在（失7谐-A1不u0(）太j大)的情1况下jQ ，j e式20（C (17 R-100）0可) 简化为
7．2．3 相位鉴频器
由此可以得到变换网络的幅频特性和相频特性
分别为 Au ( j )
12）
0C1R
1
2Qe
0 0
2
（7-
( )
t
0
(t)dt
2
1(t)]
5 经T2 射随器后得到：
2 V2m cos[ct k f
t
0
(t)dt
2
1(t)]
t
V2m sin[ct k f 0 (t)dt 1(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
2
arctan 2Qe
0 0
（7-
13）
7．2．3 相位鉴频器 根据式（7-12）和式（7-13）作出网络的幅频特性 和相频特性曲线，如图7-19（b）所示。
图7-19 单谐振回路频相变换网络 （a）电路 （b）频率特性曲线
由图可见，当 0
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
1
0 cdt
V1
j C1R 1 j
Q（e 0
0 ）
2Qe
0 0
0
1 L（C1 C）
Qe
R 0L
R L
（C
C1）R
。
在 附近， 0
A(
j
)
V2
。
V1
j C1R 1
j 0 C1 R 1 j
A（） 0C1R 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() 为恒值，A () 在 上、下变化 。
2
3．鉴频输出电压 设相频转换网络调谐在 C 上，即0 C ，T1,T2 的增益为1，则，V1m Vsm ，
V2m
1 10
A( )Vsm
vo (t)
I oc RC
20VT
Vsm A(0 )A Aa (t)
28）
式中，A
2
2Qe
0 0
2Qe
(t ) C
29）Ad
I 0 RC RC1Qe
AM [
2 dt
0
dt
2
dt] 2AM
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
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
6
此时，当鉴相器的输入为调相信号，即
2
V2m
cos[ct
]
2
V2m
cos[ct
k
p
(t
)
2
]
时，得到的鉴相器的解调输出电压
o (t)
AMV1mV2m 2
kp (t) (t)
实现了对调相波的线性解调。
当两个输入信号
的幅度较小，为小信号，
2
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
10VT
30）
（5-3（5-3（5-3-
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
•
由图可写出输出电压表达式
1
U2
(1 /
(1/ R
jC1) (1/
jC2 1/ L) R jC2 1/
j L)1
U1
整理上式，并令
0
1 L(C1 C2 )
FM V1m cos[ct k f
t
0 (t)dt]
经T1 后，
t
1 FM V1m cos[ct k f 0 (t)dt]
4
501
450 50
1 10
1
0.1V1m
cos[ct
kf
t
0 (t)dt]
4 经C1, RLC 频相转移网络，输出5为调频调相信号。
即
5 V5m cos[ct k f
0 0
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( )
2
2QP
0
(6―52)
C1
＋
. U1
L C2 R
－
(a)
A() ()
＋
. U2
()
2
A()
－
(b)
图6.29 频率一相位变换网络
A( )
2Q
0
2) 乘积型相位鉴频器