§7-7 §7-7 鉴频器与鉴相器鉴频器与鉴相器 §7-7 §7-7 鉴频器与鉴相器鉴频器与鉴相器

学习要点：•了解鉴频特性曲线的含义•鉴频电路的工作原理•鉴相器的应用：琐相环

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7-7- ７７ -1 -1 概述概述

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7-7- ７７ -2 -2 鉴频电路鉴频电路

7-7- ７７ -- ３ 鉴相电路３ 鉴相电路

7-７ -1 概述

—— 鉴频器主要用于调频接收机和自动频率控制电路； 　　　鉴相器主要用于相位比较电路如相位鉴频器等

鉴频特性曲线——　　调频波（等幅波）所传送的调制信号信息包含在高频振　　　荡的频率变化之中，所以鉴频器输出的信号必须与输入调频波的瞬时频率保持一致，即成线性关系。描述这种变换关系的特性曲线称为“鉴频特性曲线”，它是鉴频器的输出电压 uo 与输入调频信号的频偏 Δf （或瞬时频率 f ）之间的关系曲线，也称为‘ S’

曲线。鉴频特性曲线如下图所示。

1 ） Δf ＝ f － fC ＝ 0 时，调频信号的瞬时频率 f= 调频信号的中心频率　　　　　　　　　（载频） fC ，对应的鉴频输出电压 uo ＝ 0 ；2 ）当调频信号的载频 fC 受调制信号控制时，频偏 Δf 按的变化规律　　　在 Δf ＝ 0 的两边正、负范围内变动，鉴频器就检出了调频　　　信号中所包含的频率变化信息，从而还原了原始调制信号

Δ f0

uo

Δ fmax

鉴频器的主要性能指标均可从鉴频特性曲线上得出。

1. 鉴频灵敏度——指在调频信号的中心频率 fC 附近单位频偏所产　　　　　　　　生的输出电压的大小，又称为鉴频跨导，　　　　　　　　其定义为

2 ．最大鉴频带宽——指鉴频器近似线性地解调调频信号时所允许　　　　　　　　　的最大频偏范围。在上面鉴频特性曲线中，　　　　　　　　　是指 uo 轴左、右两个峰值之间所对应的频偏　　　　　　　　　范围，即。此范围应大于输入调频信号最大　　　　　　　　　频偏的摆动范围 2Δfm ，即

　　

Dg = 0o

ffd

du

要求鉴频器单位频偏所产生的输出电压要大。

maxB max2 f mf2

分类—— 1 ）斜率鉴频器（振幅鉴频器）；　　　　 2 ）比例鉴频器；　　　　 3 ）正交鉴频器。

7-７ -2 鉴频电路

1 ．斜率鉴频器（振幅鉴频器）　　——利用幅频特性曲线的线性段进行频率 - 幅度变换，将调　　　　频波变换为调频 - 调幅波，再用包络检波器将调制信号　　　　恢复出来。

　　如果把并谐回路的谐振频率 f0 选得高于或低于调频信号的载频时，调频信号工作在并联谐振回路的失谐区．

　　如图 7.7.2 谐振曲线 AB 或 CD 段，看成以载频 fC 为中心的线性区，当调频信号通过该电路时，对不同的频率，失谐回路阻抗不同，回路电压振幅就会随调频信号的瞬时频率 f 而变化。

常用的斜率鉴频器有两种—— 1 ）单回路斜率鉴频器；　　　　　　　　　　　　　 2 ）双回路斜率鉴频器。

　　　　　　谐振特性曲线f

u

A

B

C

D

f0fC

1 ）单回路斜率鉴频器

　　 VD 、 R 、 C2 ：组成大信号包络检波器（功能是将调频 -

调幅　　　　　　　　波 u2 变成调制信号输出）。讨论：（ 1 ）当 f ＞ fC 时，回路失谐↓→输出电压振幅↑；　　　（ 2 ）当 f ＜ fC 时，回路失谐↑→输出电压振幅↓；　　　（ 3 ）当调频波的瞬时频率随调制信号变化时，使回路输出　　　　　　电压振幅变化，这时的并联回路 L1C1 电压 u2 是一个　　　　　　调频 - 调幅波，它的包络变化规律已反映了调制信号　　　　　　的变化，通过包络检波器的振幅检波便可还原出调　　　　　　制信号。

u1 u2

Tr

C1

VD

R C2 uOL1

+

-

+

-

+

-

缺点：幅频特性的倾斜部分线性幅频特性还是较窄，解调后　　　失真也较大。2 ）双回路斜率鉴频器

u21

u22

L1

L2

C1

C2

VD1

VD2

R1

R2

C3

C4

uo1

uo2

u1 uo

+

-

+

-

+

-

+

-+

-

+

(a)

ffC f01f02

V21V22

(b)

图（ a ）中上边 L1C1 回路的谐振频率 f01>fC ，　　　　下边 L2C2 回路的谐振频率 f02<fC 。　为保证工作的线性范围，可调整 f01 、 f02 使 (f01 － f02) 大于输入调　　　　　　　　　　　　频信号最大频偏 Δfm 的两倍。　为了使鉴频曲线对称，还应使 f01 － fC = fC － f02 。将上、下两个　　　　　　　　　　　单失谐回路鉴频器输出之差作为总输　　　　　　　　　　　出，即 u0 ＝ u01 － u02 ，与输入调频信号　　　　　　　　　　　中携带的调制信号呈比例。优点：由图（ b ）可知，双失谐回路鉴频器的鉴频特性在频带宽　　　度、线性范围、灵敏度等方面都有很大的改进。

2. 相位鉴频器 　　——用鉴相方法完成鉴频

调相原理——首先通过移相网络将调频信号转化为调频 - 调相　　　　　　信号，使相位的变化与瞬时频率的变化成正比；　　　　　　再将调频信号和调频 - 调相信号送入相位检波器　　　　　　（即鉴相器），检测出两信号的相位差，从而将　　　　　　调制信号恢复出来。

相位鉴频器框图如下所示

线性网络-频率 相位 相位检波器

ui

调频波

us

-调相 调频波 调制信号

uΩ

ui

调频波

例如，互感耦合叠加型相位鉴频器电路，调频广播接收机中应用

L1L2

C1

C2

VD1

VD2

R1

R2

C3

C4

uo1

uo2

u1 uo

+

-

+

-

+

-+

-

+

CC

u2

M

L3

要求：有前置限幅放大器（未画出），将输入信号限幅去除干

　　　扰信号（干扰会影响解调性能），形成输入信号 u1

　　谐振回路 L1C1 和 L2C2 分别调谐在调频信号的中心频率 fC 上，当调频信号的频偏不超过谐振回路的通频带时，通过互感耦合回路的耦合，得到与输入调频信号 u1 同频但有附加相移的调频 - 调相信号 u2 。调频信号 u1 通过 CC 的耦合，加到扼流圈 L3 上，与经互感耦合的电压 u2 线性叠加，其叠加结果产生调频 - 调相 - 调幅波，将此信号送入包络检波器，取出包络，经差动输出，即上、下两个包络检波器将直流分量抵消，交流成分加倍，从而完成对调频信号的解调 , 得到调制信号 uo 。

3. 比例鉴频器 互感耦合相位鉴频器不具有自限幅能力，为了抑制寄生调幅的影响，要求前级中放有限幅器。限幅器要求有较大的输入信号，这就导致鉴频器前中放、限幅级数的增加，对那些要求简化线路、缩小体积、降低成本的一般调频广播接收机是不希望的。

比例鉴频器就是一种类似于互感耦合相位鉴频器，而又有自动限幅能力的鉴频器，如下图所示电路。

L1L2

C1

C2

VD1

VD2

R1

R2

C3

C4

uo1

uo2

u1 uo

+

-

+

-

CC

u2

M

L3

A

B

C D C+

-

+ _

+

_

+_

比例鉴频器的输出电压为

uo= （其中 ）

o2

o1

o2

o1

0o1o2

o1o20

1

1

2

1

2

1

u

uu

u

Euu

uuE

o2o1o uuE

由上式可见，输出 uo 与两个检波器负载上的电压比 有关，

故称之为比例鉴频器。 o2

o1

u

u

自限幅原理——从输出电压 uo表达式可以看出。当输入调频信号 的振幅增大时， u1 、 u2 的振幅增大，加到两个包 络检波器上的合成电压振幅随之增大， uo1 、 uo2

也 同比例增大，但基本不变。只要基本不变，输出 电压 uo 也就基本不变。

结论：比例鉴频器的输出电压只取决于输入调频信号瞬时频率的 变化，而与输入调频信号振幅大小无关，这就是比例鉴频 器的自动限幅作用。

7-7-3 鉴相电路

—— 鉴相器主要用于相位比较电路，如前面介绍的相位鉴频

器。在自动相位控制电路（锁相环路）中，鉴相器也是重

要的组成部。

鉴相器 低通滤波器

压控振荡器

ui VAPC uo

uo APC环路

ud

ui—— 环路输入信号，其频率比较稳定；uo—— 环路输出信号，频率与 ui 的频率相同，但与 ui 保持一定的 相位差。鉴相器的基本功能——将环路输入 ui 与环路输出 uo 进行比较， 产生与相位成一定比例的误差电压 ud ；低通滤波器——将其波纹成分滤除，输出直流电压 VAPC ；压控振荡器——是在 VAPC 的作用下，产生与输入信号同频，但 存在一定相位差的正弦信号 uo, 送到鉴相器进一 步比较，直到 uo 与 ui 同频同相为止。

如因某种不稳定的因素 ( 如温度、电源电压的变化 ) 使压控振荡器的振荡频率偏离输入信号频率时，依靠环路的自动调节作用，控制压控振荡器的振荡频率不断地靠近输入信号的频率，直到两频率完全相等、环路进入锁定状态时为止。 从以上分析看到，在锁相环路中鉴相器是环路自动调节的关键，因为误差电压 ud 是由它产生，整个环路能否稳定是由鉴相器决定的。目前要求较高的频率发生器都设计在锁相环路中，这样振荡频率经过锁相环路中鉴相器的不断调整，达到稳定的输出频率。如电视机中的副载波发生器和行振荡电路都是在琐相环路中。

课后小结——见黑板

复习及课前提问： 1. 两种调相电路的名称 ? 2. 它们的特点比较。思考与练习题： 1.什么叫鉴频？鉴频器的鉴频特性指什么？ 2. 鉴频过程为什么要进行限幅？ 3. 斜率鉴频器是应用什么原理实现鉴频的？ 4. 相位鉴频器是应用什么电路完成鉴频的？ 5. 比例鉴频器是如何实现自动限幅的？ 6. 鉴相器主要应用在什么电路中？作业题： 7-18 本章小结