鑒頻特性曲線

1、第7章頻率調(diào)制與解調(diào),7.1 調(diào)頻信號分析 7.2 調(diào)頻器與調(diào)頻方法 7.3 調(diào)頻電路 7.4 鑒頻器與鑒頻方法 7.5 鑒頻電路 7.6 調(diào)頻收發(fā)信機及特殊電路 7.7 調(diào)頻多重廣播 思考題與習題,引言,角度調(diào)制頻率調(diào)制（調(diào)頻FM）和相位調(diào)制（調(diào)相PM）， 都表現(xiàn)為相角的變化，但變化規(guī)律不同,頻率調(diào)制使高頻振蕩信號的頻率按調(diào)制信號的規(guī)律變化（順勢頻率變化的大小與調(diào)制信號成線性關(guān)系），振幅保持恒定的調(diào)制方式,角度解調(diào)調(diào)頻信號的解調(diào)（鑒頻或頻率檢波）和 調(diào)相信號的解調(diào)（鑒相或相位檢波,相位調(diào)制使高頻振蕩信號的相位按調(diào)制信號的規(guī)律變化（瞬時角度變化的大小與調(diào)制信號成線性關(guān)系），振幅保持恒定的調(diào)制方

2、式,角度調(diào)制屬于頻譜的非線性變換，分析方法和電路模型與頻譜線性搬移電路不同,7.1.1 調(diào)頻信號的參數(shù)與波形 單一頻率調(diào)制信號 u(t)=U cost， 載波電壓 uC (t)=UC cosct， 則根據(jù)頻率調(diào)制的定義，調(diào)頻信號的瞬時角頻率為,在c的基礎(chǔ)上，增加了與u(t)成正比的頻率偏移。 Kf比例常數(shù),7-2,調(diào)頻信號的瞬時相位(t)是瞬時角頻率(t)對時間的積分,7.1 調(diào)頻信號分析,t)=c+(t)=c+kfu(t)=c+m cost (7-1,信號的起始角頻率。為了分析方便，設(shè) 調(diào)頻指數(shù),7-3,兩個重要參數(shù): m和mf，下面分別予以討論,FM波的表示式為,7-4,m 相對于載頻的最

3、大角頻偏(峰值角頻偏) fm=m/2最大頻偏,m衡量信號頻率受調(diào)制程度的重要參數(shù)， 也是衡量調(diào)頻信號質(zhì)量的重要指標,m=kfU，m與U成正比，表示受調(diào)制信號控制的程度,kf 調(diào)頻靈敏度，比例常數(shù)，表示U對最大角頻偏的控制能力，它是單位調(diào)制電壓產(chǎn)生的頻偏值，是產(chǎn)生FM信號電路的一個參數(shù)（由調(diào)制電路決定,圖 7-1 調(diào)頻波波形,頻率調(diào)制過程中調(diào)制信號、 調(diào)頻信號及相應的瞬時頻率和瞬時相位波形,瞬時頻率變化范圍為 fc fmfc+fm,最大變化值為2fm,圖7-2 調(diào)頻波fm、 mf與F的關(guān)系,mf=m/=fm/F調(diào)頻指數(shù)，無因次量。 是調(diào)頻波與未調(diào)載波的最大相位差m， mf與U成正比（因此也稱為調(diào)

4、制深度），與成反比。圖7-2表示了fm、 mf與調(diào)制頻率F的關(guān)系,調(diào)頻波的波形分析：當u最大時，(t)也最高，波形密集, 當u為負峰時，頻率最低，波形最疏調(diào)頻波是波形疏密變化的等幅波,調(diào)頻是將消息寄載在頻率上而不是在幅度上,引言： 通常，同一調(diào)制信號調(diào)制的調(diào)頻信號和調(diào)相信號，其頻譜結(jié)構(gòu)不同。調(diào)制信號為單音信號時，其頻譜結(jié)構(gòu)類似。 考慮到對它們的分析方法相同，這里只分析調(diào)頻信號的頻譜,7.1.2 調(diào)頻波的頻譜,1 調(diào)頻波的展開式,周期為2/的周期性時間函數(shù)，可以將它展開為傅氏級數(shù)，其基波角頻率為，即,7-5,Jn(mf)隨mf變化的曲線。 并具有以下特性: Jn(mf)=Jn(mf)， n為偶數(shù)

5、 Jn(mf)=Jn(mf)， n為奇數(shù),Jn(mf)是宗數(shù)為mf的n階第一類貝塞爾函數(shù)，它可以用無窮級數(shù)進行計算,7-6,圖 7-3 第一類貝塞爾函數(shù)曲線,7-7,調(diào)頻波的級數(shù)展開式為,圖 7-3 第一類貝塞爾函數(shù)曲線,在圖7-3的第一類貝塞爾函數(shù)曲線中，除了J0(mf)外，在mf=0的其它各階函數(shù)值都為零。這意味著，當沒有角度調(diào)制時，除了載波外，不含有其它頻率分量。所有貝塞爾函數(shù)都是正負交替變化的非周期函數(shù)，在mf的某些值上，函數(shù)值為零。與此對應，在某些確定的m值，對應的頻率分量為零,分析：1.單一頻率調(diào)頻波是由許多頻率分量組成的，而不是像振幅調(diào)制那樣，單一低頻調(diào)制時只產(chǎn)生兩個邊頻(AM、

6、 DSB)或一個邊頻(SSB)。因此調(diào)頻和調(diào)相屬于非線性調(diào)制,2 調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)和特點,將上式進一步展開，有,7-8,mf=m/=fm/F， 它既取決于調(diào)頻的頻偏fm(它與調(diào)制電壓U成正比)，又取決于調(diào)制頻率F,2.調(diào)頻波是由載波c與無數(shù)邊頻cn組成的，這些邊頻對稱地分布在載頻兩邊，其幅度取決于調(diào)制指數(shù)mf,圖 7-4 單頻調(diào)制時FM波的振幅譜 (a) 為常數(shù); (b) m為常數(shù),不同mf時調(diào)頻信號的振幅譜,保持fm不變而改變F時的頻譜,當mf相同時，其頻譜的包絡(luò)形狀是相同的,3.對于n為偶數(shù)的邊頻分量，邊頻的符號相同，若將這一對邊頻相加，則其合成波為一雙邊帶(DSB)信號，其高頻相位與載波

7、相同。若用矢量表示，偶次邊頻將沿載波方向變化,對于n為奇數(shù)的邊頻分量，邊頻的符號相反，相加后其合成矢量與載波方向垂直,圖 7-5 調(diào)頻信號的矢量表示,圖 7-5 調(diào)頻信號的矢量表示,比較分析：調(diào)頻信號的調(diào)角作用是由這些奇次邊頻完成的，而它們所引起的附加幅度變化，由偶次邊頻的調(diào)幅作用來補償，從而得到幅度不變的合成矢量,窄帶調(diào)頻,當調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)mf較小時, 由圖7-3可知, |J1(mf)|J2(mf)|、|J3(mf)| 、 ，此時可以認為調(diào)頻波只由載波c和c的邊頻構(gòu)成。這種調(diào)頻波通常稱為窄帶調(diào)頻(NBFM)， 其振幅譜與一般AM波完全相同,從實際應用出發(fā)，調(diào)頻信號的帶寬是將大于一定幅度的頻

8、率分量包括在內(nèi)。這樣就可以使頻帶內(nèi)集中了信號的絕大部分功率，也不致因忽略其它分量而帶來可察覺的失真。通常采用的準則是，信號的頻帶寬度應包括幅度大于未調(diào)載波1%以上的邊頻分量，即 |Jn(m f)|0.01 在某些要求不高的場合，此標準也可以定為5%或者10,調(diào)頻波的另一個重要指標是信號的頻帶寬度,7.1.3 調(diào)頻波的信號帶寬,它對應于最高邊頻分量幅度大于未調(diào)載波的10%和調(diào)頻信號功率的98%左右。此式在mf1和mf1(如mf0.3)的兩種極端情況下，可化為式(7-9)和式(7-10,對于不同的mf值，有用邊頻的數(shù)目(2n)可查貝塞爾函數(shù)表或曲線得到。滿足|Jn(mf)|0.01的n/mf與mf

9、的關(guān)系曲線如圖7-6所示。由圖可見，當mf很大時，n/mf 趨近于1。因此當mf1時，應將n=mf的邊頻包括在頻帶內(nèi)，此時帶寬為 Bs=2nF=2mfF=2fm (7-9) 當mf很小時，如mf0.5，為窄頻帶調(diào)頻，此時 Bs=2F (7-10,對于一般情況，帶寬為 Bs=2(mf+1)F=2(fm+F) 廣泛應用的調(diào)頻波的帶寬公式，又稱卡森(Carson)公式,7-11,圖 7-6 |Jn(mf)|0.01時的n/mf曲線,對于任何調(diào)制信號波形，只要峰值頻偏fm比調(diào)制頻率的最高頻率大得多，其信號帶寬都可以認為是Bs=2fm。 因此，頻率調(diào)制是一種恒定帶寬的調(diào)制,更準確的調(diào)頻波帶寬計算公式為,

10、7-12,mf 1 的窄頻帶調(diào)頻時，帶寬由第一對邊頻分量決定， Bs=2F只隨F變化，而與fm無關(guān),當mf1時， Bs=2nF=2mfF=2fm，帶寬Bs只與頻偏fm成 比例，而與調(diào)制頻率F無關(guān),當調(diào)制信號不是單一頻率時，由于調(diào)頻是非線性過程，其頻譜要復雜得多。比如有F1、 F2兩個調(diào)制頻率，則根據(jù)式(7-7)可寫出 可見，F(xiàn)M信號中不但有c，cn1，ck2分量, 還會有cn1k2的組合分量。根據(jù)分析和經(jīng)驗，當多頻調(diào)制信號調(diào)頻時，仍可以用式(7-11)來計算FM信號帶寬。其中fm應該用峰值頻偏，F(xiàn)和mf用最大調(diào)制頻率Fmax和對應的mf,Bs=2(mf+1)F=2(fm+F,7-11,例：通常

11、調(diào)頻廣播中規(guī)定的峰值頻偏fm為75 kHz，最高調(diào)制頻率F為 15 kHz， 故mf=5，由式(7-11)可計算出此FM信號的頻帶寬度為180 kHz。 綜上所述，除了窄帶調(diào)頻外，當調(diào)制頻率F相同時，調(diào)頻信號的帶寬比振幅調(diào)制(AM、 DSB、 SSB)要大得多。由于信號頻帶寬，通常FM只用于超短波及頻率更高的波段,fm=m/2最大頻偏,mf=m/=fm/F,Bs=2(mf+1)F=2(fm+F,從Jn(mf)曲線可看出，適當選擇mf值，可使任一特定頻率分量(包括載頻及任意邊頻)達到所要求的那樣小。例如mf=2.405時，J0(mf)=0，在這種情況下，所有功率都在邊頻中,結(jié)論：調(diào)頻波的平均功率

12、與未調(diào)載波平均功率相等,當mf由零增加時，已調(diào)制的載頻功率下降，而分散給其它邊頻分量，總功率不變。調(diào)制的過程只是進行功率的重新分配調(diào)頻器可以理解為一個功率分配器它將載波功率分配給每個邊頻分量，而分配的原則與調(diào)頻指數(shù)mf有關(guān),如u(t)=U cost,并令0=0，則其瞬時相位為 (7-16) 從而得到調(diào)相信號為 uPM(t)=UC cos(ct+mp cost) (7-17) m=kpU=mp最大相偏， Mp調(diào)相指數(shù)。 kp=m/U調(diào)相靈敏度，它表示單位調(diào)制電壓所引起的相位偏移值,7.1.5 調(diào)頻波與調(diào)相波的比較 1 調(diào)相波,調(diào)相波是其瞬時相位以未調(diào)載波相位c為中心按調(diào)制信號規(guī)律變化的等幅高頻振

13、蕩,對于一確定電路，mU，(t)的曲線見圖7-7(c),它與調(diào)制信號形狀相同,圖 7-7 調(diào)相波波形,相位差/2,cost,sint,c隨時間變化,m=mp=kpU調(diào)相波的最大頻偏。 與調(diào)制信號的幅度成正比，還與調(diào)制頻率成正比(這一點與FM不同,m=kpU=mp,7-18,其示意圖見圖7-8。調(diào)制頻率愈高，頻偏也愈大。若規(guī)定m值，那么就需限制調(diào)制頻率,圖 7-8 調(diào)相波fm、 mp與F的關(guān)系,調(diào)相波的瞬時頻率為,調(diào)相波的(t)、 (t)及(t)的曲線見圖7-7。根據(jù)瞬時頻率的變化可畫出PM波波形，如圖7-7(f)所示, 也是等幅疏密波。如不知道原調(diào)制信號，則在單頻調(diào)制的情況下無法從波形上分辨是

14、FM波還是PM波,頻率與相位之間存在著微分與積分的關(guān)系FM與PM之間可以互相轉(zhuǎn)化,先對調(diào)制信號積分，然后再進行調(diào)相，就可以實現(xiàn)調(diào)頻,先對調(diào)制信號微分，然后用微分結(jié)果去進行調(diào)頻，得出的 已調(diào)波為調(diào)相波,圖 7-9 調(diào)頻與調(diào)相的關(guān)系,mp與F無關(guān)，所以Bs正比于F。 調(diào)制頻率變化時， Bs隨之變化,PM波的頻譜及帶寬的分析方法與FM相同,調(diào)相信號帶寬為 Bs=2(mp+1)F (7-19,2 調(diào)頻波與調(diào)相波的比較,在本節(jié)結(jié)束前，要強調(diào)幾點: (1) 角度調(diào)制是非線性調(diào)制。在單頻調(diào)制時會出現(xiàn)(cn) 分量，在多頻調(diào)制時還會出現(xiàn)交叉調(diào)制(cn1k2+)分量。 (2) 調(diào)頻的頻譜結(jié)構(gòu)與mf密切相關(guān)。mf

15、大，頻帶寬。但通常mf大，調(diào)頻的抗干擾能力也要強，因此，mf值的選擇要從通信質(zhì)量和帶寬限制兩方面考慮。對于高質(zhì)量通信(如調(diào)頻廣播、 電視伴音)，由于信號強，主要考慮質(zhì)量，采用寬帶調(diào)頻，mf值選得大。對于一般通信，要考慮接收微弱信號，帶寬窄些，噪聲影響小，常選用mf較小的調(diào)頻方式。 (3) 與AM制相比，角調(diào)方式的設(shè)備利用率高，因其平均功率與最大功率一樣。調(diào)頻制抗干擾性能好，因為它可以利用限幅器去掉寄生調(diào)幅，同時，由干擾引起的頻偏fn通常遠小于fm,7.2 調(diào)頻器與調(diào)頻方法,7.2.1 調(diào)頻器 調(diào)頻器實現(xiàn)調(diào)頻的電路或部件稱為調(diào)頻器或調(diào)頻電路。 廣意講，調(diào)頻器還應包括高頻振蕩器。 一個完整的調(diào)頻電

16、路的構(gòu)成與調(diào)頻方法有關(guān),調(diào)頻器的調(diào)制特性稱為調(diào)頻特性。用f(t)或f(t)與U之間的關(guān)系曲線表示，稱為調(diào)頻特性曲線,所謂調(diào)頻，就是輸出已調(diào)信號的頻率(或頻偏)隨輸入信號規(guī)律變化,圖 7-10 調(diào)頻特性曲線,對于圖7-10的調(diào)頻特性的要求如下: (1) 調(diào)制特性線性要好。圖7-10曲線的線性度要高，線性范圍要大(fm要大)，以保證f(t)與u之間在較寬范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。 (2) 調(diào)制靈敏度要高。調(diào)制特性曲線在原點處的斜率就是調(diào)頻靈敏度kf。kf越大，同樣的u值產(chǎn)生的fm越大,3) 載波性能要好。調(diào)頻的瞬時頻率就是以載頻fc為中心而變化的，因此，為了防止產(chǎn)生較大的失真，載波頻率fc要穩(wěn)定。此外，載

17、波振蕩的幅度要保持恒定，寄生調(diào)幅要小,7.2.2 調(diào)頻方法,方法主要有兩種: 直接調(diào)頻法，間接調(diào)頻法,1 直接調(diào)頻法,一般是用調(diào)制電壓直接控制振蕩器的振蕩頻率，使振蕩頻率f(t)按調(diào)制電壓的規(guī)律變化,若控制LC振蕩器，只需控制振蕩回路的L或C ，使其參數(shù)隨調(diào)制電壓變化，就可達到直接調(diào)頻的目的,若控制張弛振蕩器，因其振蕩頻率取決于電路中的充電或放電速度可以用調(diào)制信號去控制(通過受控恒流源)電容的充電或放電電流，從而控制張弛振蕩器的重復頻率。對張弛振蕩器調(diào)頻，產(chǎn)生的是非正弦波調(diào)頻信號，如三角波調(diào)頻信號、 方波調(diào)頻信號等,常用方法：采用變?nèi)荻O管使LC振蕩回路的電容或電感隨輸入信號而變化。用變?nèi)荻O

18、管實現(xiàn)直接調(diào)頻，由于電路簡單、 性能良好，已成為目前最廣泛采用的調(diào)頻電路之一,在直接調(diào)頻法中，振蕩器與調(diào)制器合二為一。 主要優(yōu)點：在實現(xiàn)線性調(diào)頻的要求下，可以獲得較大的頻偏， 主要缺點：頻率穩(wěn)定度差，在許多場合須對載頻采取穩(wěn)頻措施或者對晶體振蕩器進行直接調(diào)頻,先將調(diào)制信號積分，然后對載波進行調(diào)相，如圖7-9(a)所示。這種方法也稱為阿姆斯特朗(Armstrong)法,2 間接調(diào)頻法,間接調(diào)頻時，調(diào)制器與振蕩器是分開的，對振蕩器影響小，頻率穩(wěn)定度高， 但設(shè)備較復雜,通常有如下三種方法: (1)矢量合成法主要針對窄帶的調(diào)頻或調(diào)相信號。對于單音調(diào)相信號 當mp/12時，上式近似為 uPMU cosc

19、tUmp cost sinct (7-20) 分析：在調(diào)相指數(shù)較小時，調(diào)相波可由兩個信號合成得到。 得到一種調(diào)相方法，如圖7-11(b)所示,實現(xiàn)間接調(diào)頻的關(guān)鍵是如何進行相位調(diào)制,圖 7-11 矢量合成法調(diào)頻,矢量合成法,AM波,相移/2,PM波,窄帶調(diào)頻(NBFM)信號與AM波的區(qū)別僅在于邊帶信號與載波的相位關(guān)系。一是正交相加，一是同相相加,用乘法器(平衡調(diào)制器或差分對)及移相器來產(chǎn)生窄帶調(diào)頻信號,積分電路,mp/12時,uPMU cosctUmp cost sinct,當mf較小時，貝塞爾函數(shù)J1J2、J3、-窄帶調(diào)頻波,2) 可變移相法利用調(diào)制信號控制移相網(wǎng)絡(luò)或諧振回路的電抗或電阻元件來

20、實現(xiàn)調(diào)相。所得調(diào)相波的最大不失真相移mp受諧振回路或相移網(wǎng)絡(luò)相頻特性非線性的限制，一般都在30以下。為了增大mp，可以采用級聯(lián)調(diào)相電路,1)矢量合成法主要針對窄帶的調(diào)頻或調(diào)相信號,3) 可變延時法將載波信號通過一可控延時網(wǎng)絡(luò)，延時時間受調(diào)制信號控制 =kdu(t) 則輸出信號為 u=U cosc(t)=Ucosctkdcu(t) 變成調(diào)相信號,對于直接調(diào)頻電路，調(diào)制特性的非線性隨最大相對頻偏fm/fc的增大而增大。當最大相對頻偏fm/fc限定時，對于特定的fc，fm也就被限定了，其值與調(diào)制頻率的大小無關(guān)。因此，如果在較高的載波頻率上實現(xiàn)調(diào)頻，則在相對頻偏一定的條件下，可以獲得較大的絕對頻偏。當

21、要求絕對頻偏一定，且載波頻率較低時，可以在較高的載波頻率上實現(xiàn)調(diào)頻，然后通過混頻將載頻降下來，而頻偏的絕對數(shù)值保持不變。這種方法較為簡單。但當難以制成高頻調(diào)頻器時，可以先在較低的載波頻率上實現(xiàn)調(diào)頻，然后通過倍頻將所有頻率提高，頻偏也提高了相應的倍數(shù)(絕對頻偏增大了)，最后，通過混頻將所有頻率降低同一絕對數(shù)值，使載波頻率達到規(guī)定值。這種方法產(chǎn)生的寬帶調(diào)頻(WBFM)信號的相位噪聲隨倍頻值的增加而增加,自學,采用間接調(diào)頻時，受到非線性限制的不是相對頻偏，也不是絕對頻偏，而是最大相偏。因此，不能指望在較高的載波頻率上實現(xiàn)調(diào)頻以擴大線性頻偏，而一般采用先在較低的載波頻率上實現(xiàn)調(diào)頻，然后再通過倍頻和混頻

22、的方法得到所需的載波頻率的最大線性頻偏,優(yōu)點：由于變?nèi)荻O管工作頻率范圍寬，固有損耗小，使用方便，構(gòu)成的調(diào)頻器電路簡單，因此變?nèi)莨苷{(diào)頻器是一種應用非常廣泛的調(diào)頻電路,7.3 調(diào)頻電路,7.3.1 直接調(diào)頻電路 1. 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路,變?nèi)荻O管可以看作一壓控電容，在調(diào)頻振蕩器中起著可變電容的作用。其結(jié)電容Cj與在其兩端所加反偏電壓u之間存在著如下關(guān)系,1) 變?nèi)荻O管調(diào)頻原理,7-21,C0變?nèi)荻O管在零偏置時的結(jié)電容值; U變?nèi)荻O管PN結(jié)的勢壘電位差(硅管約為0.7 V，鍺管約為0.3V); 變?nèi)荻O管的結(jié)電容變化指數(shù)，它決定于PN結(jié)的雜質(zhì)分布規(guī)律,圖 7-12 變?nèi)莨艿腃ju曲線,

23、不同指數(shù)時的Cju曲線,實際變?nèi)莨艿腃ju曲線,1/3 稱為緩變結(jié)，擴散型管多屬此種,1/2 為突變結(jié)， 合金型管屬于此類,15，超突變結(jié),設(shè)在變?nèi)荻O管上加的 調(diào)制信號電壓為 u(t)=U cost， 則 u=EQ+u(t)=EQ+U cost (7-23,7-22,靜態(tài)工作點為EQ時， 變?nèi)荻O管結(jié)電容為,7-24,m=U/(EQ+u)U/EQ稱為電容調(diào)制度，表示結(jié)電容受調(diào)制信號調(diào)變的程度，U大，Cj變化大，調(diào)制深。 將此變?nèi)莨芙尤胝袷幓芈?，根?jù)u(t)的變化，將會引起Cj的變化，進而引起回路諧振頻率的變化，從而實現(xiàn)調(diào)頻,下面按兩種情況進行分析： 1）Cj為回路總電容接入回路 2）Cj作為

24、回路部分電容接入回路,2) 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻性能分析,圖 7-13 變?nèi)莨茏鳛榛芈房傠娙萑拷尤牖芈?變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路,1) Cj為回路總電容,變?nèi)莨苌霞觰(t)使Cj隨時間變化(時變電容)，如圖7-14(a)所示，此時振蕩頻率為,不加調(diào)制信號時的振蕩頻率振蕩器的中心頻率未調(diào)載頻,7-25,不加調(diào)制信號時的振蕩頻率振蕩器的中心頻率未調(diào)載頻。振蕩頻率隨時間變化的曲線如圖7-14(b)所示,圖 7-14 變?nèi)莨芫€性調(diào)頻原理,若=2，則得 (t)=cu(t)/(EQ+u)u(t)， 即頻率與u(t)成正比例線性調(diào)頻，如圖7-14(c)所示,7-26,m=U/(EQ+u)U/EQ稱為電容調(diào)制度

25、,c=(/2-1)m2c/8是調(diào)制過程中產(chǎn)生的中心頻率漂移,有用項,c=(/2-1)m2c/8是調(diào)制過程中產(chǎn)生的中心頻率漂移。c與和m有關(guān)，當變?nèi)莨芤欢ê?，U越大，m越大，c也越大。產(chǎn)生c的原因在于Cju曲線不是直線，這使得在一個調(diào)制信號周期內(nèi)，電容的平均值不等于靜態(tài)工作點的CQ，如圖7-14(a)所示，從而引起中心頻率的改變,由于非線性失真，2時的調(diào)頻特性不是直線，調(diào)制特性曲線彎曲,m=mc/2，為最大角頻偏。2m=(/2-1)m2c/8，為二次諧波最大角頻偏，它也是由于Cju曲線的非線性引起的，并將引入非線性失真。二次諧波失真系數(shù)可用下式求出: (7-28) 可見，當U增大而使m增大時，將

26、同時引起m、 c及Kf2的增大，因此m不能選得太大,由于非線性失真，2時的調(diào)頻特性不是直線，調(diào)制特性曲線彎曲,調(diào)頻靈敏度可以通過調(diào)制特性或式(7-27)求出。根據(jù)調(diào)頻靈敏度的定義，有 (7-29) 上式表明，kf由變?nèi)莨芴匦约办o態(tài)工作點確定。當變?nèi)莨芤欢?，中心頻率一定時，在不影響線性條件下，|EQ|值取小些好。同時還可由式(7-29)看到，在變?nèi)莨堋?EQ及U一定時，比值m/c=m/2也一定， 即相對頻偏一定。c變大，則m增加。 在這種將Cj構(gòu)成回路總電容的應用中，CQ直接決定中心頻率。但由于CQ隨溫度、 電源電壓的變化而變化，會直接造成振蕩頻率穩(wěn)定度的下降。因此除非要求寬帶調(diào)頻，一般很少這樣

27、應用,自學,2) Cj作為回路部分電容接入回路,通常2Cj作為回路總電容將會使調(diào)頻特性出現(xiàn)非線性，輸出信號的頻率穩(wěn)定度也將下降利用對變?nèi)荻O管串聯(lián)或并聯(lián)電容的方法來調(diào)整回路總電容C與電壓u之間的特性,圖 7-15 Cj與固定電容串、 并聯(lián)后的特性,并聯(lián)電容C1，曲線上移,原變?nèi)莨?串聯(lián)電容C2曲線下移,總之，并聯(lián)電容可較大地調(diào)整Cj值小的區(qū)域內(nèi)的Cu特性，串聯(lián)電容可有效地調(diào)整Cj值大的區(qū)域內(nèi)的Cu特性。如果原變?nèi)莨?，則可以通過串、 并聯(lián)電容的方法，使Cu 特性在一定偏壓范圍內(nèi)接近=2的特性，從而實現(xiàn)線性調(diào)頻。變?nèi)莨艽?并聯(lián)電容后，總的Cu曲線斜率要下降(見圖7-15), 因此頻偏下降,變?nèi)?/p>

28、管調(diào)頻器的實際電路,12V電壓在10k和4.3k串聯(lián)分壓基極直偏,12V經(jīng)20H、12 H集電極直偏,將圖7-16(b)的振蕩回路簡化為圖7-17，這就是變?nèi)莨懿糠纸尤牖芈返那闆r。這樣，回路的總電容為 (7-30) 振蕩頻率為 (7-31) 將上式在工作點EQ處展開，可得 (7-32,以下內(nèi)容自學,圖 7-17 部分接入的振蕩回路,式中,從式(7-32)可以看出，當Cj部分接入時，其最大頻偏為 (7-33) 它是全接入時fm的1/p。調(diào)頻靈敏度也下降為全接入時的1/p，這是因為此時Cj比全接入時影響小，fm必然下降。C1愈大，C2愈小，即p加大，Cj對頻率的變化影響就愈小，故C1值要選取適當，

29、一般取C1=(10%30%)2。 變?nèi)莨懿糠纸尤牖芈贩绞竭m用于要求頻偏較小的情況。而且由于Cj影響小，CQ 隨溫度及電源電壓變化的影響也小，有利于提高中心頻率的穩(wěn)定度,變?nèi)莨懿糠纸尤牖芈贩绞竭€可減小寄生調(diào)制。實際上，加在變?nèi)莨苌系碾妷菏荅Q、 u(t)及高頻電壓，如圖7-18所示。變?nèi)莨艿碾娙葜祽擅總€高頻周期內(nèi)的平均電容來確定。但由于電容與電壓間的非線性關(guān)系，當高頻電壓擺向左方或右方時，電容的增加與減小并不相同，因而會造成平均電容增大。而且高頻電壓疊加在u(t)之上，由圖看出每個高頻周期的平均電容變化不一樣，這樣會引起頻率不按調(diào)制信號規(guī)律變化而造成寄生調(diào)制。圖7-19(a) 畫出了在不同偏壓

30、時電容與高頻電壓U1之間的變化關(guān)系，圖(b)為不同高頻電壓U1時變?nèi)莨茈娙蓦S偏壓變化的情況。部分接入方式可以減小加在變?nèi)莨苌系母哳l電壓，以減弱因其產(chǎn)生的寄生調(diào)制,圖 7-18 加在變?nèi)莨苌系碾妷?圖 7-19 變?nèi)莨艿刃щ娙蓦S高頻電壓振幅和偏壓的變化 (a) j隨U1變化曲線; (b) Cj隨E變化曲線,當偏壓值較小時，若變?nèi)莨苌细哳l電壓過大，還會使變?nèi)莨苷驅(qū)?。正向?qū)ǖ亩O管會改變回路阻抗和Q值，引起寄生調(diào)幅，也會引起中心頻率不穩(wěn)。一般應避免在低偏壓區(qū)工作,2. 晶體振蕩器直接調(diào)頻電路,由于振蕩器工作于晶體的感性區(qū)，f1只能處于晶體的串聯(lián)諧振頻率fq與并聯(lián)諧振頻率f0之間。由于晶體的相對

31、頻率變化范圍很窄，只有103104量級，再加上Cj的影響，則可變范圍更窄。因此，晶體振蕩器直接調(diào)頻電路的最大頻偏非常小。在實際電路中，需要采取擴大頻偏的措施。 擴大頻偏的方法有兩種: 第一種方法是在晶體支路中串接小電感，使總的電抗曲線中呈現(xiàn)感性的工作頻率區(qū)域加以擴展(主要是頻率的低端擴展)。這種方法簡便易行，是一種常用的方法，但用這種方法獲得的擴展范圍有限，且還會使調(diào)頻信號的中心頻率的穩(wěn)定度有所下降。另一種方法是利用型網(wǎng)絡(luò)進行阻抗變換，在這種方法中，晶體接于型網(wǎng)絡(luò)的終端。 晶體振蕩器直接調(diào)頻電路的主要缺點就是相對頻偏非常小，但其中心頻率穩(wěn)定度較高，一般可達105以上。如果為了進一步提高頻率穩(wěn)定

32、度，可以采用晶體振蕩器間接調(diào)頻的方法,自學 前面所述均為用調(diào)制信號調(diào)制正弦波振蕩器。如果受調(diào)電路是張弛振蕩器(其波形或是矩形波或是鋸齒波)則可得三角波調(diào)頻或方波調(diào)頻信號。它們還可以經(jīng)過濾波器或波形變換器， 形成正弦波調(diào)頻信號。 我們知道，多諧振蕩器的振蕩頻率是由RC充放電速度決定的。因此，若用調(diào)制信號去控制電容充放電電流，則可控制重復頻率，從而達到調(diào)頻的目的。下面僅就三角波調(diào)頻的工作原理和電路作一簡單介紹,3. 張弛振蕩器直接調(diào)頻電路,圖7-21是一種調(diào)頻三角波產(chǎn)生器的方框圖。調(diào)制信號控制恒流源發(fā)生器，當調(diào)制信號為零時，恒流源輸出電流為I; 當有調(diào)制電壓時，輸出電流為I+I(t)，I(t)與調(diào)

33、制信號成正比。電流發(fā)生器成為受控恒流源。恒流源的輸出分兩路送至積分器，一路直接經(jīng)壓控開關(guān)a; 一路經(jīng)反相器的I送至壓控開關(guān)b，再到積分器。壓控開關(guān)由電壓比較器控制使a路或b路接通。電壓比較器有兩個門限值U1及U2，且U2U1，其輸出和輸入電壓間的關(guān)系如圖7-22(a)所示。當uT增加時，只有當uT=U2后，比較器才改變狀態(tài)，輸出變?yōu)榈碗娖経min; uT減小時，當uT下降至等于U1時，比較器才輸出Umax，此比較器具有下行遲滯特性。積分器與電壓比較器的輸出電壓波形如圖7-22(b)所示。此時未加調(diào)制信號，I不變，故積分器輸出電壓的周期是固定的。I愈大，則三角波的斜率愈大，周期愈短，因此輸出三角

34、波的重復頻率與I成正比,圖7-21 三角波調(diào)頻方框圖,圖7-22 電壓比較器的遲滯特性和輸入、 輸出波形,當外加調(diào)制電壓時，恒流源電流與其成線性關(guān)系，因此三角波頻率與調(diào)制電壓成線性關(guān)系。由于恒流源電流的變化范圍很大，所以可得到大頻偏的調(diào)頻。 電壓比較器輸出的是調(diào)頻方波電壓。如要得到正弦調(diào)頻信號，可在其輸出端加波形變換電路或濾波器。圖7-23 便是由三角波變?yōu)檎也ǖ淖儞Q器特性。它是一個非線性網(wǎng)絡(luò)，其傳輸特性為,圖 7-23 三角波變?yōu)檎也ㄗ儞Q特性,兩種常用的調(diào)相方法: 一種是放大器的諧振頻率受調(diào)制電壓的控制而變化，當載頻振蕩通過它時，相移發(fā)生變化; 另一種是改變相移網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。 還有一種脈沖調(diào)

35、相也屬于可變延時調(diào)相電路(比較法調(diào)頻)， 此調(diào)相電路的的線性相移比較大，構(gòu)成的調(diào)制器的線性度也較好，因此被廣泛用于調(diào)頻廣播發(fā)射機中,7.3.2 間接調(diào)頻電路,前面已經(jīng)指出，若先對調(diào)制信號進行積分，再去調(diào)相，得到的是調(diào)頻信號。因此調(diào)相電路是間接調(diào)頻法的關(guān)鍵電路,圖7-24 單回路變?nèi)莨苷{(diào)相器,例:變?nèi)荻O管調(diào)相電路。受調(diào)制信號控制的變?nèi)莨茏鳛檫x頻振蕩回路的一個元件。Lc1、 Lc2為高頻扼流圈，分別防止高頻信號進入直流電源及調(diào)制信號源中,諧振頻率受調(diào)制電壓的控制而變化，當載頻振蕩通過它時，相移發(fā)生變化,我們知道，高Q并聯(lián)振蕩電路的電壓、 電流間相移為 (7-35) 當 ，上式簡化為 (7-36)

36、 設(shè)輸入調(diào)制信號為U cost，其瞬時頻偏(此處為回路諧振頻率的偏移)為 將此式代人式(7-36)，可得 (7-37) 式(7-37)表明，回路產(chǎn)生的相移按輸入調(diào)制信號的規(guī)律變化。調(diào)制信號在積分后輸入，則輸出調(diào)相波的相位偏移與被積分的調(diào)制信號呈線性關(guān)系，其頻率與積分前的信號亦成線性關(guān)系,由于回路相移特性線性范圍不大(上面分析中用了的條件，才有近似式 )，因此這種電路得到的頻偏是不大的。必須采取擴大頻偏措施。除了用倍頻方法增大頻偏外，還應改進調(diào)相電路本身,7.4 鑒頻器與鑒頻方法 7.4.1 鑒頻器 角調(diào)波的解調(diào)就是從角調(diào)波中恢復出原調(diào)制信號的過程。調(diào)頻波的解調(diào)電路稱為頻率檢波器或鑒頻器(FD)

37、，調(diào)相波的解調(diào)電路稱為相位檢波器或鑒相器(PD,與調(diào)幅接收機一樣，調(diào)頻接收機的組成也大多是采用超外差式的。在超外差式的調(diào)頻接收機中, 鑒頻通常在中頻頻率(如調(diào)頻廣播接收機的中頻頻率10.7 MHz)上進行(隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在也有在基帶上用數(shù)字信號處理的方法實現(xiàn))。在調(diào)頻信號的產(chǎn)生、 傳輸和通過調(diào)頻接收機前端電路的過程中，不可避免地要引入干擾和噪聲。干擾和噪聲對FM信號的影響，主要表現(xiàn)為調(diào)頻信號出現(xiàn)了不希望有的寄生調(diào)幅和寄生調(diào)頻。一般在末級中放和鑒頻器之間設(shè)置限幅器就可以消除由寄生調(diào)幅所引起的鑒頻器的輸出噪聲(當然，在具有自動限幅能力的鑒頻器，如比例鑒頻器之前不需此限幅器)。可見，限幅與鑒頻一

38、般是連用的，統(tǒng)稱為限幅鑒頻器。若調(diào)頻信號的調(diào)頻指數(shù)較大，它本身就可以抑制寄生調(diào)制,鑒頻器的功能：是一個將輸入調(diào)頻波的瞬時頻率f(或頻偏f)變換為相應的解調(diào)輸出電壓uo的變換器，如圖7-26(a)所示。 鑒頻特性此變換器的變換特性。 鑒頻特性曲線輸出電壓uo f或頻偏f之間的關(guān)系曲線，。 線性解調(diào)直線，但實際 “S”曲線，如圖7-26(b)所示,圖 7-26 鑒頻器及鑒頻特性、鑒頻特性曲線,峰值帶寬Bm近似衡量鑒頻特性線性區(qū)寬度，指鑒頻特性曲線左右兩個最大值(uomax)間對應的頻率間隔。鑒頻特性曲線一般是左右對稱的，若峰值點的頻偏為fA=fAfc=fcfB，則。對于鑒頻器來講，要求線性范圍寬(

39、Bm2fm)，線性度好。但在實際上，鑒頻特性在兩峰之間都存在一定的非線性，通常只有在f=0附近才有較好的線性,對鑒頻器的另外一個要求，就是鑒頻跨導要大。所謂鑒頻跨導SD，就是鑒頻特性在載頻處的斜率，它表示的是單位頻偏所能產(chǎn)生的解調(diào)輸出電壓。鑒頻跨導又叫鑒頻靈敏度，用公式表示為 (7-38) 另一方面，鑒頻跨導也可以理解為鑒頻器將輸入頻率轉(zhuǎn)換為輸出電壓的能力或效率，因此，鑒頻跨導又可以稱為鑒頻效率。 順便指出，調(diào)頻制具有良好的抗噪聲能力，是以鑒頻器輸入為高信噪比為條件的。一旦鑒頻器輸入信噪比低于規(guī)定的門限值，鑒頻器的輸出信噪比將急劇下降，甚至無法接收。這種現(xiàn)象稱為門限效應。實際上，各種鑒頻器都存

40、在門限效應，只是門限電平的大小不同而已,7.4.2 鑒頻方法 直接鑒頻法和間接鑒頻法兩種 直接鑒頻法直接從調(diào)頻信號的頻率中提取原來調(diào)制信號的方法，主要是脈沖計數(shù)式鑒頻法。 間接鑒頻法對調(diào)頻信號進行不同的變換或處理從而間接地恢復原來調(diào)制信號的方法，如波形變換法（應用最為普遍）、 鎖相環(huán)解調(diào) (PLLDM) 法及調(diào)頻負反饋解調(diào)(FM-FBDM)法、 正交鑒頻法等,鑒頻方法 振幅鑒頻法和相位鑒頻法兩種,根據(jù)波形變換的不同特點,a) 振幅鑒頻器框圖； (b) 變換電路特性 圖 7-27 振幅鑒頻器原理,振幅鑒頻器調(diào)頻又調(diào)幅的FM-AM波， 通過包絡(luò)檢波器解調(diào)此調(diào)頻信號,線性頻率電壓轉(zhuǎn)換特性的線性網(wǎng)絡(luò),

41、1. 振幅鑒頻法 振幅鑒頻器將等幅的調(diào)頻信號變換成振幅也隨瞬時頻率變化、 既調(diào)頻又調(diào)幅的FM-AM波通過包絡(luò)檢波器解調(diào)此調(diào)頻信號,FM-AM變換的方法,1) 直接時域微分法：調(diào)制信號調(diào)頻波微分FM-AM波,微分,設(shè)u=f(t)，調(diào)頻波為,7-39,7-40,電壓u的振幅與瞬時頻率(t)=c+kff(t) 成正比FM-AM波,圖 7-28 微分鑒頻原理,1) 直接時域微分法：調(diào)制信號調(diào)頻波微分FM-AM波,鑒頻器由微分網(wǎng)絡(luò)和包絡(luò)檢波器兩部分組成,自閱：圖7-29為一最簡單的微分鑒頻電路，微分作用由電容C完成。其工作過程可自行分析。圖中虛線框內(nèi)的電路為另一平衡支路，以消除輸出直流分量。 理論上這種

42、方法非常好，但在實際電路中，由于器件非線性等原因，其有效的線性鑒頻范圍是有限的。為了擴大線性鑒頻范圍，可以采用較為理想的時域微分鑒頻器，如脈沖計數(shù)式鑒頻器,圖 7-29 微分鑒頻電路,2) 斜率鑒頻法,引言：微分器的作用也可由其它網(wǎng)絡(luò)來完成，只要在所需頻率范圍內(nèi)具有線性幅頻特性即可。如低通、 高通、 帶通網(wǎng)絡(luò)等都可以完成這一轉(zhuǎn)換，其中應用最多的是帶通網(wǎng)絡(luò),最簡單的單調(diào)諧斜率鑒頻電路?；芈返闹C振頻率f0高于FM波的載頻fc （失諧），并盡量利用幅頻特性的傾斜部分,ui是FM-AM波,包絡(luò)檢波,圖7-30 單回路斜率鑒頻器,當ffc時，回路兩端電壓大; 當f fc時，回路兩端電壓小，因而形成圖(b

43、)中Ui的波形。這種利用調(diào)諧回路幅頻特性傾斜部分對FM波解調(diào)的方法稱為斜率鑒頻。由于在斜率鑒頻電路中，利用的是調(diào)諧回路的失(離)諧狀態(tài)，因此又稱失(離)諧回路法,單調(diào)諧回路的諧振曲線，其傾斜部分的線性度是較差的。為了擴大線性范圍，實際上采用的多是三調(diào)諧回路的雙離諧平衡鑒頻器,圖 7-31 雙離諧平衡鑒頻器,實際上多采用三調(diào)諧回路的雙離諧平衡鑒頻器 三個回路的諧頻分別為f01=fc、 f02fc、f03fc，且f02fc=fcf03。上支路輸出Uo1與單調(diào)諧斜率鑒頻電路中Uo波形相同。下支路則與上支路相反。當瞬時頻率最高時，Uo1最大，Uo2最小; 當瞬時頻率最低時，Uo1最小，Uo2最大,圖7

44、-32 圖7-31各點波形,較好的線性響應，失真較小，靈敏度也高于單回路鑒頻器,輸出負載為差動連接，鑒頻器輸出電壓為Uo=Uo1Uo2，Uo波形見圖7-32 (d)。當f=fc時，上、 下支路輸出相等，總輸出電壓Uo=0,圖 7-33 雙離諧鑒頻器的鑒頻特性,虛線為兩回路的諧振曲線,2. 相位鑒頻法 將等幅的調(diào)頻信號變成相位也隨瞬時頻率變化的、 既調(diào)頻又調(diào)相的FM-PM波通過鑒相器解調(diào)此調(diào)頻信號 相位鑒頻法的關(guān)鍵是相位檢波器檢出兩個信號之間的相位差， 完成相位差電壓變換作用的部件或電路,圖 7-34 相位鑒頻法的原理框圖,線性的頻率相位轉(zhuǎn)換特性,完成兩個信號相位差電壓變換,設(shè)輸入鑒相器的兩個信

45、號分別為,7-41,7-42,在線性鑒相時， uo與輸入相位差e(t)=2(t)1(t)成正比。式(7-42)中引入/2固定相移的目的在于當輸入相位差e(t)= 2(t)1(t)在零附近正負變化時，鑒相器輸出電壓也相應地在零附近正負變化,同時加于鑒相器，輸出電壓uo是瞬時相位差的函數(shù),7-43,在鑒相時， u1常為輸入調(diào)相波， 其中1(t)為反映調(diào)相波的相位隨調(diào)制信號規(guī)律變化的時間函數(shù)， u2為參考信號。在相位鑒頻時， u1常為輸入調(diào)頻波， u2是u1通過移相網(wǎng)絡(luò)后的信號。 與調(diào)幅信號的同步檢波器類似， 相位檢波器也有疊加型和乘積型之分， 相應的相位鑒頻器分別稱為疊加型相位鑒頻器和乘積型相位鑒

46、頻器,1) 乘積型相位鑒頻法 利用乘積型鑒相器實現(xiàn)鑒頻的方法稱為乘積型相位鑒頻法或積分(Quadrature)鑒頻法,圖 7-35 乘積型相位鑒頻法,單諧振回路(或耦合回路,調(diào)頻信號,us=Us cos(ct+mfsint,相位檢波器為乘積型鑒相器,f0諧振頻率,f0=fc Q0品質(zhì)因數(shù),引入固定相移/2(或/2)的目的是為了得到一條通過原點的鑒相或鑒頻曲線,1) 乘積型相位鑒頻法,設(shè)乘法器的乘積因子為K， 則經(jīng)過相乘器和低通濾波器后的輸出電壓為 (7-44) 當f/f01時， 上式變?yōu)閡oKU1U2Q0f/f0， 可見鑒頻器輸出與輸入信號的頻偏成正比,2) 疊加型相位鑒頻法 -利用疊加型鑒相

47、器實現(xiàn)鑒頻的方法稱為疊加型相位鑒頻法。對于疊加型鑒相器， 就是先將u1和u2(式(7-41)和(7-42)相加， 把兩者的相位差的變化轉(zhuǎn)換為合成信號的振幅變化， 然后用包絡(luò)檢波器檢出其振幅變化， 從而達到鑒相的目的。當U1和U2相差很大時， 如U2U1或U1U2， 采用與同步檢波器相同的分析方法可得， 鑒相器輸出為upd=kdU(t)，其中 或。也就是 說， 鑒相特性近似為正弦形。在u1和u2之間的相位差e(t)較小時， 鑒相輸出與e(t)近似成線性關(guān)系,為了抵消直流項， 擴大線性鑒頻范圍， 它通常采用平衡式電路， 差動輸出， 如圖 7-36 所示。具有線性的頻相轉(zhuǎn)換特性的變換電路(移相網(wǎng)絡(luò))

48、一般由耦合回路來實現(xiàn)， 因此也稱為耦合回路相位鑒頻法。耦合回路的初、 次級電壓間的相位差隨輸入調(diào)頻信號瞬時頻率變化。虛線框內(nèi)部分為平衡式疊加型鑒相器。耦合回路可以是互感耦合回路， 也可以是電容耦合回路。另外， /2固定相移也由耦合回路引入。 對于平衡方式， 如果U1=U2， 鑒相輸出電壓為U1、 U2相差較大時的倍， 鑒相特性近似為三角形， 線性鑒頻范圍擴展為U1、 U2相差較大時的2倍。因此， 在實際應用中， 常把U1、 U2調(diào)成近似相等,圖 7-36 平衡式疊加型相位鑒頻器框圖,需要指出，與斜率鑒頻器不同， 在這里，耦合回路的初、 次級電路是同頻的，它們均調(diào)諧于信號的載頻fc上。而且一般情

49、況下， 初、次級回路具有相同的參數(shù)。 應當強調(diào)指出， 疊加型鑒相器的工作過程實際包括兩個動作： 首先， 輸入調(diào)頻信號經(jīng)頻率相位變換后變成既調(diào)頻又調(diào)相的FM-PM信號， 通過加法器完成矢量相加， 將兩個信號電壓之間的相位差變化相應地變成合成信號的包絡(luò)變化(既調(diào)頻、 調(diào)相又調(diào)幅的FM-PM-AM 信號)， 然后由包絡(luò)檢波器將其包絡(luò)檢出。因此， 從原理上講，疊加型相位鑒頻器也可以認為是一種振幅鑒頻器,3. 直接脈沖計數(shù)式鑒頻法 調(diào)頻信號的信息寄托在已調(diào)波的頻率上。從某種意義上講， 信號頻率就是信號電壓或電流波形單位時間內(nèi)過零點(或零交點)的次數(shù)。對于脈沖或數(shù)字信號， 信號頻率就是信號脈沖的個數(shù)。基于

50、這種原理的鑒頻器稱為零交點鑒頻器或脈沖計數(shù)式鑒頻器。它是先將輸入調(diào)頻信號通過具有合適特性的非線性變換網(wǎng)絡(luò)(頻率-電壓變換)， 使它變換為調(diào)頻脈沖序列。由于該脈沖序列含有反映瞬時頻率變化的平均分量， 因而， 將該調(diào)頻脈沖序列直接計數(shù)就可得到反映瞬時頻率變化的解調(diào)電壓， 或者通過低通濾波器的平滑而得到反映瞬時頻率變化的平均分量的輸出解調(diào)電壓,典型的脈沖計數(shù)式鑒頻器的框圖見圖 7-37(a)，圖7-37(b)是其各點對應的波形。圖中，先將輸入調(diào)頻信號進行寬帶放大和限幅，變成調(diào)頻方波信號，然后進行微分得到一串高度相等、形狀相同的微分脈沖序列。再經(jīng)半波整流得到反映調(diào)頻信號瞬時頻率變化的單向微分脈沖序列。

51、對此單向微分脈沖計數(shù)，就可直接得到調(diào)頻信號的頻率。為了提高鑒頻效率，一般都在微分后加一個脈沖形成電路，將微分脈沖序列變換成脈寬為的矩形脈沖序列，然后對該調(diào)頻脈沖序列直接計數(shù)或通過低通濾波器得到反映瞬時頻率變化的輸出解調(diào)電壓,圖 7-37 直接脈沖計數(shù)式鑒頻器,脈沖計數(shù)式鑒頻法是直接鑒頻法，其鑒頻特性的線性度高，最大頻偏大，便于集成。但是，其最高工作頻率受脈沖序列的最小脈寬min的限制。min1/(fc+fm)，實際工作頻率通常小于幾十兆赫茲。在限幅電路后插入分頻電路，可使工作頻率提高到幾百兆赫茲左右。目前，在一些高級的收音機中已開始采用這種電路,圖 7-38 互感耦合相位鑒頻器,互感耦合相位鑒

52、頻器的工作原理可分為移相網(wǎng)絡(luò)的頻率相位變換，加法器的相位幅度變換和包絡(luò)檢波器的差動檢波三個過程,1) 頻率相位變換 頻率相位變換是由圖 7 -39(a)所示的互感耦合回路完成的。由圖 7-39(b)的等效電路可知，初級回路電感L1中的電流為 (7-45) 式中，Zf為次級回路對初級回路的反射阻抗，在互感M較小時，Zf可以忽略。 考慮初、次級回路均為高Q回路，r1也可忽略。這樣，上式可近似為 (7-46) 初級電流在次級回路產(chǎn)生的感應電動勢為 (7-47,圖 7-39 互感耦合回路,感應電動勢在次級回路形成的電流為 (7-48) 流經(jīng)C2，在C2上形成的電壓為 (7-49) =2Qf/f0，則上

53、式變?yōu)?(7-50) 式中，A=kQ為耦合因子，Q=1/(0Cr)，=arctan,上式表明，與之間的幅值和相位關(guān)系都將隨輸入信號的頻率變化。但在f0附近幅值變化不大，而相位變化明顯。與 之間的相位差為。次級回路的阻抗角與頻率的關(guān)系及與頻率的關(guān)系如圖7-40 所示。由此可知，當f=f0=fc時，次級回路 諧振，與之間的相位差為/2(引入的固定相差)； 當ff0=fc時，次級回路呈感性，與 之間的相位差為0/2; 當ff0=fc時，次級回路呈容性，與之間的相位差為 。 由以上可以看出，在一定頻率范圍內(nèi)，與間的相位差與頻率之間具有線性關(guān)系。因而互感耦合回路可以作為線性相移網(wǎng)絡(luò)，其中固定相差/2是由

54、互感形成的。 應當注意，與鑒相器不同，由于由耦合回路產(chǎn)生，相移網(wǎng)絡(luò)由諧振回路形成，因此，的幅度隨頻率變化。但在回路通頻帶之內(nèi)，其幅度基本不變,圖 7-40 頻率相位變換電路的相頻特性,2) 相位幅度變換 根據(jù)圖中規(guī)定的與的極性，圖7-38電路可簡化為圖7-41。這樣，在兩個檢波二極管上的高頻電壓分別為,7-51,圖 7-41 圖 7-38 的簡化電路,合成矢量的幅度隨與間的相位差而變化(FM-PM-AM信號)，如圖7- 42所示。 f=f0=fc時，與的振幅相等，即UD1=UD2; f f0=fc時，UD1UD2，隨著f的增加，兩者差值將加大； ff0=fc時，UD1UD2，隨著f的增加，兩者

55、差值也將加大,圖7-42 不同頻率時的與矢量圖,3) 檢波輸出 設(shè)兩個包絡(luò)檢波器的檢波系數(shù)分別為Kd1、Kd2(通常Kd1=Kd12=Kd)，則兩個包絡(luò)檢波器的輸出分別為uo1=Kd1UD1、uo2=Kd2UD2。鑒頻器的輸出電壓為 uo=uo1uo2=Kd(UD1UD2) (7-52) 由上面分析可知，當f=f0=f，鑒頻器輸出為正；當ff0=fc時，鑒頻器輸出為負。如圖 7-43(a)所示，這就是此鑒頻器的鑒頻特性，為正極性。通常情況下，鑒頻特性曲線對原點奇對稱。隨頻偏f的正負變化，輸出電壓也正負變化,圖 7-43 鑒頻特性曲線,應當指出，在瞬時頻偏為零時，輸出也為零，這是靠固定相移/2及

56、平衡差動輸出來保證的。在頻偏不大的情況下，隨著頻率的變化，與幅度變化不大而相位變化明顯，鑒頻特性近似線性； 但當頻偏較大時，相位變化趨于緩慢，而與幅度明顯下降，從而引起合成電壓下降。實際上，鑒頻器的鑒頻特性可以認為是移相網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性和相頻特性相乘的結(jié)果，如圖 7-43(c)中的曲線所示，圖中曲線為移相網(wǎng)絡(luò)只對相位起作用而不引起電壓幅度變化時的情況。由此鑒頻特性也可看出，只有輸入的調(diào)頻信號的頻偏在鑒頻特性的線性區(qū)內(nèi)，才能不失真地得到原調(diào)制信號,鑒頻器的鑒頻特性與參數(shù)A有密切的關(guān)系。在A一定時，隨著頻偏的增大，鑒頻輸出線性增大。當頻偏增大到一定程度時，鑒頻輸出變化緩慢并出現(xiàn)最大值。若頻偏繼續(xù)增大

57、，鑒頻輸出反而下降。鑒頻輸出最大值及其所對應的頻偏值與A值有關(guān)。當A1 時，其鑒頻輸出的最大值出現(xiàn)于廣義失諧=A處。這時，對應的峰值帶寬Bm=kf0，這說明耦合系數(shù)k一定，則Bm一定。只要k一定，當改變Q而引起A變化時，Bm就不會變化。但如果Q一定，改變k使A變化時，Bm將隨k變化。鑒頻跨導也與A值有關(guān)。由于A=kQ，因此，存在以下兩種情況,第一種情況，Q為常數(shù)，k變化而引起A值變化，此時SDA曲線如圖7-44(a)所示。最大跨導SDmax所對的A值在A=0.86處獲得。當A1后，SD下降較快。 第二種情況，k一定，Q變化，引起A變化。由于Q變化，回路諧振電阻Re改變，這時SDA曲線如圖7-4

58、4(b)所示。隨著A的增加，SD單調(diào)上升。當A3后，SD上升緩慢，A很大時，SD接近極限值。 此外，A愈大，峰值帶寬愈寬。但A太大(如A3時)，曲線的線性度變差。線性度及斜率下降的原因，主要是耦合過緊時，諧振曲線在原點處凹陷過大造成的。為了兼顧鑒頻特性的幾個參數(shù)，A通常選擇在13之間。實際鑒頻特性的線性區(qū)約在2Bm/3之內(nèi),圖 7-44 SDA曲線,2. 電容耦合相位鑒頻器 圖7-45(a)是電容耦合相位鑒頻器的基本電路。兩個回路相互屏蔽。圖中Cm為兩回路間的耦合電容，其值很小，一般只有幾個皮法至十幾個皮法。除耦合回路外，其它部分均與互感耦合相位鑒頻器相同。因此，它們有著相同的工作原理，我們只

59、需分析耦合回路在波形變換中的作用即可,圖7-45 電容耦合相位鑒頻器,耦合回路部分單獨示于圖7-45(b)，其等效電路示于圖 7-45(c)。根據(jù)耦合電路理論可求出此電路的耦合系數(shù)為 (7-53) 設(shè)次級回路的并聯(lián)阻抗Z2為 (7-54) 由于Cm很小，滿足1/(Cm)p2Z2，p=1/2。分析可得，AB間的電壓為 (7-55,由此可得 此式與互感耦合電路完全相同，因此，其鑒頻特性與互感耦合相位鑒頻器相同。 電容耦合相位鑒頻器的耦合系數(shù)由Cm和C決定，易于調(diào)整。并且兩回路不需要通過空間的磁耦合，可單獨屏蔽，結(jié)構(gòu)也簡單,7.5.2 比例鑒頻器 由對互感耦合相位鑒頻器的分析可知，相位鑒頻器的輸出隨接收信號的大小而變化。為抑制寄生調(diào)幅的影響，相位鑒頻器前必須使用限幅器。但限幅器要求較大的輸入信號，這必將導致鑒頻器前中放、限幅數(shù)的增加。比例鑒頻器具有自動限幅作用，不僅可以減少前面放大器的級數(shù)，而且可以避免使用硬限幅器，因此，比例鑒頻器在調(diào)頻廣播接收機及電視接收機中得到了廣泛的應用,1. 電路 比例鑒頻器是一種類似于疊加型相位鑒頻器，而又具有自限幅(軟限幅)能力的鑒頻器，其基本電路如圖7-46(a)所示。它與互感耦合相位鑒頻器電路的區(qū)別在于： (1) 兩個二極管順接； (2) 在電阻(R1+R2)兩端并接一個大電容C，容量約在10 F數(shù)量級。時間常數(shù)(R1+R2)C很