第7章角度调制与解调资料课件

第第7 7章章 频率调制与解调频率调制与解调 7.1 7.1 调频信号分析调频信号分析 7.2 7.2 调频器与调频方法调频器与调频方法7.3 7.3 调频电路调频电路7.4 7.4 鉴频器与鉴频方法鉴频器与鉴频方法 7.5 7.5 鉴频电路鉴频电路概述概述频率调制和相位调制合称为频率调制和相位调制合称为角度调制角度调制(简称调简称调角角)。因为相位是频率的积分因为相位是频率的积分,故频率的变化必将故频率的变化必将引起相位的变化引起相位的变化,反之亦然反之亦然,所以调频信号与调相所以调频信号与调相信号在时域特性、频谱宽度、调制与解调的原理和信号在时域特性、频谱宽度、调制与解调的原理和实现方法等方面都有密切的联系。实现方法等方面都有密切的联系。角度调制与解调属于角度调制与解调属于非线性频率变换非线性频率变换,比比属于属于线性频率变换线性频率变换的振幅调制与解调在原理和电路实现的振幅调制与解调在原理和电路实现上都要困难一些。上都要困难一些。由于角度调制信号在抗干扰方面比振幅调制信由于角度调制信号在抗干扰方面比振幅调制信号要好得多号要好得多,所以虽然要占用更多的带宽所以虽然要占用更多的带宽,但仍得但仍得到了广泛的应用。到了广泛的应用。其其中中,在在模模拟拟通通信信方方面面,调调频频制制比比调调相相制制更更加加优优越越,故故大大都都采采用用调调频频制制。所所以以,本本章章在在介介绍绍电电路路时时,以以调调频频电电路路、鉴鉴频频(频频率率解解调调)电电路路为为主主题题,但但由由于于调调频频信信号号与与调调相相信信号号的的内内在在联联系系,调调频频可可以以用用调调相相电电路路间间接接实实现现,鉴鉴频频也也可可以以用用鉴鉴相相(相相位位解解调调,也也称称相相位位检检波波)电电路路间间接接实实现现,所所以以实际上也介绍了一些调相与鉴相电路。实际上也介绍了一些调相与鉴相电路。7.1 7.1 调频信号分析调频信号分析 设载波电压为：设载波电压为：uC=UCcosct,若调制信号为单一频率信号：若调制信号为单一频率信号：u(t)=Ucost,（）则根据调频的定义（）则根据调频的定义,调频信号的调频信号的瞬时角频率瞬时角频率为：为：一一 调频信号的表达式的推导调频信号的表达式的推导（）调调频频信信号号的的瞬瞬时时相相位位(t)是是瞬瞬时时角角频频率率(t t)对对时间的积分时间的积分,即即式中式中 称为调频指数或最大相偏。称为调频指数或最大相偏。式中式中kf为比例常数，称为调频灵敏度；为比例常数，称为调频灵敏度；式中式中 称为最大频偏。称为最大频偏。（）（）FMFM波的表示式波的表示式为为(74(74)二调频信号的波形二调频信号的波形调频波调频波fm、mf与与F的关系的关系 三三 调频信号的基本参数调频信号的基本参数（）（）kf称为调频灵敏度，单位为称为调频灵敏度，单位为radradsvsv或或z zv v（）（）称为最大角频偏，单位为称为最大角频偏，单位为rads（）（）称为调频指数或最大相偏，称为调频指数或最大相偏，无量纲无量纲称为最大频偏，称为最大频偏，zv1 1频谱频谱（以单音调制的调频波为例）（以单音调制的调频波为例）设设 ，用三角函数展开，得，用三角函数展开，得调频波调频波用用贝塞尔函数把上式分解为无穷个余弦函数的级数得：贝塞尔函数把上式分解为无穷个余弦函数的级数得：载载频频第一对边频第一对边频第二对边频第二对边频第三对边频第三对边频四调频波的频谱与带宽四调频波的频谱与带宽由此得出几个结论：由此得出几个结论：（1 1）一个调频波是由载波分量和无数对边频分量组成：）一个调频波是由载波分量和无数对边频分量组成：其中，其中，n n为奇数的上、下边频分量的振幅相等，极性相反；为奇数的上、下边频分量的振幅相等，极性相反；n n为偶数的上、下边频分量的振幅相等，极性相同；为偶数的上、下边频分量的振幅相等，极性相同；相邻边频之间的频率间隔是相邻边频之间的频率间隔是 。（2 2）载波、各边频分量的幅度均随）载波、各边频分量的幅度均随 而变化，且等于而变化，且等于 而而 由贝塞尔函数决定。由贝塞尔函数决定。载波和边频分量幅度相对大小以调制指数载波和边频分量幅度相对大小以调制指数 而定，且调制指数而定，且调制指数与调制信号的强度有关。边频幅度可大于载波幅度。与调制信号的强度有关。边频幅度可大于载波幅度。0.500.940.240.031.000.770.440.110.022.000.220.580.350.130.03图图73 73 第一类贝塞尔函数曲线第一类贝塞尔函数曲线 0.500.500.940.940.240.240.030.031.001.000.770.770.440.440.110.110.020.022.002.000.220.220.580.580.350.350.130.130.030.03图图75 75 调频信号的矢量表示调频信号的矢量表示 图图74 74 单单频频调调制制时时FMFM波的振幅谱波的振幅谱（a a）为常数为常数;（b b）m m为常数为常数 2 2带宽带宽 理论上，其频谱宽度是无限大，但是边频分量越理论上，其频谱宽度是无限大，但是边频分量越远，其能量越小，可忽略！这样，调角信号实际占据远，其能量越小，可忽略！这样，调角信号实际占据的有效带宽可认为是有限的。描述这样的带宽有：的有效带宽可认为是有限的。描述这样的带宽有：是是指忽略边频分量幅度小于指忽略边频分量幅度小于 的百分之一时的频谱宽度的百分之一时的频谱宽度CarsonCarson带宽。一般用此计算带宽，即带宽。一般用此计算带宽，即一般窄带通信系统中，用一般窄带通信系统中，用 ，仅当时，仅当时宽带通信系统中，用宽带通信系统中，用 ，仅当时，仅当时是是指忽略边频分量幅度小于指忽略边频分量幅度小于 的十分之一时的频谱宽度的十分之一时的频谱宽度更准确的计算公式为：更准确的计算公式为：当当调调制制信信号号不不是是单单一一频频率率时时,由由于于调调频频是是非非线线性性过过程程,其其频频谱谱要要复复杂杂得得多多。比比如如有有F F1 1、F F2 2两两个个调调制制频频率率,则根据式则根据式(7-7)(7-7)可写出可写出 可见可见多频多频调频波的频谱分量有：调频波的频谱分量有：讨论：讨论：带宽计算为：带宽计算为：4 4 调频波的功率调频波的功率 调频信号调频信号u uFMFM(t t)在电阻在电阻R RL L上消耗的平均功率为上消耗的平均功率为（715715）当载波幅度一定，调频波的平均功率就一定了，当载波幅度一定，调频波的平均功率就一定了，其与调制指数无关。即说是，调制指数的改变，只是其与调制指数无关。即说是，调制指数的改变，只是影响频谱各分量功率的重新分配，不改变总功率。影响频谱各分量功率的重新分配，不改变总功率。五五 调频波与调相波的比较调频波与调相波的比较1 1调相波调相波 调相波是其瞬时相位以未调载波相位调相波是其瞬时相位以未调载波相位c c为中心为中心按调制信号规律变化的等幅高频振荡。按调制信号规律变化的等幅高频振荡。如如u u(t t)=)=U Ucostcost,并令并令0 0=0,=0,则其瞬时相位为则其瞬时相位为 (t(t)=)=c ct t+(t t)=)=c ct t+k kp pu u(t t)=c ct t+m mcoscost t=c ct t+m mp pcoscost t （716716）从而得到调相信号为从而得到调相信号为 u uPMPM(t t)=)=U UC Ccos(cos(c ct t+m mp pcoscost t)（717717）调相波的瞬时频率为调相波的瞬时频率为（718718）图图78 78 调相波调相波ffm m、m mp p与与F F的关系的关系 图图77 77 调相波波形调相波波形 至至于于PMPM波波的的频频谱谱及及带带宽宽,其其分分析析方方法法与与FMFM相相同同。调相信号带宽为调相信号带宽为 B Bs s=2(m=2(mp p+1)F+1)F (719)(719)图图79 79 调频与调相的关系调频与调相的关系 2 2调频波与调相波的比较调频波与调相波的比较 调频波与调相波的比较见表调频波与调相波的比较见表7171。在本节结束前在本节结束前,要强调几点要强调几点:（1 1）角角度度调调制制是是非非线线性性调调制制,在在单单频频调调制制时时会会出出现现（c cnn）分分量量,在在多多频频调调制制时时还还会会出出现现交交叉叉调制（调制（c cnn1 1kk2 2+）分量。）分量。（2 2）调频的频谱结构与）调频的频谱结构与m mf f密切相关。密切相关。m mf f大大,频频带宽。带宽。（3 3）与）与AMAM制相比制相比,角调方式的设备利用率高角调方式的设备利用率高,因其平均功率与最大功率一样。因其平均功率与最大功率一样。表表71 71 调频波与调相波的比较表调频波与调相波的比较表 习题7.2 7.2 调频器与调频方法调频器与调频方法 一一.调频器调频器 调频特性的要求如下调频特性的要求如下:（1 1）调制特性线性要好。）调制特性线性要好。（2 2）最大频偏要满足要求。）最大频偏要满足要求。（3 3）调制灵敏度要高。）调制灵敏度要高。（4 4）载波性能要好。）载波性能要好。图图710 710 调频特性曲线调频特性曲线 二二.调频方法调频方法 1 1直接调频法直接调频法 这这种种方方法法一一般般是是用用调调制制电电压压直直接接控控制制振振荡荡器器的的振振荡荡频频率率,使使振振荡荡频频率率f(t)按按调调制制电电压压的的规规律变化。律变化。若若被被控控制制的的是是LCLC振振荡荡器器,则则只只需需控控制制振振荡荡回回路路的的某某个个元元件件(L(L或或C),C),使使其其参参数数随随调调制制电电压压变化变化,就可达到直接调频的目的。就可达到直接调频的目的。2.2.间接调频法间接调频法 据间接调频据间接调频的含义，其的含义，其电路原理模电路原理模型为：型为：积分器积分器调相器调相器 一一正弦波振荡器正弦波振荡器单音调制时：单音调制时：其其输出的调频波为：其其输出的调频波为：那么，间接调频的关键就是那么，间接调频的关键就是调相器调相器失量失量合成法合成法可变移相法可变移相法可变时延法可变时延法实现调相电路实现调相电路的方法主要有的方法主要有 (1 1）矢量合成法）矢量合成法 这种方法主要针对的是窄带的调频或调相信号。这种方法主要针对的是窄带的调频或调相信号。对于单音调相信号对于单音调相信号:上式上式简化为简化为:载波信号载波信号双边带调制信号双边带调制信号 由于，这个模型是在调相指数比较小时的结果，因此它由于，这个模型是在调相指数比较小时的结果，因此它只能产生窄带调相波。其实现方法如下图（只能产生窄带调相波。其实现方法如下图（b b）。）。当当 比较小时，比较小时，图图711 711 矢量合成法调相与调频矢量合成法调相与调频 调幅调幅AMAM窄带调频窄带调频NBFMNBFM窄带调相窄带调相NBPMNBPM正弦波正弦波振荡器振荡器可控相移网络可控相移网络 可可控相移控相移网网络可用变容管调络可用变容管调相电路实现，而相电路实现，而变容管调相电路变容管调相电路实际上就是一个实际上就是一个可变谐振点的谐可变谐振点的谐振回路。振回路。(2)(2)可变移相法可变移相法 将载波信号通过一可控移相网络将载波信号通过一可控移相网络,移相移相受调制信号控制受调制信号控制,即即 则输出信号为则输出信号为 由此可知由此可知,输出信号已变成调相信号了。输出信号已变成调相信号了。(3)(3)可变时延法可变时延法 将将载载波波信信号号通通过过一一可可控控延延时时网网络络,延延时时时时间间受调制信号控制受调制信号控制,即即 则输出信号为则输出信号为 由此可知由此可知,输出信号已变成调相信号了。输出信号已变成调相信号了。正弦波正弦波振荡器振荡器可控时延网络可控时延网络7.3 7.3 调频电路调频电路一一.直接调频电路直接调频电路 1.1.变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路 1 1）变容二极管）变容二极管 变容二极管是利用半导体变容二极管是利用半导体PNPN结的结电容随外加反向电压结的结电容随外加反向电压而变化这一特性制成的半导体二极管。而变化这一特性制成的半导体二极管。它是一种电压控制可变电抗元件。它是一种电压控制可变电抗元件。电路符号电路符号等效电路等效电路 图图712 712 变容管的变容管的C Cj ju u曲线曲线 其结电容其结电容C Cj j与在其两端所加反偏电压与在其两端所加反偏电压u u之间存在着如下关系之间存在着如下关系:结结电容电容（721721）静态工作点为静态工作点为E EQ Q时时,变容二极管结电容为变容二极管结电容为（722722）设在变容二极管上加的调制信号电压为设在变容二极管上加的调制信号电压为 u u(t t)=)=U Ucoscostt,则则(724)(724)2 2）变容二极管调频电路）变容二极管调频电路 是目前最为广泛应用的调频电路，它具有电路简单、性是目前最为广泛应用的调频电路，它具有电路简单、性能优良、工作频率高、固有损耗小等特点。能优良、工作频率高、固有损耗小等特点。根据变容管接入到振荡电路中的特点，把变容二极根据变容管接入到振荡电路中的特点，把变容二极管调频电路分为管调频电路分为:（1 1）作为全部回路电容的直接调频电路）作为全部回路电容的直接调频电路（2 2）作为部分回路电容的直接调频电路）作为部分回路电容的直接调频电路图图713 713 变容管作为回路总电容全部接入回路变容管作为回路总电容全部接入回路 图图713713为一变容二极管直接调频电路为一变容二极管直接调频电路,C Cj j作为回路总电作为回路总电容接入回路。图容接入回路。图7-137-13（b b）是图）是图713713（a a）振荡回路的简化高）振荡回路的简化高频电路。频电路。(1)(1)全接入变容二极管直接调频全接入变容二极管直接调频图图714 714 变容管线性调频原理变容管线性调频原理由此可知由此可知,若变容管上加若变容管上加u u(t t),),就就会使得会使得C Cj j随时间变化（时变电容）随时间变化（时变电容）,如图如图714(a)714(a)所示所示,此时振荡频率此时振荡频率:振荡频率随时间变化的曲线如图振荡频率随时间变化的曲线如图714(b)714(b)所示。所示。(725)(725)对于式对于式(725):(a).(a).若若=2,=2,则得则得（726726）其中其中实现了线性调频实现了线性调频.振荡频率随时间变化的曲线如图振荡频率随时间变化的曲线如图714(c)714(c)所示。所示。总结：总结：忽略高次项忽略高次项,上式可近似为上式可近似为(727(727)二次谐波失真系数可用下式求出二次谐波失真系数可用下式求出:(728)(728)(b).(b).一般情况下一般情况下,2,2,这时这时,式（式（725725）可以展开成幂级数）可以展开成幂级数 调调频频灵灵敏敏度度可可以以通通过过调调制制特特性性或或式式（727727）求求出出。根据调频灵敏度的定义根据调频灵敏度的定义,有有（729729）图图715 715 加在变容管上的电压加在变容管上的电压图图716716变容管等效电容随高频电压振幅和偏压的变化变容管等效电容随高频电压振幅和偏压的变化 (a(a）j j随随U U1 1变化曲线变化曲线;（b b）C Cj j随随E E变化曲线变化曲线 （2 2）部分接入变容二极管直接调频）部分接入变容二极管直接调频 即即C Cj j作为回路电容回路。作为回路电容回路。图图719 719 变容二极管直接调频电路举例变容二极管直接调频电路举例 （a a）实际电路）实际电路;（b b）等效电路）等效电路 图图718 718 C Cj j与固定电容串、并联后的特性与固定电容串、并联后的特性 因为在实际应用中因为在实际应用中,通常通常2,2,C Cj j作为回路总电容将会使作为回路总电容将会使调频特性出现非线性调频特性出现非线性,输出信号的频率稳定度也将下降。因此输出信号的频率稳定度也将下降。因此,通常利用对变容二极管串联或并联电容的方法来调整回路总通常利用对变容二极管串联或并联电容的方法来调整回路总电容电容C C与电压与电压u u之间的特性。之间的特性。图图717717就就是是变变容容管管部部分分接接入入回回路路的的情情况况。这这样样,回路的总电容为回路的总电容为（730730）图图717 717 部分接入的振荡回路部分接入的振荡回路 振荡频率为振荡频率为 式中式中 从式（从式（732732）可以看出）可以看出,当当C Cj j部分接入时部分接入时,其最大频偏为其最大频偏为（734）变变容容二二极极管管（对对LCLC振振荡荡器器）直直接接调调频频电电路路的的中中心心频频率率稳稳定定度度较较差差。为为得得到到高高稳稳定定度度调调频频信信号号,须须采采取取稳稳频频措措施施,如如增增加加自自动动频频率率微微调调电电路路或或锁锁相相环环路路（第第8 8章章讨讨论论）。还还有有一一种种稳稳频频的的简简单单方方法法是是直直接接对对晶晶体体振振荡荡器器调调频。频。2.2.晶体振荡器直接调频电路晶体振荡器直接调频电路 图图720 720 晶体振荡器直接调频电路晶体振荡器直接调频电路（a a）实际电路）实际电路;（b b）交流等效电路）交流等效电路 图图720720（a a）为为变变容容二二极极管管对对晶晶体体振振荡荡器器直直接接调频电路调频电路,图（图（b b）为其交流等效电路。）为其交流等效电路。由由图图可可知知,此此电电路路为为并并联联型型晶晶振振皮皮尔尔斯斯电电路路,其其稳定度高于密勒电路。稳定度高于密勒电路。图图中中,变变容容二二极极管管相相当当于于晶晶体体振振荡荡器器中中的的微微调调电电容容,它它与与C C1 1、C C2 2的的串串联联等等效效电电容容作作为为石石英英谐谐振振器器的的负负载电容载电容C CL L。此电路的振荡频率为。此电路的振荡频率为 二二.间接调频电路间接调频电路 以以LCLC网络可变移相法为例说明。网络可变移相法为例说明。图图724724是是一一个个变变容容二二极极管管调调相相电电路路。它它将将受受调调制信号控制的变容管作为制信号控制的变容管作为LCLC振荡回路的一个元件。振荡回路的一个元件。图图724 724 单回路变容管调相器单回路变容管调相器 1 12 2 当当/6/6时时,tantan,上式简化为上式简化为 设设输输入入调调制制信信号号为为U Ucoscost t,其其瞬瞬时时频频偏偏(此此处为回路谐振频率的偏移处为回路谐振频率的偏移)为为（735735）当当/6/6时时,tantan,上式简化为上式简化为（736736）高高Q Q并联振荡电路的电压、电流间相移为并联振荡电路的电压、电流间相移为图图725 725 三级回路级联的移相器三级回路级联的移相器以增大相偏和频偏以增大相偏和频偏 7.4 鉴频器与鉴频方法鉴频器与鉴频方法 7.4.1 鉴频器鉴频器 角角调调波波的的解解调调就就是是从从角角调调波波中中恢恢复复出出原原调调制制信信号号的的过过程程。调调频频波波的的解解调调电电路路称称为为频频率率检检波波器器或或鉴鉴频频器器（FD）,调调相相波波的的解调电路称为相位检波器或鉴相器（解调电路称为相位检波器或鉴相器（PD）。）。图图726鉴频器及鉴频特性鉴频器及鉴频特性 对对鉴鉴频频器器的的另另外外一一个个要要求求,就就是是鉴鉴频频跨跨导导要要大大。所所谓谓鉴鉴频频跨跨导导D,就就是是鉴鉴频频特特性性在在载载频频处处的的斜斜率率,它它表表示示的的是是单单位位频频偏偏所所能能产产生生的的解解调调输输出出电电压压。鉴鉴频频跨跨导导又又叫叫鉴鉴频频灵灵敏敏度度,用用公公式式表表示示为为（738）对对鉴鉴频频器器的的一一个个要要求求,就就是是鉴鉴频频特特性性的的线线性要好，线性度范围要宽。性要好，线性度范围要宽。7.4.2 鉴频方法鉴频方法 1.振幅鉴频法（时域波形变换法）振幅鉴频法（时域波形变换法）先先将将等等幅幅的的调调频频信信号号变变换换成成调调频频调调幅幅FMAM波波，其其振振幅幅正正比比于于瞬瞬时时频频率率的的变变化化,然然后后再再通通过过包包络络检检波波器器作作振振幅幅解解调调即即可可恢恢复复出出原原调调制信号。制信号。用用此此原原理理构构成成的的鉴鉴频频器器称称为为振振幅幅鉴鉴频频器器。其其工作原理如图所示。工作原理如图所示。限幅限幅电路电路变换变换电路电路包络包络检波检波调频波调频波等幅调频波等幅调频波调幅调频波调幅调频波调制信号调制信号限幅电路的作用：限幅电路的作用：就是在鉴频之前，确保调频波就是在鉴频之前，确保调频波为等幅，否则转换出来的包络变化就会产生失真。为等幅，否则转换出来的包络变化就会产生失真。1）直接时域微分法）直接时域微分法 设调制信号为设调制信号为u=f(t),调频波为调频波为（739）（740）对此式直接微分可得对此式直接微分可得图图728微分鉴频原理微分鉴频原理图图730单回路斜率鉴频器单回路斜率鉴频器 2）斜率鉴频法（失谐法，离谐法）斜率鉴频法（失谐法，离谐法）图图731双离谐平衡鉴频器双离谐平衡鉴频器图图732图图731各点波形各点波形图图733双离谐鉴频器的鉴频特性双离谐鉴频器的鉴频特性 双双离离谐谐鉴鉴频频器器的的输输出出是是取取两两个个带带通通响响应应之之差差,其其中中虚虚线线为为两两回回路的谐振曲线。路的谐振曲线。从从 图图 看看 出出,它它可可获获得得较较好好的的线线性性响响应应,失失真真较较小小,灵灵敏敏度度也也高高于于单单回回路路鉴鉴频频器。器。2.相位鉴频法相位鉴频法 相相位位鉴鉴频频法法的的原原理理框框图图如如图图734所所示示。先先将将等等幅幅的的调调频频信信号号又又移移相相网网络络变变成成相相位位也也随随瞬瞬时时频频率率变变化化的的、既既调调频频又又调调相相的的FMPM波波。然然后后将将此此FMPM波波与与原原FM波波进进行行相相位位比比较较检检出出两两个个信信号号之之间间的的相相位位差差，最最后后由由鉴鉴相相器器完完成成相相位位差差电压变换电压变换即可得到解调输出。即可得到解调输出。图图734相位鉴频法的原理框图相位鉴频法的原理框图移相网络移相网络 相位鉴频法的关键是相位检波器。相位鉴频法的关键是相位检波器。相相位位检检波波器器或或鉴鉴相相器器就就是是用用来来检检出出两两个个信信号号之之间间的的相相位位差差，完完成成相相位位差差电电压压变变换换作作用用的的部部件件或或电路。电路。设输入鉴相器的两个信号分别为设输入鉴相器的两个信号分别为(741)(742)同时加于鉴相器，鉴相器的输出电压同时加于鉴相器，鉴相器的输出电压uo是瞬时是瞬时相位差的函数，即相位差的函数，即(743)1)乘积型相位鉴频法乘积型相位鉴频法 （积分型相位鉴频法，正交鉴频器）（积分型相位鉴频法，正交鉴频器）在在乘乘积积型型相相位位鉴鉴频频器器中中，线线性性移移相相网网络络通通常常是是单单谐谐振振回回路路(或或耦耦合合回回路路)，而而相相位位检检波波器器为为乘积型鉴相器，如图乘积型鉴相器，如图735所示。所示。图图735乘积型相位鉴频法乘积型相位鉴频法乘积型鉴相器乘积型鉴相器移相网络如图移相网络如图749(a)所示，其传输函数为所示，其传输函数为(762)图图749移相网络相频特性移相网络相频特性 其中，其中，可可见见，u1与与u2(实实际际上上是是ur与与us)之之间间的的相相位位差差为为相频特性曲线见图相频特性曲线见图749(b)。若设。若设(764)当当f/f0f0=fc时时，UD1UD2，随随着着f的的增增加加，两者差值将加大；两者差值将加大；ff0=fc时时，UD1p2Z2,p=1/2。分析可。分析可得得,AB间的电间的电压为压为(754)(755)由此可得由此可得图图745电容耦合相位鉴频器电容耦合相位鉴频器 7.5.2 比例鉴频器比例鉴频器 1.电路电路 比比例例鉴鉴频频器器是是一一种种类类似似于于叠叠加加型型相相位位鉴鉴频频器器，而而又又具具有有自自限限幅幅(软软限限幅幅)能能力力的的鉴鉴频频器器，其其基基本本电电路路如如图图746(a)所所示示。它它与与互互感感耦耦合合相相位鉴频器电路的区别在于：位鉴频器电路的区别在于：(1)两个二极管顺接；两个二极管顺接；(2)在在电电阻阻(R1+R2)两两端端并并接接一一个个大大电电容容C，容容量量约约在在10F数数量量级级。时时间间常常数数(R1+R2)C很很大，约大，约0.10.25s，远大于低频信号的周期。，远大于低频信号的周期。(3)接地点和输出点改变。接地点和输出点改变。2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理 图图图图746(b)746(b)是是是是图图图图(a)(a)的的的的简简简简化化化化等等等等效效效效电电电电路路路路，电电电电压压压压、电电电电流如图所示。由电路理论可得流如图所示。由电路理论可得流如图所示。由电路理论可得流如图所示。由电路理论可得 i i1 1(R R1 1+R RL L)-)-i i2 2R RL L=u uc1 c1 (756)(756)i i2 2(R R2 2+R RL L)-)-i i1 1R RL L=u uc2c2 (757)(757)u uo o=(=(i i2 2-i i1 1)R RL L (758)(758)当当当当R R1 1=R R2 2=R R时，可得时，可得时，可得时，可得(759)(760)当当f=fc时时，UD1=UD2,i1=i2,但但以以相相反方向流过负载反方向流过负载RL,所以输出电压为零；所以输出电压为零；当当ffc时时，UD1UD2,i1i2,输输出出电电压为负；压为负；当当ffc时时，UD1UD2,i1i2，输输出电压为正。出电压为正。图图746比例鉴频器电路及特性比例鉴频器电路及特性 自自动动频频率率控控制制系系统统中中要要特特别别注注意意。当当然然，通通过过改改变变两两个个二二极极管管连连接接的的方方向向或或耦耦合合线线圈圈的的绕绕向向(同同名名端端)，可可以以使使鉴鉴频频特特性性反反向向。另另一一方方面面，输输出出电电压压也也可可由由下式导出：下式导出：(761)3.自限幅原理自限幅原理 (1)回回路路的的无无载载Q0值值要要足足够够高高，以以便便当当检检波波器器输输入入电电阻阻Ri随随输输入入电电压压幅幅度度变变化化时时，能引起回路能引起回路Qe明显的变化。明显的变化。(2)要要保保证证时时常常数数(R1+R2)C大大于于寄寄生生调调幅幅干干扰扰的的几几个个周周期期。比比例例鉴鉴频频器器存存在在着着过过抑抑制制与阻塞现象。与阻塞现象。图图747减小过抑制及阻塞的措施减小过抑制及阻塞的措施 7.5.3 正交鉴频器正交鉴频器 1.正交鉴频原理正交鉴频原理 正正交交鉴鉴频频器器实实际际上上是是一一种种乘乘积积型型相相位位鉴鉴频频器器，它它由由移移相相网网络络、乘乘法法器器和和低低通通滤滤波波器器三三部部分分组组成成。调调频频信信号号一一路路直直接接加加至至乘乘法法器器，另另一一路路经经相相移移网网络络移移相相后后(参参考考信信号号)加加至至乘乘法法器器。由由于于调调频频信信号号和和参参考考信信号号同同频频正交，因此，称之为正交鉴频器。正交，因此，称之为正交鉴频器。2.集成正交鉴频器集成正交鉴频器 图图748是是某某电电视视机机伴伴音音集集成成电电路路，它它包包括括限限幅幅中中放放(V1,V2;V4、V5;V7、8为为三三级级差差分分对对放放大大器器，V3、V6和和V9为为三三个个射射极极跟跟随随器器)、内内部部稳稳压压(VD1VD5、V10)和鉴频电路三部分。和鉴频电路三部分。移相网络如图移相网络如图749(a)所示，其传输函数为所示，其传输函数为(762)图图748集成正交鉴频器集成正交鉴频器 其中，其中，可可见见，u1与与u2(实实际际上上是是ur与与us)之之间间的的相相位位差差为为相频特性曲线见图相频特性曲线见图749(b)。若设。若设(764)当当f/f01时，上式可写为时，上式可写为(765)可见，鉴频器的输出与输入调频信号的频偏成正比。可见，鉴频器的输出与输入调频信号的频偏成正比。在上面电路中，调整在上面电路中，调整L、C和和C1均可改变回路谐振频均可改变回路谐振频率，只要满足率，只要满足(766)图图749移相网络机器相频特性移相网络机器相频特性 7.5.4 其它鉴频电路其它鉴频电路 1.差分峰值斜率鉴频器差分峰值斜率鉴频器 差差分分峰峰值值斜斜率率鉴鉴频频器器是是一一种种在在集集成成 电电 路路 中中 常常 用用 的的 振振 幅幅 鉴鉴 频频 器器。图图750(a)是是一一个个在在电电视视接接收收机机伴伴音音信信号号处处理理电电路路(如如D7176AP,TA7243P)等等集集成电路中采用的差分峰值斜率鉴频器成电路中采用的差分峰值斜率鉴频器。图图750差分峰值斜率鉴频器差分峰值斜率鉴频器 移移相相网网络络接接在在集集成成电电路路的的、10脚脚之之间间。设设从从脚脚向向右右看看的的移移相相电电路路的的谐谐振振频频率率为为f01，从从10脚向左看的移相电路的谐振频率为脚向左看的移相电路的谐振频率为f02，则，则(767)(768)2.晶体鉴频器晶体鉴频器 晶晶体体鉴鉴频频器器的的原原理理电电路路如如图图751所所示示。电电容容C与与晶晶体体串串联联后后接接到到调调频频信信号号源源。VD1、R1,C1和和VD2、R2、C2为为两两个个二二极极管管包包络络检检波波器器。为为了了保保证证电电路路 平平 衡衡，通通 常常 VD1与与 VD2性性 能能 相相 同同，R1=R2,C1=C2。图图751晶体鉴频器原理电路晶体鉴频器原理电路图图752电容电容晶体分压器晶体分压器(a)电抗曲线；电抗曲线；(b)电容、晶体两端电压变化曲线电容、晶体两端电压变化曲线图图753晶体鉴频器的鉴频特性晶体鉴频器的鉴频特性 7.5.5 限幅电路限幅电路 振振幅幅限限幅幅器器的的性性能能可可由由图图754(b)所所示示的的限限幅幅特特性性曲曲线线表表示示。图图中中，Up表表示示限限幅幅器器进进入入限限幅幅状状态态的的最最小小输输入入信信号号电电压压，称称为为门门限限电电压压。对对限限幅幅器器的的要要求求主主要要是是在在限限幅幅区区内内要要有有平平坦坦的的限限幅幅特特性性，门门限限电电压压要尽量小。要尽量小。图图754限幅器及其特性曲线限幅器及其特性曲线7.6 调频收发信机及特殊电路调频收发信机及特殊电路 7.6.1 调频发射机调频发射机 图图755是是一一种种调调频频发发射射机机的的框框图图。其其载载频频fc=88108MHz,输输入入调调制制信信号号频频率率为为50Hz15kHz，最最大大频频偏偏为为75kHz。由由图图可可知知，调调频频方方式式为为间间接接调调频频。由由高高稳稳定定度度晶晶体体振振荡荡器器产产生生fc1=200kHz的的初初始始载载波波信信号号送送入入调调相相器器，由由经经预预加加重重和和积积分分的的调调制制信信号号对对其其调调相相。调调相相输输出出的的最最大大频频偏偏为为25Hz，调制指数，调制指数mf0.5。图图755调频发射机框图调频发射机框图 7.6.2 调频接收机调频接收机 图图756为为广广播播调调频频接接收收机机典典型型方方框框图图。为为了了获获得得较较好好的的接接收收机机灵灵敏敏度度和和选选择择性性，除除限限幅幅级级、鉴鉴频频器器及及几几个个附附加加电电路路外外，其其主主要要方方框框均均与与AM超超外外差差接接收收机机相相同同。调调频频广广播播基基本本参参数数与与发发射射机机相同。相同。图图756调频接收机方框图调频接收机方框图 7.6.3 特殊电路特殊电路 1.预加重及去加重电路预加重及去加重电路 理理论论证证明明，对对于于输输入入白白噪噪声声，调调幅幅制制的的输输出出噪噪声声频频谱谱呈呈矩矩形形，在在整整个个调调制制频频率率范范围围内内，所所有有噪噪声声都都一一样样大大。调调频频制制的的噪噪声声频频谱谱(电电压压谱谱)呈呈三三角角形形，见见图图757(b)，随随着着调调制制频频率率的的增增高高，噪噪声声也也增增大大。调调制制频频率率范范围围愈愈宽宽，输输出出的的噪声也愈大。噪声也愈大。图图757调频解调器的输出噪声频谱调频解调器的输出噪声频谱(a)功率谱；功率谱；(b)电压谱电压谱 由由于于调调频频噪噪声声频频谱谱呈呈三三角角形形，或或者者说说与与成成线线性性关关系系，使使我我们们联联想想到到将将信信号号作作相相应应的处理，即要求预加重网络的特性为的处理，即要求预加重网络的特性为 H(j)=j 图图758预加重网络及其特性预加重网络及其特性(a)预加重网络；预加重网络；(b)频率响应频率响应 去去加加重重网网络络及及其其频频响响曲曲线线如如图图759所所示示。从从图图看看出出，当当2时时，预预加加重重和和去去加加重重网网络络总总的的频频率率传传递递函函数数近近似似为为一一常常数数，这这正正是是使使信信号号不失真所需要的条件。不失真所需要的条件。图图759去加重网络及其特性去加重网络及其特性 采采用用预预、去去加加重重网网络络后后，对对信信号号不不会会产产生生变变化，但对信噪比却得到较大的改善，如图化，但对信噪比却得到较大的改善，如图760所示。所示。图图760预、去加重网络对信噪比的改善预、去加重网络对信噪比的改善 2.静噪电路静噪电路 由由于于在在调调频频接接收收中中存存在在门门限限效效应应，因因此此在在系系统统设设计计时时要要尽尽可可能能地地降降低低门门限限值值。为为了了获获得得较较高高的的输输出出信信噪噪比比，在在鉴鉴频频器器的的输输入入端端的的输输入入信信噪噪比比要要在在门门限限值值之之上上。但但在在调调频频通通信信和和调调频频广广播播中中，经经常常会会遇遇到到无无信信号号或或弱弱信信号号的的情情况况，这这时时输输入入信信噪噪比比就就低低于于门门限限值值，输出端的输出端的噪声就会急剧增加。噪声就会急剧增加。图图761静噪电路举例静噪电路举例图图762静噪电路接入方式静噪电路接入方式7.7 调频多重广播调频多重广播 7.7.1调频立体声广播调频立体声广播 1.调频立体声广播方式调频立体声广播方式 图图763示示出出了了调调频频立立体体声声广广播播的的系系统统图图。左左声声道道信信号号(L)和和右右声声道道信信号号(R)经经各各自自的的预预加加重重在在矩矩阵阵电电路路中中形形成成和和信信号号(L+R)和和差差信信号号(L-R)。和和信信号号(L+R)照照原原样样成成为为主主信信道道信信号号，差差信信号号(L-R)经经平平衡衡调调制制器器对对副副载载波波进进行行抑抑制制载波的调幅，成为副信道信号。载波的调幅，成为副信道信号。图图763调频立体声广播发射机的系统图调频立体声广播发射机的系统图 2.调频立体声接收机调频立体声接收机 调调频频立立体体声声接接收收机机的的框框图图如如图图764所所示示，在鉴频器之前与单声道调频接收机的在鉴频器之前与单声道调频接收机的组成相同。组成相同。图图764调频立体声接收机的框图调频立体声接收机的框图图图765立体声解调器工作方式立体声解调器工作方式(a)开关方式；开关方式；(b)矩阵方式矩阵方式 7.7.2 电视伴音的多重广播电视伴音的多重广播 电电视视伴伴音音的的多多重重广广播播就就是是电电视视伴伴音音的的立立体体声声广广播播。图图766为为某某电电视视伴伴音音多多重重广广播播的的发发射射机机框框图图。和和信信号号被被作作为为主主信信道道信信号号发发送送，差差信信号号经经限限幅幅器器、IDC电电路路和和低低通通滤滤波波器器后后作作为为副副信信道道信信号号对对行行扫扫描描频频率率fH的的二二倍倍频频信信号号(副副载载波波)进进行行调调频频，并并与与主主信信道道信信号号合合成成后后送送到到伴伴音音发射机。发射机。图图766电视伴音多重广播的发射机框图电视伴音多重广播的发射机框图 在在接接收收端端，电电视视机机中中的的伴伴音音处处理理电电路路框框图图如如图图767所所示示。对对图图像像中中放放的的输输出出进进行行检检波波，取取出出伴伴音音中中频频，对对它它放放大大后后进进行行鉴鉴频频，得得到到复复合合伴伴音音信信号号。它它含含有有主主信信道道信信号号、副副信信道道信信号号和和控控制制信信号号。对对此此复复合合信信号号进进行行处处理理和和转转换换即即可可得到立体声伴音的输出。得到立体声伴音的输出。图图767电视伴音处理电路框图电视伴音处理电路框图