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实验12斜率鉴频与相位鉴频器实验12 斜率鉴频与相位鉴频器—、实验准备1．做本实验时应具备的知识点：FM波的解调斜率鉴频与相位鉴频器2．做本实验时所⽤到的仪器：变容⼆极管调频模块斜率鉴频与相位鉴频器模块双踪⽰波器万⽤表⼆、实验⽬的1．了解调频波产⽣和解调的全过程以及整机调试⽅法，建⽴起调频系统的初步概念；2．了解斜率鉴频与相位鉴频器的⼯作原理；3．熟悉初、次级回路电容、耦合电容对于电容耦合回路相位鉴频器⼯作的影响。
三、实验内容1．调频-鉴频过程观察：⽤⽰波器观测调频器输⼊、输出波形，鉴频器输⼊、输出波形；2．观察初级回路电容、次级回路电容、耦合电容变化对FM波解调的影响。
四、基本原理从FM信号中恢复出原基带调制信号的技术称为FM波的解调，也称为频率检波技术，简称鉴频。
鉴频器的解调输出电压幅度应与输⼊FM波的瞬时频率成正⽐，因此鉴频器实际上是⼀个频率—电压幅度转换电路。
实现鉴频的⽅法有很多种，本实验介绍斜率鉴频和电容耦合回路相位鉴频。
1．斜率鉴频电路斜率鉴频技术是先将FM波通过线性频率振幅转换⽹络，使输出FM波的振幅按照瞬时频率的规律变化，⽽后通过包络检波器检出反映振幅变化的解调信号。
实践中频率振幅转换⽹络常常采⽤LC并联谐振回路，为了获得线性的频率幅度转换特性，总是使输⼊FM波的载频处在LC并联回路幅频特性曲线斜坡的近似直线段中点，即处于回路失谐曲线中点。
这样，单失谐回路就可以将输⼊的等幅FM波转变为幅度反映瞬时频率变化的FM波，⽽后通过⼆极管包络检波器进⾏包络检波，解调出原调制信号以完成鉴频功能。
图12-1为斜率鉴频与相位鉴频实验电路，图中13K02开关打向“3”时为斜率鉴频。
13Q01⽤来对FM波进⾏放⼤，13C2、13L02为频率振幅转换⽹络，其中⼼频率为9MHZ左右。
13D03为包络检波⼆极管。
13TP01、13TP02为输⼊、输出测量点。
2．相位鉴频器本实验采⽤平衡叠加型电容耦合回路相位鉴频器，实验电路如图12-1所⽰，开关13K02拨向“1”时为相位鉴频。
相位鉴频器实验报告相位鉴频器实验报告引言：在电子通信领域，相位鉴频器是一种常用的电路元件，用于检测和测量信号的相位和频率。
本实验旨在通过搭建一个相位鉴频器电路并进行测试，验证其在信号处理中的应用。
实验目的：1. 了解相位鉴频器的基本原理和工作方式；2. 掌握相位鉴频器电路的搭建和调试方法；3. 进行实际信号的相位和频率测量。
实验器材和材料：1. 相位鉴频器芯片；2. 信号发生器；3. 示波器；4. 电源供应器；5. 电阻、电容等元件。
实验步骤：1. 搭建相位鉴频器电路：根据相位鉴频器芯片的引脚连接图，将芯片与其他元件连接起来，注意接地和电源的连接；2. 连接信号源和示波器：将信号源的输出端与相位鉴频器的输入端相连，将示波器的探头连接到相位鉴频器的输出端；3. 调试电路：通过调整电路中的电阻、电容等元件的数值，使得相位鉴频器的输出信号能够正确地反映输入信号的相位和频率；4. 测试信号的相位和频率：使用示波器观察相位鉴频器输出的波形，并通过示波器的测量功能获取信号的相位和频率数据。
实验结果与分析：经过调试和测试，我们成功搭建了相位鉴频器电路，并获取了信号的相位和频率数据。
在实验过程中，我们发现相位鉴频器对于输入信号的频率变化非常敏感，能够精确地测量出信号的频率。
而对于相位的测量，相位鉴频器也能够给出较为准确的结果，但在高频信号的情况下，可能会受到噪声和干扰的影响。
结论：通过本次实验，我们深入了解了相位鉴频器的原理和工作方式，并通过实际搭建和测试，验证了其在信号处理中的应用。
相位鉴频器作为一种重要的电路元件，在无线通信、雷达系统等领域具有广泛的应用前景。
掌握相位鉴频器的原理和调试方法，对于电子工程师来说是非常重要的技能。
展望：相位鉴频器作为一种基础的电路元件，随着通信技术的发展和应用需求的不断增加，其功能和性能也在不断提升。
未来，相位鉴频器可能会更加精确地测量信号的相位和频率，同时具备抗干扰和抗噪声的能力。
实现调频信号解调的鉴频电路可分为三类,第一类是调频-调幅调频变换型。
这种类型是先通过线性网络把等幅调频波变换成振幅与调频波瞬时频率成正比的调幅调频波,然后用振幅检波器进行振幅检波。
第二类是相移乘法鉴频型。
这种类型是将调频波经过移相电路变成调相调频波,其相位的变化与调频波瞬时频率的变化成线性关系,然后将调相调频波与原调频波进行相位比较,通过低通滤波器取出解调信号。
因为相位比较器通常用乘法器组成,所以称为相移乘法鉴频。
第三类是脉冲均值型。
这种类型是把调频信号通过过零比较器变换成重复频率与调频信号瞬时频率相等的单极性等幅脉冲序列,然后通过低通滤波器取出脉冲序列的平均值,这就恢复出与瞬时频率变化成正比的信号。
鉴频器原理-几种鉴频电路图实例分析一、双失谐回路鉴频器其总鉴频特性如图8-6所示。
图8-6 双失谐回路鉴频器的特性鉴频器原理-几种鉴频电路图实例分析二、相位鉴频器相位鉴频器是利用双耦合回路的相位-频率特性将调频波变成调幅调频波,通过振幅检波器实现鉴频的一种鉴频器。
它常用于频偏在几百KHz以下的调频无线接收设备中。
常用的相位鉴频器根据其耦合方式可分为互感耦合和电容耦合两种鉴频器。
由于其工作原理相同,所以下面仅讨论互感耦合相位鉴频器。
(一) 相位鉴频器的工作原理图8-8 互感耦合相位鉴频器的基本电路(二)相位鉴频器的鉴频特性的定性分析(三)相位鉴频器的鉴频特性鉴频器原理-几种鉴频电路图实例分析三、比例鉴频器相位鉴频器的输出电压除了与输入电压的瞬时频率有关外,还与输入电压的振幅有关。
而在实际工作中,调频信号通过传输很难保证是理想的等幅波,特别是寄生调幅的干扰分量必须尽可能去掉或减小。
因而在相位鉴频器前通常是需加一级限幅放大,以消除寄生调幅。
对于要求不太高的设备,例如调频广播和电视接收中,常采用一种兼有抑制寄生调幅能力的鉴频器,这就是比例鉴频器。
(一) 比例鉴频器的基本电路及工作原理图8-14比例鉴频器的基本电路比例鉴频器的基本电路如图8-14所示。
鉴频器的工作原理
鉴频器是一种电子设备，用于检测和测量信号中的频率成分。
它可以帮助确定信号中各个频率成分的强度，并用于频谱分析和信号处理。
鉴频器的工作原理通常基于振荡器的特性。
它包含一个与输入信号相互作用的振荡器，并且当输入信号频率与振荡器的固有频率相匹配时，会产生共振效应。
鉴频器利用这种共振现象来检测信号的频率。
一种常见的鉴频器类型是共振电路鉴频器，其基本原理是利用电路中的电感、电容和电阻来构成一个谐振电路。
当输入信号的频率与谐振电路的固有频率匹配时，电路达到共振状态，电压和电流的幅值最大。
另一种常见的鉴频器类型是锁相鉴频器，其原理基于锁相放大器的工作原理。
锁相鉴频器通过与输入信号相位相比较，并调整鉴频器的参考信号相位，使其与输入信号相位同步，从而实现频率检测。
锁相鉴频器常用于高精度的频率测量和信号恢复。
不同类型的鉴频器还可能采用其他原理，如数字信号处理、混频等。
总体而言，鉴频器的工作原理是通过与输入信号相互作用，实现对信号频率的检测和测量。
鉴频鉴相器原理鉴频鉴相器是通信、雷达、导航等电子系统中常用的部件，其作用是检测频率和相位差，以便对信号进行精确的调制、解调或同步处理。
本文将详细介绍鉴频鉴相器的工作原理。
一、鉴频鉴相器的基本原理鉴频鉴相器基于相位比较原理，通过比较两个输入信号的相位差来检测其频率差或相位差。
当两个信号的频率或相位存在差异时，鉴频鉴相器会产生一个误差信号，该信号的幅度和极性取决于频率或相位差异的大小和方向。
误差信号可以进一步用于控制系统的频率或相位，使其与参考信号同步。
二、鉴频鉴相器的分类根据工作原理和应用场景，鉴频鉴相器可分为模拟鉴频鉴相器和数字鉴频鉴相器两大类。
1. 模拟鉴频鉴相器模拟鉴频鉴相器采用模拟电路实现，通常由RC电路、运算放大器、滤波器等元件组成。
其工作原理是利用RC电路的充放电特性，将频率或相位差转换为电压信号。
该电压信号经过运算放大器和滤波器处理后，输出误差信号。
模拟鉴频鉴相器的优点是简单、易于实现，但精度和稳定性相对较低。
2. 数字鉴频鉴相器数字鉴频鉴相器采用数字信号处理技术实现，通常由AD转换器、FPGA或DSP等硬件组成。
其工作原理是将输入信号进行采样和量化，然后通过数字算法比较两个信号的频率和相位差。
数字鉴频鉴相器的优点是精度高、稳定性好，能够实现复杂的调制和解调算法，但成本较高，且需要专业的数字信号处理技术。
三、鉴频鉴相器的应用1. 通信系统在通信系统中，鉴频鉴相器常用于载波同步、位同步等场合。
在数字通信中，鉴频鉴相器可用于解调数字信号，提取数据；在模拟通信中，鉴频鉴相器可用于提取载波频率，实现载波同步。
2. 雷达系统在雷达系统中，鉴频鉴相器可用于检测目标回波的频率和相位差，实现精确的距离和速度测量。
通过比较发射信号和接收信号的频率和相位差，可以计算出目标的距离和速度信息。
3. 导航系统在导航系统中，鉴频鉴相器可用于接收和处理GPS、北斗等卫星信号。
通过比较接收信号和本地复制信号的频率和相位差，可以计算出接收机的位置信息和时间信息。
一、复习本章部分知识
1、调频部分：
例1：如图所示电路，读图回答下列问题： (1)电路名称是什么？ (2)C1的作用是什么？ (3)L1的作用是什么？ (4)L1、C2、C3作用是什么？ (5)电感L和变容管C3构成什么电路？
解：(1)变容二极管直接调频电路；(2)C1对输入信号起耦合作用；(3) L1是高频扼流圈，主要是防止调制信号和高频信号互相影响；(4) L1、C2、C3组成π型滤波器；(5) L、C3构成振荡电路
说明：变容二极管进行调频分全接入式和部分接入式两种，该电路为部分接入式。
2、斜率鉴频器
例2：鉴频器的鉴频特性如图所示，鉴频器的输出电压为u o(t)=cos4
π×103t V，试问： (1)鉴频灵敏度S D； (2)带宽BW；(3)写出原
调制信号的表达式及输入信号u FM(t)的表达式
解：(1)由图知，△f= -100kH Z时，△u o=1V
故S D=V/kH Z
(2)因为带宽指鉴频特性近似为直线时所允许的最大频率变化范围
故BW=2△f max=2×100kH Z=200kH Z
(3) f(t)=
kH Z
故，原调制信号uΩ=-UΩm cos4π×103t V
由ω(t)=ωc+△ω(t)知，φ(t)=
=ωc t+
所以
u FM(t)=U cm cos(ωc t+
)=U cm cos(ωc t-m f sinΩt)=U cm cos(ωc t-
sinΩt)
=U cm cos(ωc t-
sin4π×103t)=U cm cos(ωc t-50 sin4π×103t)
说明：鉴频特性中SD为输出电压（低频调制信号）与输入调频波的瞬时频率的比值。
调频波的瞬时频率受低频调制信号控制即△ω=K f UΩm CosΩt,而m f=△ω/Ω。
二、相位鉴频器
利用鉴相器构成的鉴频器为相位鉴频器。
而鉴相器的功能是从输入调相波中检出反映在相位变化上的调制信号，即完成相位-电压的变换作用。
鉴相器有多种电路，一般可分为双平衡鉴相器、模拟乘积型鉴相器和数字逻辑电路鉴相器。
其中模拟鉴相器又分为乘积型和叠加型鉴相器。
乘积型相位鉴频器：
或用下面框图表示
叠加型相位鉴频器
频率-相位转换网络（移相网络）：将输入调频波信号的频率变化转换为相位变化，即完成调频-调相变换。
输出的相位变化应该与输入德调频波频率变化呈线性关系。
鉴相器：将输出的相位变化转换为电压变化； LPF （低通滤波器）：滤除高频分量，得到解调信号。
1、乘积型相位鉴频器 （1）乘积型鉴相器
作用：检出两个信号之间的相位差，完成ф-V 变化。
根据加到相乘器输入信号幅度的不同有三种工作状态 ①两个输入信号均为小信号ф
设两信号分别为调相波 u 1=U 1m sin(ωc t+Δφ)和本地参考信号u 2=U 2m cos ωc t ，两信号除了相位差△ф外，还有固定的相位差900
，即|Фx-фY |=90°+△ф 根据电流（第4章相乘器的公式）
12(
)()22o T T
u u i I th th U U
当|U1m|≤26mV、|U2m|≤26mV时，由上式可得输出电流为
式中，A =I o/(4U2T)，为乘法器的相乘增益因子。
通过低通滤波器后，上式中第二项被滤除，于是可得输出电压为：
鉴相器灵敏度为：
右图为鉴相特性曲线为正弦特性，当|△ф|≤30°时，sinф≈ф,鉴相特性接近直线，就可实现线性鉴相。
②输入信号一个为大信号，另一个为小信号
u1为小信号，u2为大信号控制相乘器使它工作在开关状态；当|U1m|≤26mV、|U2m|≥100mV时，
由电流公式可得输出电流为
则输出电压为
鉴相灵敏度
鉴相器的鉴相特性仍然为正弦特性。
③两输入信号均为大信号
当|U1m|≥100mV,|U2m|≥100mV时，可得输出电流为
在π/2＜Δφ＜3π/2内，通过低通滤波器后，可求得输出电压为
鉴相器灵敏度为
变换波形如图：
鉴相特性曲线
当|ф|≤90°时为一条过原点的直线。
（2）单谐振回路频相变换网络：采用LC谐振回路
公式：由图可写出输出电压表达式
整理公式有中心频率为
电压增益
其中：
品质因素Q P=R/(ω0L)≈R/(ωL)≈ω(C+C1)R
由图可知
当ω=ω0时，ф(ω)=Л/2；当ω偏离ω0时，ф(ω)在Л/2上下变化。
当ω>ω0时，随着频率的增加，相位减小；当ω<ω0时，随着频率的上升，相位也增加。
只有在arctanξ<±π/2时，φA(ω)可近似为直线，此时有
若u1为调频信号，其瞬时角频率ω(t)=ωc+△ω(t)且ω0=ωc，
所以
可见，在频偏较小时，变换网络可不失真的完成频率-相位变换。
（3）乘积型相位鉴频器举例
电路说明：晶体管采用了射级跟随器，则相乘器两输入信号都为小信号，且相位相差不大，鉴相特性为正弦特性。
C1、C2、L构成频率-相位转换电路；相乘器输出为双端输出经低通滤波器获得所需的解调信号。
2、叠加型相位鉴频器
（1）叠加型鉴相器
实际中常采用叠加型平衡鉴相器，电路如图所示
电路中V1、V2与R、C分别构成两个包络检波器。
设两输入信号分别为u1=U1m cos(ωc t)、
u2=U2m cos(ωc t-Л/2+ф)= U2m sin(ωc t+ф),加到上、下两包络检波电路的输入电压分别为：u s1(t)=u1(t)+u2(t)=U1m cos(ωc t)+U2m cos(ωc t+ф-90°)
u s2(t)=u1(t)-u2(t)=U1m cos(ωc t)-U2m cos(ωc t+ф-90°)
根据矢量叠加原理，可得到如下图所示的矢量叠加图
当相位差为0时，u2相位滞后于u1，而-u2超前于u1，如图a所示，此时合成电压U s1m与U s2m 相等，经包络检波后输出电压u o1、u o2大小相等，所以鉴相器u o=u o1-u o2=0;
当ф>0时，u2 相位滞后u1小于90°，而-u2超前u1大于90°，此时U s1m>U s2m，检波后u o1>u o2,输出为正值，且ф越大，输出电压正值越大；
当ф>0时，u2相位滞后u1大于90°，而-u2超前u1小于90°，此时U s1m<U s2m，检波后u o1<u o2,输出为负值，且ф越大，输出电压负值越大。
所以该电路的鉴相特性曲线如图所示
当ф比较小时，该特性为线性。
（2）电路举例
①互感耦合回路叠加型相位鉴频器
电路特点：初级回路L1、C1和次级回路L2、C2均调谐与调频波的中心频率上，它们完成波形变换，将等幅调频波变换成幅度随瞬时频率而变化的调频波（即AM-FM波）。
初、次级间电压相位差随频率而变；
V1、V2、R1、R2、C组成上下两个振幅检波器，且特性完全相同，作用是将振幅的变化检测出来（包络检波器）；C0、C 的容抗远小于高频扼流圈L3的感抗，因此初级回路上的信号电压u i几乎完全落在L3上，耦合后产生的电压u2和u1共同作用形成检波器的输入信号
V D1=u2/2+u1；V D2=-u2/2+u1，所以u o=u o1-u o2
②电容耦合式
与电感耦合型区别：L1、L2分别屏蔽起来因而初、次级之间没有电感耦合；初、次级间由电容由Cc、C5耦合。
其他工作情况相同
③比例鉴频器(基本与前前面两种相同，把二极管V2反接)
三、限幅器: 消除寄生调幅
四:小结。
