高频课程设计鉴频器的设计
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1相位鉴频器1.1电路原理及用途鉴频是调频的逆过程,广泛采用的鉴频电路是相位鉴频器。
其鉴频原理是:先将调频波经过一个线性移相网络变换成调频调相波,然后再与原调频波一起加到一个相位检波器进行鉴频。
因此实现鉴频的核心部件是相位检波器。
相位检波又分为叠加型相位检波和乘积型相位检波,利用模拟乘法器的相乘原理可实现乘积型相位检波。
调频波的特点是振幅保持不变,而瞬时频率随调制信号的大小线形变化,调制信号代表所要传送的信息,我们在分析或实验时,常以低频正弦波为代表。
鉴频的目的就是从调频波中检出低频调制信号,即完成频率—电压的变换作用。
能完成这种作用的电路被称为鉴频器。
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。
调相波的解调电路,是从调相波中取出原调制信号,即输出电压与输入信号的瞬时相位偏移成正比,又称为鉴相器。
对于调频波的解调电路来说,是从调频波中取出原调制信号,即输出电压与输入信号的瞬时频率偏移成正比,又称为鉴频器。
与调幅接收机一样,调频接收机的组成也大多采用超外差式的。
在超外差式的调频接收机中,鉴频通常在中频频率上进行。
在调频信号的产生、传输和通过调频接收机前端电路的过程中,不可避免地引入干扰和噪声,它们对FM信号的影响,主要表现为调频信号出现了不希望有的寄生调幅和寄生调频。
要消除由寄生调幅所引起的鉴频器的输出噪声,通常在末级中放和鉴频器之间设置限幅器。
就功能而言,鉴频器是将输入调频波进行特定的波形变换,使变换后的波形包含反映瞬时频率变化的平均分量,然后通过低通滤波器取出所需解调电压。
乘积型相位鉴频器是由模拟乘法器MC1496和低通滤波器组成,下面分别介绍模拟乘法器的内部结构和低通滤波器的组成。
1.2 模拟乘法器MC1496(a) MC1496内部结构(b)MC1496引脚图图2-1MC1496内部电路图和引脚图MC1496 是双平衡四象限模拟乘法器。
课程设计任务书学生姓名:专业班级:电子0802 指导教师:钟毅工作单位:信息工程学院题目:鉴频电路设计初始条件:具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力;对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解;具备高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力;能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。
要求完成的主要任务:1. 采用二极管完成一个鉴频器的设计。
2. 设计FM-FM.AM变换电路并进行调试,3. 输入调频波,观测鉴频器的输入、输出波形,4. 完成课程设计报告(应包含电路图,清单、调试及设计总结)。
时间安排:1.2011年6月3日分班集中,布置课程设计任务、选题;讲解课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求;课设答疑事项。
2.2011年6月4日至2011年6月9日完成资料查阅、设计、制作与调试;完成课程设计报告撰写。
3. 2011年6月10日提交课程设计报告,进行课程设计验收和答辩。
指导教师签名:年月日系主任(或责任教师)签名:年月日目录摘要 (I)Abstract .......................................................... I I 绪论 (1)1频率解调原理分析 (2)1.1理论分析 (2)1.2变换电路分析 (3)1.3包络检波 (3)2电路设计 (4)2.1变换电路设计 (4)2.2检波器的设计 (4)2.3检波器的失真 (5)2.3.1惰性失真 (5)2.3.1底部切削失真 (6)3 FM-AM变换电路设计 (7)3.1 整体电路设计 (7)3.2载波产生电路设计 (7)3.3 乘法器设计 (9)3.4 电压跟随器设计 (10)4电路实现与测试 (11)4.1 实物制作 (11)4.2 电路测试 (13)4.2.1 FM—AM波形测量 (13)4.2.2鉴频波形测量 (14)4.2.3鉴频特性曲线 (15)5 总结 (16)参考文献 (17)附录1总体电路图 (18)附录2 PCB制版图 (19)附录3 元件清单 (20)摘要调制解调是通信系统中重要组成部分。
一、任务书二、报告正文一、课程设计目的1.掌握电子通信系统的基本组成及各部分的作用;2.进一步理解各种调制、解调和混频的基本理论和实现方法;3.学会应用LabVIEW软件进行仿真;4.提高依据所学知识及查阅的课外资料来分析问题解决问题的能力二、设计内容及要求内容:1.调幅与检波(1)高频DSBFC信号产生与检波(2)DSBSC信号产生与检波2.FM波产生与解调要求:1.调制信号均为5kHz的正弦波,高频DSBFC信号载波频率取500kHz-1600kHz (在该范围内可调),其他载波频率均取100kHz;2. 以上1中的DSBFC和DSBSC检波不可用相同的方法;3. 明确设计任务,合理选择设计方案;4. 利用LabVIEW进行仿真;三、设计原理(一)调制与解调概述调制电路与解调电路是通信系统中的重要组成部分。
调制是在发射端将调制信号从低频段变换到高频段, 便于天线发送或实现不同信号源、不同系统的频分复用;解调是在接收端将已调波信号从高频段变换到低频段, 恢复原调制信号。
在模拟系统里, 按照载波波形的不同, 可分为脉冲调制和正弦波调制两种调制方式:一、脉冲调制是以高频矩形脉冲为载波, 用低频调制信号分别去控制矩形脉冲的幅度、宽度或位置三个参量, 分别称为脉幅调制(PAM), 脉宽调制(PDM)和脉位调制(PPM)。
二、正弦波调制是以高频正弦波为载波, 用低频调制信号分别去控制正弦波的振幅、频率或相位三个参量, 分别称为调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)。
根据设计要求,本课程设计均采用正弦波调制,具体如下:调幅:使载波的幅度随着调制信号的大小变化而变化的调制方式。
调频:使载波的瞬时频率随调制信号的大小而变,而幅度保持不变的调制方式。
调相:利用原始信号控制载波信号的相位。
这三种调制方式的实质都是对原始信号进行频谱搬移,将信号的频谱搬移到所需要的较高频带上,从而满足信号传输的需要。
而解调则是相反的过程,即从已调制信号中恢复出原信号。
第一章设计总体思路及框图本次高频课程设计设计的是一个混频鉴频器。
电路主要以混频、鉴频器模块核心,完成高频调频信号放大、混频、鉴频和混频本振信号产生电路组成。
设计总体框图如下:此电路功能是先将由信号发生器产生的调频信号经过高频信号放大器放大,然后送到混频器与本地振荡(19.4MHZ)所产生的等幅高频信号进行差频,产生载波信号,将此载波信号送入载波频率为10.6MHZ中频放大器中放大,使此载波信号更容易被鉴频器给解调出来,最后经鉴频器解调输出低频信号。
此过程中高频小信号放大器的作用是将输入的调频信号放大。
混频器的作用是将已调制的高频信号变成已调制的中频信号而保持其调制规律不变,这里的中频信号为10.6MHZ。
中频放大器是将混频后所产生的载波放大以便于后来的解调。
鉴频器的作用是调频波中检出调制信号。
在这里主要用的是比例鉴频器,它有限幅的作用,可以用来减小或消除外界干扰以及内部噪声的影响,消除鉴频器输入端的调频信号引起的寄生调幅。
使信号能更好的解调出来。
第二章单元电路设计2.1 高频小信号放大器的设计高频小信号放大器按器件分可分为晶体管放大器,场效应管放大器,集成电路放大器;按通带分可分为窄带放大器,宽带放大器;若按负载分可分为谐振放大器,非谐振放大器。
因从谐振回路耦合过来的信号太微弱,所以必须要将其进行放大,采用高频小信号电路和分析方法。
使用共射极放大,具体电路如图2.1所示。
图2.1 高频小信号放大器设计电路单级并在工作频率下的放大倍数:A uo= V o/V i = -P1P2Y fe / g∑= -P1P2Y fe / (g p+P12g oe+P22g ie)其中P1、P2为接入系数,Y fe是晶体管的反向传输导纳,Q0是回路的品质因数,W0是载波频率,L是回路电感,R4 是射极偏置电阻,C 1 、C 2 是滤波电容, C 4 、C 5 是耦合电容, C 7 是高频旁路电容, C 3 、C 6 是旁路电容。
锁相调频与鉴频课程设计一、课程目标知识目标:1. 让学生理解锁相调频与鉴频的基本原理,掌握相关理论知识;2. 使学生掌握锁相调频与鉴频电路的组成、工作原理及其在实际应用中的重要性;3. 引导学生了解锁相环技术在我国通信、雷达等领域的发展现状和趋势。
技能目标:1. 培养学生运用所学知识分析、解决实际电路问题的能力;2. 提高学生动手实践能力,能够正确搭建和调试锁相调频与鉴频电路;3. 培养学生团队协作能力,通过小组讨论、合作完成实验任务。
情感态度价值观目标:1. 培养学生对电子技术的兴趣和热情,激发其探索精神;2. 引导学生关注我国电子技术的发展,增强国家意识和自豪感;3. 培养学生严谨、认真的学习态度,养成良好的学习习惯。
本课程针对高年级学生,结合电子技术学科特点,注重理论联系实际,突出实践性。
在教学过程中,充分考虑学生的认知水平、学习兴趣和动手能力,通过理论讲解、实践操作和小组合作,实现课程目标。
课程目标分解为具体学习成果,为后续教学设计和评估提供依据。
二、教学内容1. 理论部分:(1)锁相调频原理:讲解锁相环的基本概念、工作原理和数学模型;(2)鉴频原理:分析鉴频器的种类、原理及其在通信系统中的应用;(3)锁相调频与鉴频电路:介绍锁相调频与鉴频电路的组成、功能及性能指标。
2. 实践部分:(1)锁相调频电路搭建:指导学生搭建锁相调频电路,掌握调试方法;(2)鉴频电路搭建:引导学生搭建鉴频电路,学会分析电路性能;(3)实验分析与总结:组织学生进行实验数据分析,总结实验规律。
3. 教学进度安排:(1)理论部分:共计4课时,分配如下:第1课时:锁相调频原理;第2课时:鉴频原理;第3课时:锁相调频与鉴频电路;第4课时:课堂小结与答疑。
(2)实践部分:共计4课时,分配如下:第1课时:锁相调频电路搭建;第2课时:鉴频电路搭建;第3课时:实验数据分析;第4课时:实验总结与报告撰写。
教学内容参考教材相关章节,结合课程目标进行选择和组织,确保教学内容科学、系统。
绪论鉴频器使输出电压和输入信号频率相对应的电路。
按用途可分为两类。
第一类用于调频信号的解调。
常见的有斜率鉴频器、相位鉴频器、比例鉴频器等,对这类电路的要求主要是非线性失真小,噪声门限低。
第二类用于频率误差测量,如用在自动频率控制环路中产生误差信号的鉴频器。
对这类电路的零点漂移限制较严,对非线性失真和噪声门限则要求不高。
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,其相位的变化正好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同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。
调频波的特点是振幅保持不变,而瞬时频率随调制信号的大小线形变化,调制信号代表所要传送的信息,在分析或实验时,常以低频正弦波为代表。
鉴频的目的就是从调频波中检出低频调制信号,即完成频率—电压的变换作用。
能完成这种作用的电路被称为鉴频器。
率鉴频器:其中,晶体管和LC回路实质上是一个调谐放大器,但回路的谐振频率f0与已调频信号的中心频率fc是失谐的。
一旦已调频信号的瞬时频率发生变化,放大器就输出一个与之相对应的调幅-调频波。
经二极管检波处理,即可在负载RL上得到与原调制信号变化规律相同的输出。
斜率鉴频器的电路比较简单,但回路失谐时其谐振特性曲线不是直线,因而鉴频特性的线性较差。
1 鉴频器基础知识1.1 鉴频器角调波的解调就是从角调波中恢复出原调制信号的过程。
其中调频波的解调电路称为频率检波器或鉴频器(FD )。
鉴频器课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握鉴频器的基本原理、工作方式及相关应用。
通过本课程的学习,学生应能理解并运用电磁波的基本知识,分析并识别不同频率的信号,熟练使用鉴频器进行信号检测。
1.理解电磁波的基本概念和特性。
2.掌握鉴频器的工作原理和主要组成部分。
3.了解鉴频器在不同领域的应用。
4.能够操作鉴频器进行信号检测。
5.能够分析并识别不同频率的信号。
6.能够运用鉴频器解决实际问题。
情感态度价值观目标:1.培养学生的实验操作兴趣,提高动手能力。
2.培养学生对电磁波及其应用的好奇心,激发探索精神。
3.培养学生遵守实验规程,注重团队合作的安全意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括电磁波的基本知识、鉴频器的工作原理、操作方法和应用领域。
1.电磁波的基本知识:电磁波的产生、传播、反射、折射等现象。
2.鉴频器的工作原理:调制、解调、检波等过程。
3.鉴频器的操作方法:如何正确使用鉴频器,调整频率、幅度等参数。
4.鉴频器的应用领域:通信、广播、无线电等。
三、教学方法本课程采用讲授法、实验法、讨论法等多种教学方法,以激发学生的学习兴趣和主动性。
1.讲授法:通过讲解电磁波的基本知识和鉴频器的工作原理,使学生掌握相关概念。
2.实验法:安排实验室实践,让学生亲自动手操作鉴频器,提高实际操作能力。
3.讨论法:学生进行小组讨论,分享学习心得,培养团队合作精神。
四、教学资源本课程所需的教学资源包括教材、实验设备、多媒体资料等。
1.教材:选用《电磁波与无线通信》等权威教材,为学生提供理论支持。
2.实验设备:提供鉴频器、信号源、示波器等实验设备,满足实验需求。
3.多媒体资料:制作课件、视频等资料,以直观展示电磁波和鉴频器的相关现象。
五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业、考试等,以全面客观地评价学生的学习成果。
1.平时表现:通过观察学生在课堂上的参与度、提问回答等情况,评估其对课程内容的掌握程度。
2.作业:布置相关的实验报告、论文等作业,评估学生的实际操作能力和理论水平。
东北石油大学课程设计课程高频电子线路题目乘积型相位鉴频器的设计院系电子科学学院专业班级学生姓名学生学号指导教师2012年2月24日东北石油大学课程设计任务书课程高频电子线路题目乘积型相位鉴频器的设计专业电子信息工程姓名学号主要内容、基本要求、主要参考资料等1、主要内容本题目为集成模拟乘法器应用设计之一,即设计一个乘积型相位鉴频器。
通过本次电路设计,掌握集成模拟乘法器的基本原理及其所构成的相位鉴频电路的设计方法、电路调整及测试技术。
加深对高频电子线路课程理论知识的理解,提高电路设计及电子实践能力。
2、基本要求(1) 采用集成模拟乘法器设计乘积型相位鉴频器,电路的工作中心频率为06.5MHzf ;(2) 绘制电路原理图,并给出鉴频特性曲线;(3) 另外再设计一种利用模拟乘法器实现的其它高频功能电路,并分析工作原理。
3、主要参考资料[1] 阳昌汉. 高频电子线路. 哈尔滨:高等教育出版社,2006.[2] 吴运昌. 模拟集成电路原理与应用. 广州:华南理工大学出版社,2000.[3] 谢自美. 电子线路设计·实验·测试. 武汉:华中科技大学出版社,2000.[4] 高吉祥. 电子技术基础实验与课程设计. 北京:电子工业出版社,2002.完成期限2月20日-2月24日指导教师专业负责人2012 年 2 月17 日一、电路基本原理1.电路原理(1)鉴频器是用来对调频波进行解调的电路,乘积型相位鉴频由移相网络、乘法器和低通滤波器三部分组成。
调频信号一路直接加至乘法器,另一路经相移网络移相后(参考信号)加至乘法器。
由于调频信号和参考信号同频正交,因此,称之为正交鉴频器。
如图所示。
正交鉴频原理图(2)用LM1596构成的乘积型相位鉴频器电路如图所示。
图 LM1596构成的相位鉴频器其中C 1与并联谐振回路C 2L 共同组成线性移相网络,将调频波的瞬时频率的变化转变成瞬时相位的变化。
分析表明,该网络的传输函数的相频特性)(ωφ的表达式为: )]1(arctan[2)(202--=w w Q w πφ当<<∆0w w1时,上式近似表示为 )2arctan(2)(0w wQ w ∆-=∆πφ 或 )2arctan(2)(0f fQf ∆-=∆πφ u s移相网络u s′低通滤波u oK式中f 0—回路的谐振频率,与调频的中心频率相等。
实验十六鉴频器
一、构建单失谐回路斜率鉴频器电路,电路元件参数如下图:
其中,V2为输入调频信号,R1为信号源内阻,
L1、C1为单失谐回路(即:频率—振幅变换器)
D1、C2、R3、C3、R4构成包络检波器(C2、R3、C3为π型低通滤波)FM信号设定:振幅5V, 载波频率1KHz, 低频调制信号100Hz,调频指数5 (注:载波频率之所以取1KHz,仅为实验观察方便,并非实际数值)
二、用示波器观察比较输入调频信号V2(节点1)的波形
(将波形粘贴在此)
三、用示波器观察“频率—振幅变换器”(节点6)的波形,看是否将调频信
号变为调频调幅信号。
(将波形粘贴在此)
四、用示波器观察比较“频率—振幅变换器”(节点6)及包络检波器输出(节
点4)的波形,看输出波形是否与调频调幅波的包络一致?
(将节点4波形粘贴在此)
五、用傅里叶分析观察解调输出信号的频谱(节点4)。
按如下设置:
(将频谱图粘贴在此)。
斜率鉴频及脉冲计数式鉴频一、实验目的1. 掌握斜率鉴频及脉冲计数式鉴频器工作原理。
2. 熟悉鉴频器主要技术指标及其测试方法。
二、实验内容1. 观察双失谐回路输出波形。
2. 观察脉冲计数式鉴频器的输出波形。
3. 观察与调试双失谐回路鉴频特性曲线。
三、实验基本原理1. 斜率鉴频器工作原理TP2AB图21-1双失谐回路斜率鉴频平衡输出 (4.5MHz)电路中有两个单失偕回路斜率鉴频器,当等幅的调频波Vs 同时加到两个共发射极单失谐回路鉴频器晶体管的基极时,晶体管输出端的并联谐振回路L 1、C 3和L 2、C 8的谐振频率分别为f 01和f 02。
它们对称地处于调频波的载频——中心频率fo 的两边。
设f 01> f 0> f 02,这样,当输入信息是一个被图21-2(a)所示的简谐被调制的调频波(如图21-2(b)所示)时,Q1集电极输出的调频—调幅波形如图21-2(c)所示。
它的特点是频率高时幅度大,频率低时幅度小。
Q2的集电极输出的调频——调幅波形如图21-2(d)所示。
它的特点是频率高时幅度小,频率低时幅度大。
检波负载电容C4和C9上的电压分别如图21-2(e)和(f)所示,A、B两点间输出电压为V AB=V C4-V C9如图21-2(g)所示。
从图中看出总的交变分量比单边的增大一倍,而且正负半周趋于对称。
这是由于谐振回路的谐振特性使得一边鉴频输出交流幅度较大时,另一边鉴频输出交流幅度正好较小。
必须注意,AB v 是平衡输出,只有从A 、B 两点之间取出鉴频电压,才是失真较小的对称波形,但任一点对地的波形都是失真比较大的不对称波形。
如需要获得不平衡输出,不能简单地将一端接地。
一般有两种方法将平衡输出转换为不平衡输出。
其一是将A 、B 两点分别接至一个差动放大器的两个输入端,从放大管的一个集电极取出鉴频电压。
其二是采用图21-3所示电路,和图21-1相比,图21-3中的二极管D2调转了极性,且鉴频输出电压不是取自A 、B 两点,而是取自R4和R8中间对地点,故输出是不平衡的(如在R4与R8之间串接一个10K 电位器,从电位器中间抽头再串接一个0.003µf 电容取出鉴频电压,则其对称性可以微调)。
绪论鉴频器使输出电压和输入信号频率相对应的电路。
按用途可分为两类。
第一类用于调频信号的解调。
常见的有斜率鉴频器、相位鉴频器、比例鉴频器等,对这类电路的要求主要是非线性失真小,噪声门限低。
第二类用于频率误差测量,如用在自动频率控制环路中产生误差信号的鉴频器。
对这类电路的零点漂移限制较严,对非线性失真和噪声门限则要求不高。
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,其相位的变化正好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同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。
调频波的特点是振幅保持不变,而瞬时频率随调制信号的大小线形变化,调制信号代表所要传送的信息,在分析或实验时,常以低频正弦波为代表。
鉴频的目的就是从调频波中检出低频调制信号,即完成频率—电压的变换作用。
能完成这种作用的电路被称为鉴频器。
率鉴频器:其中,晶体管和LC回路实质上是一个调谐放大器,但回路的谐振频率f0与已调频信号的中心频率fc是失谐的。
一旦已调频信号的瞬时频率发生变化,放大器就输出一个与之相对应的调幅-调频波。
经二极管检波处理,即可在负载RL上得到与原调制信号变化规律相同的输出。
斜率鉴频器的电路比较简单,但回路失谐时其谐振特性曲线不是直线,因而鉴频特性的线性较差。
1 鉴频器基础知识1.1 鉴频器角调波的解调就是从角调波中恢复出原调制信号的过程。
其中调频波的解调电路称为频率检波器或鉴频器(FD )。
与调幅接收机一样,调频接收机的组成也大多是采用超外差式的。
在超外差式的调频接收机中,鉴频通常在中频频率(如调频广播接收机的中频频率10.7MHZ )上进行。
就鉴频器的功能而言,它是一个将输入调频波的瞬时频率f (或频偏f ∆)变换为相应的解调输出电压o u 的变换器,通常将此变换器的变换特性称为鉴频特性,用曲线表示为输出电压o u 与瞬时频率f 或频偏f ∆之间的关系曲线,称为鉴频特性曲线。
在线性解调的理想情况下,此曲线为一直线,但实际往往有弯曲,呈“S ”曲线。
通常用峰值带宽m B 来近似衡量鉴频特性线性区的宽度,它指的是鉴频特性曲线左右两个最大值(±m ax o u )间对应的频率间隔。
鉴频器特性曲线一般是左右对称的,若峰值点的频偏为A A c c B f f f f f ∆=-=-,则m B =2A f ∆。
对于鉴频器来讲,要求线性范围宽(m B >2m f ∆),线性度好。
但在实际上,鉴频特性在两峰之间都存在一定的非线性,通常只有在f ∆=0附近才有较好的线性。
对鉴频器的另外一个要求,就是鉴频跨导要大。
所谓鉴频跨导D S ,就是鉴频特性在载频处的频率,它表示的是单位频偏所能产生的解调输出电压。
鉴频跨导有叫鉴频灵敏度,用公式表示为:鉴频跨导也可以理解为鉴频器将输入频率转换为输出电压的能力或效率,鉴频跨导又称为鉴频效率。
调频制具有良好的抗噪声能力,是以鉴频器输入为高信噪比为条件的,一旦鉴频器输入信噪比低于规定的门限值,鉴频器的输出信噪比将急剧下降,甚至无法接收。
调频致具有良好的抗噪声能力,是以鉴频器输入为高信噪比为条件。
一旦鉴频器输入信噪比低于规定的门限值,鉴频器的输出信噪比将急剧下降,甚至无法(/)co o D f f f du du S V Hz dfd f=∆===∆接受。
这种现象称为门限效应。
实际上,各种鉴频器都存在门限效应,只是门限电压的大小不同而已。
鉴频特性:鉴调频电路输出低频解调电压与输入低频信号瞬时频偏的关系。
理想鉴调频特性应该是线形的,实际为“ S ”曲线线形范围:由于输入调频信号的瞬时频率是在载频附近变化,故鉴频特性曲线位于载频附近,其中线形部分称为鉴频线形范围。
正负峰间距鉴频灵敏度:在鉴频线形范围内,单位频偏产生的解调信号电压的大小。
.处的斜率。
单位频偏产生的输出电压的大小。
图1-1 鉴频器及鉴频特性1.2 鉴频方法从FM波中还原调制信号的方法概括起来可分为直接鉴频法和间接鉴频法两种。
直接鉴频法就是直接从调制信号的频率中提取原来调制信号的方法,主要是脉冲计数式鉴频法;间接鉴频法就是对调制信号进行不同的变换或处理从而间接地恢复原来调制信号的方法,如波形变换法、锁相环解调(PLLDM)法及调频负反馈解调(FM-FBDM)法、正交鉴频法等。
对于间接鉴频法,尽管解调方式不同,但它们均能产生一个幅度与输入信号瞬时频率成线性关系的输出信号。
就鉴频器的工作原理而言,其各种实现方法都是将输入调频波进行特定的波形变换,是变换后的波形包含反映瞬时频率变化的平均分量,然后通过低通滤波器取出所需解调电压。
根据波形变换的不同特点,鉴频方法可归纳为振幅鉴频法和相位鉴频法两种。
1.2.1 振幅鉴频法调频波振幅恒定,故无法直接用包络检波器解调。
所以将等幅的调频信号变换成振幅也随瞬时频率变化,既调频又调幅的FM-AM波,就可以通过包络检波器解调此调频信号。
用此原理构成的鉴频器称为振幅鉴频器,其原理框图如下图所示。
其中FM-FM.AM变换电路应该是具有线性频率—电压转换特性的线性网络。
(a)振幅鉴频器原理框图(b)变化电路特性图1-2 振幅鉴频原理1.2.2 相位鉴频法相位鉴频法的原理框图如下图所示。
图中的变换电路具有线性的频率—相位转换特性,它可以将等幅的调频信号变成相位也随瞬时频率变化的、既调频又调相的FM-PM 波。
把此FM-PM 波和原来输入的调频信号一起加到鉴相器上,就可以通过鉴相器解调此调频信号。
相位鉴频法的关键是相位检波器,相位检波器或鉴相器就是用来检出两个信号之间的相位差,完成相位差—电压变换作用的部件或电路。
设输入鉴相器的两个信号分别为:把它们同时加于鉴相器,鉴相器的输出电压o u 是瞬时相位差的函数,即:在线性鉴相时,o u 与输入位相差21()()()e t t t ϕϕϕ=-成正比。
信号2u 中引入/2π固定相移的目的在于当输入相位差21()()()e t t t ϕϕϕ=-在零附近正负变化时,鉴相器输出电压也相应地在零附近正负变化。
图1-3 相位鉴频器的框图11122222cos ()cos ()sin ()2c c c u U t t u U t t U t t ωϕπωϕωϕ=+⎡⎤⎣⎦⎡⎤=-+=+⎡⎤⎣⎦⎢⎥⎣⎦21()()o u f t t ϕϕ=-⎡⎤⎣⎦2振幅鉴频方案选择本次课设要求将FM波转换成FM-AM波,再用二极管包络检波解调出原调制信号,所以必须要用振幅鉴频法完成本次课设。
振幅鉴频中有几种不同的方案可以选择。
(1) 鉴频线性性鉴频电路输出低频解调电压与输入调频信号瞬时频偏的关系称为鉴频特性, 理想的鉴频特性应是线性的。
(2) 鉴频线性范围由于输入调频信号的瞬时频率是在载频附近变化, 故鉴频特性曲线位于载频附近, 其中线性部分称为鉴频线性范围。
(a)振幅鉴频器原理框图(b)变化电路特性图2-1 振幅鉴频原理2.1 直接时域微分法设调制信号为()=,调频波为u f tΩ()cos[()]tFM c fu t U t k f d ωττ=+⎰对此式直接微分可得()[()]sin[()]t F M c f c fu t u U k f t t k f d dtωωττ==-++⎰电压u 振幅与瞬时频率()()c f t k f t ωω=+成正比,因此上式是一个FM-AM 波。
由于ω远大于频偏,包络不会出现负值,经包络检波后即可得到原调制信号。
以上过程说明,只要将调频波直接进行微分运算,就可以很方便地用包络检波器实现鉴频,所以这种鉴频器有微分网络和包络检波器两部分组成,如下图所示。
理论上这种方法非常好,但在实际电路中,由于器件非线性等原因,其有效的线性鉴频范围是有限的。
为了扩大线性鉴频范围,可以采用较为理想的时域微分鉴频器,如脉冲计数式鉴频器。
图2-2 微分鉴频原理2.2 斜率鉴频法上述微分器的作用也可由其他网络来完成,只要在所需频率范围内具有线性幅频特性即可,如低通、高通、带通网络等都可以完成这一转换,其中应用最多的是带通网络。
斜率鉴频器利用LC 谐振回路的谐振特性对调频波进行调频—调幅变换,变换特性取决于谐振特性曲线的斜率。
下图就是利用单失谐回路完成鉴频的最简单电路。
工作过程及波形如图所示,回路的谐振频率0f 高于FM 波的载频c f ,显然,对输入信号是失谐的,在2Δfm 范围内,并联谐振回路的幅频特性近似为直线,并尽量利用幅频特性的倾斜部分。
当0f >c f 时,回路两端电压大;当0f <c f 时,回路两端电压小,因而形成图(b )中i U 的波形。
当输入信号频率变化时,回路两端的电压振幅将与频率成正比,实现了FM-AM 变换。
通过后面的包络检波器,便可恢复出原来的调制信号。
这种利用调谐回路幅频特性倾斜部分对FM 波解调的方法称为斜率鉴频。
由于在斜率鉴频电路中,利用的是调谐回路的失(离)谐状态,因此又称失(离)谐回路法。
下图为单谐回路的谐振电路和谐振曲线,谐振特性曲线近似直线的范围非常窄,其倾斜部分的线性度是较差的。
因此只适用用窄带小频偏的FM 信号的解调。
为了扩大线性范围,实际上采用的多是三调谐回路的双离谐平衡鉴频器。
图2-3 单回路斜率鉴频器双离谐鉴频器的输出是取两个带通响应之差,即该鉴频器的传输特性或鉴频特性,如图6中的实线所示。
虚线为两回路的谐振曲线。
从图看出,他可获得较好的线性响应,失真较小,灵敏度也高于回路鉴频器。
这种电路适用于解调大频偏的调频信号。
但采用这种电路时,三个回路要调整好,并须尽量对称,否则会引起较大的失真。
不易调整是该电路的一个缺点。
图2-4 双离谐平衡鉴频器图2-5 图2-4各点波形图7 图5各点波形图2-6 双离谐鉴频器的鉴频特性经以上方案的对比论证,选择斜率鉴频法中的双失谐回路鉴频电路完成本次课程设计,可以解决元器件的非线性原因引起的线性范围小的问题,此电路失真较小,工作频带宽,灵敏度也高于单失谐回路鉴频器。
3 振幅鉴频器工作原理及电路分析3.1 基本振幅鉴频器的工作原理图3-1是一种最简单的振幅鉴频器原理电路,图中,晶体三极管与谐振回路的作用是变调频信号u为调频、调幅信号2u,再经二极管包络检波器得到低1频信号u。
这里的1u、2u、3u波形与图2—(a)相对应。