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任我发心水论坛23144高频课程设计鉴频器的设计可编辑

发布时间:2019-11-01 浏览次数:

  高频课程设计鉴频器的设计高频课程设计鉴频器的设计 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 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 或频偏 变换为相应的解调输出电压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与瞬时频率或频偏之间 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则 于鉴频器来讲要求线性范围宽>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 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 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 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 是瞬时相位差的函数即 在线性鉴相时与 输入位相差成正比信号中引入固定相移的目的在于当输入相位差在 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 1-3相位鉴频器的框图 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 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 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 变化电路特性图2-1 振幅鉴频原理 21 直接时域微分法 设调制信号为调频波为 对此式直接微分可得 电压振幅与瞬时频率成正比因此上式是一个 FM-AM 波由于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 22 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高于FM 载频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 时回路两端电压 大当 时回路两端电压小因而形成图b 中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 振幅鉴频器工作原理及电路分析31 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为调频调幅信号再经二极管包络检波器得 到低频信号这里的波形与图2 中绘出此鉴频器谐振回路的谐振曲线这里回路谐振频率与调频信号中心频率是不相等的 也即将载波频率设置在谐振曲线的倾斜部位当信号频率改变时回路 输出电压幅度也随之改变图中示出信号频率围绕按正弦规律变化回 路输出电压的幅度大致也按正弦起伏这就得到了包络近于正弦变化 的调频调幅波检波后即可取出其包络 图3-1 基本振幅鉴频器电路 32 双失谐回路鉴频器的工作原理 为了获得较好的线性鉴频特性以 减小失真并适用于解调较大频偏的调制信号采用由两个特性完全相 同的单失谐回路对称组成的双失谐回路斜率鉴频器其原理电路如下 图所示 图3-2 双离谐鉴频器 由上图可知它共有三个谐振回路初级 回路I 调谐于调频信号的中心频率 次级的两个回路II 和III 分别调 谐于和两频率 而且和对是对称的即 因此此电路叫做双失谐回路鉴 频器或平衡鉴频器调频信号在回路两端产生的电压和的幅度分别以 和表示假设图中两个二极管检波器参数一致和参数一样和分别经二 极管检波器得到输出电压和由于次级回路线圈与和接法相反所以和 是反相的合成输出电压当输入调频信号的频率由向升高的方向偏离 时谐振回路II 输出电压大而回路III 输出电压小则检波后则 入调频信号的频率由向降低的方向偏离时谐振回路II输出电压小而 回路III 输出电压大则检波后则