相位鉴频器

相位鉴频器

一、相位鉴频原理

鉴频是调频的逆过程，广泛采用的鉴频电路是相位鉴频器。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。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。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。

相位鉴频器鉴频方式是：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。

二、设计方案

（一）应用软件：本次设计是在Multisim 软件下进行的，Multisim 软件是一个专门用于电子线路仿真与设计的 EDA 工具软件，具有很强大的功能，Multisim 计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好的解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。学员可以很好、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来。Multisim 仿真软件具有以下特点，直观的图形界面，丰富的元器件库，丰富的测试仪器，强大的仿真能力。

（二）工作原理及定性分析

1、相位鉴频器原理

图1 互感耦合相位鉴频器的基本电路

如图1所示是互感耦合相位鉴频器的基本电路，由调频-调幅调频变换电路和振幅检波器两部分组成。调频-调幅调频变换电路是由双耦合回路组成，其初级11C L 和次级22C L 都调谐于输入调频波的中心频率c f ，为了实现调频-调幅调频变换，初级和次级之间采用两种耦合方式，一种是互感M 的耦合，即由1U 通过互感M 在次级产生ab U ,另一是通过电容c C 将1U 耦合到高频扼流圈L 上，因为4C 、c C 对高频可认为短路，这样就可以认为1U 全加在L 上。另外，c 点为2L 的中心抽头，故变换电路送给检波器电压为

2/11ab D U U U +=

2/-12ab D U U U =

振幅检波器是由二极管1D 、2D 和低通滤波器3RC 、4RC 组成。输入电压为1D U 、2D U ，振幅检波器输出只与输入信号振幅相关，与相位无关。鉴频器的输出取两振幅检波输出电压之差，即

21o u D D KU KU -=

对于调频-调幅调频变换电路，1U 是等幅波，在耦合回路通带内ab U 的振幅也可以认为是不变的。但是1U 和ab U 之间的相位关系却随着频率变化而变化，相位鉴频器正是利用了ab U 与1U 的相位差随频率变化，实现了调频-调幅调频变换。1D U 和2D U 均为调幅调频波，经振幅检波器可实现鉴频。 2、相位鉴频器定性分析

为了分析的简化,假设相位鉴频器的初级回路的品质因数较高,初、次级回路的互感耦合比较弱。在估算初级回路电流时,就不必考虑初级本身的损耗电阻和从次级引人到初级的损耗电阻。由图1可知，初级回路中流过电感1L 的电流1I 为 ：1

11

U I j L ω=。

在同名端如图

1所示的的条件下，初级回路电流1I 在次级回路中感应电动势s

E 为：1s E j M I ω=代入得：次级回路路端电压U ab 可由等效电路求出

2

22

22

2

112

1222122

11

1()1()S ab E U I j C j C R j L C M U L C M j U R jX j C L R jX ωωωωωω==

+-==-++ （1）

式中,2

22

1

X L C ωω=- ,是次级回路总电抗,其值随频率不同可能为正,可能为

负,还可能为零。

○

1当输入信号频率c f f =时, 20X =。于是

()222111212

11

j ab C C M M U j U j U e L R L R π

ωω-=-= （2）

此式表明,次级回路电压ab U 比初级回路电压1U 滞后π/2,则电压矢量图如图所示。

图2 矢量合成图

因为鉴频器的输出电压u ο与12D D U U -成正比,由矢量图知12D D U U =,则鉴频器的输

出电压为：12()0o d D D u K U U =-=

○

2当输入信号频率c f f >时, 20X >,这时次级回路总阻抗为：

2222j Z R jX Z e θ=+=式中，2Z 是2Z

模，其值为：22

222

Z R X =+,θ是2Z 的相角，其值为：22

()0X arctg R

θ=>代入得:

()2

2112

1

j ab C M U U e L Z πθω-+= （3）

此式表明,次级回路电压ab U 比初级回路电压1U 滞后(2

π

θ+),对应的矢量图如

图3所示。

从图中可知12D D U U <,则鉴频器的输出电压为：12()0o d D D u K U U =-< ○

3当输入信号频率c f f <时, 20X <,这时次级回路总阻抗为:

2222j Z R jX Z e θ=+= 式中22

222

Z R X =+,22

()0X arctg R θ=<,带入得：

()2

2112

1

j ab C M U U e L Z πθω--= （4）

此式表明,次级回路电压ab U 比初级回路电压1U 滞后(

||2

π

θ-),对应的矢量图如

图2（c ）所示。从图中可知12D D U U >,鉴频器的输出电压为：12()0o d D D u K U U =->

图3 鉴频特性曲线

由上分析可得鉴频器输出电压u ο与频率f 的关系曲线如图3所示。在c f f =点,

0u ο=,随着失谐的加大, 1D U 与2D U 幅度的差值增大, u ο的幅值加大。当c f f >时,

u ο为负。当c f f <时, u ο为正。当频率偏离超过1m f 和2m f 两点时,曲线弯曲,这

是由于两输入谐振回路失谐严重, 1U 和ab U 幅度都变小,合成电压也相应减小,鉴频特性曲线下降。