调频波解调电路.pptx

5.6 5.6 调频波解调电路调频波解调电路5.6.15.6.1概述概述一鉴相器的功能及鉴频特性曲线一鉴相器的功能及鉴频特性曲线 从频率（相位）已调波中不失真地还原出原调从频率（相位）已调波中不失真地还原出原调制信号的过程，为调频（调相）波的解调过程，称制信号的过程，为调频（调相）波的解调过程，称为频率（相位）检波，简称为鉴频（为频率（相位）检波，简称为鉴频（FM Detector FM Detector,Discriminator,Discriminator）（鉴相（）（鉴相（Fhase DetectorFhase Detector）。）。它们的任务是把载波频率（或相位）的变化变换成它们的任务是把载波频率（或相位）的变化变换成电压的变化，实现鉴频（鉴相）的电路称为鉴频电压的变化，实现鉴频（鉴相）的电路称为鉴频（相）器。（相）器。作用下产生的，但二者却是截然不同的两种信号，作用下产生的，但二者却是截然不同的两种信号，如图如图5.6.1(a)5.6.1(a)所示。所示。就其功能而言，尽管鉴频器的输出就其功能而言，尽管鉴频器的输出 是在输入信号是在输入信号 图5.6.1（a）鉴频器的功能 鉴频器将输入调频波的瞬时频率 或频偏 的变化变换成了输出电压 的变化，将这种变换特性称为鉴频特性。在线性解调的理想情况下，此曲线为直线，在线性解调的理想情况下，此曲线为直线，但实际上往往有弯曲，呈但实际上往往有弯曲，呈“S S”形，简称形，简称“S S”曲线，如图曲线，如图5.6.1(b5.6.1(b）所示。）所示。用曲线表示为解调输出用曲线表示为解调输出电压与输入高频信号瞬电压与输入高频信号瞬时频率时频率 之间的关系曲线，称为鉴之间的关系曲线，称为鉴图5.6.1（b）鉴频特性曲线 或频偏或频偏 频特性曲线。频特性曲线。（鉴频特性动画）（鉴频特性动画）1 1鉴频线性范围：鉴频线性范围是指鉴频特性鉴频线性范围：鉴频线性范围是指鉴频特性曲线中近似直线段的频率范围，用曲线中近似直线段的频率范围，用 表示。表示。表明鉴频表明鉴频器实现不失真的解调所允许的频率变化范器实现不失真的解调所允许的频率变化范围。因此要求围。因此要求 应大于输入调频波最大频偏的两倍，即应大于输入调频波最大频偏的两倍，即 也可以称为鉴频器的带宽。也可以称为鉴频器的带宽。二、鉴频器的主要指标二、鉴频器的主要指标 2 2鉴频灵敏度鉴频灵敏度 ：在中心频率附近，单位频偏产生：在中心频率附近，单位频偏产生的解调输出电压的大小。的解调输出电压的大小。（）附近曲线的斜率）附近曲线的斜率或或 显然，鉴频灵敏度越高，意味着鉴频特性曲线越显然，鉴频灵敏度越高，意味着鉴频特性曲线越陡峭，鉴频能力越强。陡峭，鉴频能力越强。（调频波解调方法之一二动画）（调频波解调方法之一二动画）的线性网络，经变换后的线性网络，经变换后得到调频调幅波，其幅度正比得到调频调幅波，其幅度正比于输入调频波瞬时频率的变化，然后通过包络检波器于输入调频波瞬时频率的变化，然后通过包络检波器输出反映振幅变化的解调电压。输出反映振幅变化的解调电压。三、实现鉴频的方法三、实现鉴频的方法 1 1、斜率鉴频器（、斜率鉴频器（Slope DiscriminatorSlope Discriminator）实现鉴频的方法很多，但常用的有以下几种：实现鉴频的方法很多，但常用的有以下几种：斜率鉴频的实现模型如图斜率鉴频的实现模型如图5.6.25.6.2所示。所示。先将输入调频波先将输入调频波 通过具有合适频率特性通过具有合适频率特性 先将输入调频波通过具有合适频率特性的线性先将输入调频波通过具有合适频率特性的线性变换网络，将调频波变换成调频调相波，其相位的变换网络，将调频波变换成调频调相波，其相位的变化与输入调频波瞬时频率的变化成正比，再经相变化与输入调频波瞬时频率的变化成正比，再经相位检波器（鉴相器）将它与输入调频波的瞬时相位位检波器（鉴相器）将它与输入调频波的瞬时相位进行比较，检出反映附加相移变化的解调电压。进行比较，检出反映附加相移变化的解调电压。2 2、相位鉴频器（相位鉴频器（Phase DiscriminatorPhase Discriminator）相位鉴频器的实现模型如图相位鉴频器的实现模型如图5.6.35.6.3所示。所示。脉冲计数式鉴频器是先将输入调频波通过具有合适脉冲计数式鉴频器是先将输入调频波通过具有合适特性的非线性变换网络，将它变换为调频等宽脉冲序列。特性的非线性变换网络，将它变换为调频等宽脉冲序列。由于该等宽脉冲序列含有反映瞬时频率变化的平均分量，由于该等宽脉冲序列含有反映瞬时频率变化的平均分量，因而，通过低通滤波器就能输出反映平均分量变化的解因而，通过低通滤波器就能输出反映平均分量变化的解调电压。也可将该调频等宽脉冲序列直接通过脉冲计数调电压。也可将该调频等宽脉冲序列直接通过脉冲计数器得到反映瞬时频率变化的解调电压。器得到反映瞬时频率变化的解调电压。3 3、脉冲计数式鉴频器（、脉冲计数式鉴频器（Pulse Count Pulse Count Discriminator Discriminator）这种方法的实现模型如图这种方法的实现模型如图5.6.45.6.4所示。所示。（脉冲计数式鉴频器动画）这种鉴频方法有多种实现电路，这种鉴频方法有多种实现电路，为了便于了解这种方法的基本工作为了便于了解这种方法的基本工作原理，图原理，图5.6.55.6.5示出了一个实例，包示出了一个实例，包括其组成方框图（括其组成方框图（a a）和相应的）和相应的波形波形 图（图（b b）图（）图（f f）。4 4、锁相鉴频器、锁相鉴频器 锁相鉴频器是利用锁相环路实现鉴频。这种方法将锁相鉴频器是利用锁相环路实现鉴频。这种方法将在第在第6 6章中讨论。章中讨论。四、限幅器四、限幅器 限幅器的作用是将输入信号的振幅变化去掉，得到等限幅器的作用是将输入信号的振幅变化去掉，得到等幅信号的一种非线性电路。限幅器的限幅特性可以用其幅信号的一种非线性电路。限幅器的限幅特性可以用其输入电压输入电压 和输出电压和输出电压 来表示。典型的限幅特性来表示。典型的限幅特性曲线如图曲线如图5.6.65.6.6所示。输入电压的幅值超过所示。输入电压的幅值超过 时，限幅时，限幅器输出电压器输出电压 保持保持 不变。不变。称为限幅器的限幅门限电称为限幅器的限幅门限电压或限幅灵敏度，压或限幅灵敏度，其值越小越好。越其值越小越好。越小对前级增益的要小对前级增益的要求越低。求越低。图5.6.6 典型的限幅特性曲线 而斜率鉴频器而斜率鉴频器和相位鉴频器前接和相位鉴频器前接入的限幅器属于振入的限幅器属于振幅限幅器，它的作幅限幅器，它的作用是将具有寄生调用是将具有寄生调幅的调频波变换为幅的调频波变换为等幅的调频波。如等幅的调频波。如图图5.6.75.6.7所示。所示。图5.6.7 振幅限幅器的作用 限幅器分为瞬时限幅和振幅限幅两种。限幅器分为瞬时限幅和振幅限幅两种。脉冲数字式鉴频器中的限幅属于瞬时限幅器，它的脉冲数字式鉴频器中的限幅属于瞬时限幅器，它的作用是将输入调频波变换为等幅方波。作用是将输入调频波变换为等幅方波。（限幅器作用动画）（限幅器作用动画）1 1、二极管限幅器、二极管限幅器 图图5.6.85.6.8所示电所示电路为路为150 MHz150 MHz晶体管晶体管调频接收机中的限调频接收机中的限幅器。信号频率幅器。信号频率（中频）（中频）选用截止频率选用截止频率 的晶体管，限幅二极管对的晶体管，限幅二极管对 、并联反接在回路两端，并联反接在回路两端，是一个零偏二极管限幅是一个零偏二极管限幅 二极管限幅器二极管限幅器属于瞬时双向限幅属于瞬时双向限幅电路。电路。图5.6.8 150 MHz晶体管调频接收机中的限幅器 器，当信号电平小于器，当信号电平小于0.5 V0.5 V时，二极管基本时，二极管基本不导通，对回路影响不导通，对回路影响很小，但当信号电压很小，但当信号电压大于大于0.5V0.5V时，二极管时，二极管导通，信号被二极管导通，信号被二极管旁路，所以输出电压旁路，所以输出电压被限制在峰一峰值被限制在峰一峰值上。上。图5.6.8 150 MHz晶体管调频接收机中的限幅器 2 2、晶体管限幅器、晶体管限幅器 晶体管限幅器电路如图晶体管限幅器电路如图5.6.95.6.9所示，从形式上看，所示，从形式上看，它和一般调谐放大器没有什它和一般调谐放大器没有什么区别，只是作为限幅使用，么区别，只是作为限幅使用，工作点的设计应使放大器的工作点的设计应使放大器的线性范围小，使得调频信号线性范围小，使得调频信号正半周时的寄生调幅部分进正半周时的寄生调幅部分进入饱和区。而负半周时的寄入饱和区。而负半周时的寄生调幅部分进入截止区，从生调幅部分进入截止区，从而消除寄生调幅。如图而消除寄生调幅。如图5.6.105.6.10中负载线中负载线所示。所示。图5.6.9 晶体管限幅器电路 图5.6.10 谐振功率放大器的限幅特性 图5.6.11 差分对管限幅器（a）限幅电路 （b）限幅特性 3 3、差分对管限幅器、差分对管限幅器 差分对管限幅器由单端输入差分对管限幅器由单端输入单端输出的差分放单端输出的差分放大器组成，如图大器组成，如图5.6.115.6.11（a a）所示，其电流传输特性如）所示，其电流传输特性如图（图（b b）所示。显然具有明显的双向限幅的作用。）所示。显然具有明显的双向限幅的作用。幅度的方波，因而其中包含的基波分量振幅也基本恒幅度的方波，因而其中包含的基波分量振幅也基本恒定。通过谐振于基频的定。通过谐振于基频的LCLC并联谐振回路，可在输出端并联谐振回路，可在输出端得到已限幅的调频波。得到已限幅的调频波。电压电压 时，输出电流时，输出电流 波形的上、下端被波形的上、下端被当输入调频信号当输入调频信号 的振幅的振幅 大于门限大于门限继续增继续增 削平，此后削平，此后则是趋则是趋近于恒定近于恒定大，大，5.6.2 5.6.2 斜率鉴频器斜率鉴频器 一失谐回路斜率鉴频器一失谐回路斜率鉴频器图5.6.12 单失谐回路斜率鉴频器 图图5.6.125.6.12所示电路为单失谐回路斜率鉴频器，由所示电路为单失谐回路斜率鉴频器，由LCLC并联回路构成线性频并联回路构成线性频幅转换网络，二极管幅转换网络，二极管D D与与RCRC构构成包络检波器。成包络检波器。下面定性讨论下面定性讨论LCLC并联回路的频并联回路的频幅转换特性。幅转换特性。1 1、单、单失谐回路斜率鉴频器原理失谐回路斜率鉴频器原理（并联（并联LC回路的频幅转换特性动画）回路的频幅转换特性动画）（1 1）LCLC并联回路的频幅转换特性并联回路的频幅转换特性 令令则则式中式中 显然，为频率的函数。由此可以得到由此可以得到LCLC并联回路传输特性的幅频特性，如并联回路传输特性的幅频特性，如图图5.6.135.6.13（a a）所示。）所示。（2 2）LCLC并联回路传输特性并联回路传输特性图5.6.13 单失谐回路的工作波形（单失谐回路斜率（单失谐回路斜率鉴频原理动画）鉴频原理动画）当当为为FMFM波时，且波时，且 ，回路谐振。，回路谐振。此时此时 对对影响不大。影响不大。当当时，如取时，如取 此时此时式中式中 为为LCLC并联回路幅频传输特性中上升段的斜率，即并联回路幅频传输特性中上升段的斜率，即鉴频灵敏度。鉴频灵敏度。所以所以 显然，显然，为为FMFMAMAM波。波。显然，显然，谐振回路两端的信号电压谐振回路两端的信号电压 的包络反映的包络反映了瞬时频率的变化规律。单失谐回路斜率鉴频器的工了瞬时频率的变化规律。单失谐回路斜率鉴频器的工作波形如图作波形如图5.6.145.6.14所示。所示。图5.6.14 单失谐回路斜率鉴频器的工作波形 单失谐回路斜率鉴单失谐回路斜率鉴频器电路简单，但由于频器电路简单，但由于并联谐振回路幅频特性并联谐振回路幅频特性曲线两边倾斜部分不是曲线两边倾斜部分不是理想直线，因此在频率理想直线，因此在频率幅度变换中会造成幅度变换中会造成非线性失真，即线性鉴非线性失真，即线性鉴频范围较小。频范围较小。为了扩大线性鉴频范围，用两个特性完全相同为了扩大线性鉴频范围，用两个特性完全相同的单失谐回路斜率鉴频构成。如图的单失谐回路斜率鉴频构成。如图5.6.155.6.15所示。所示。上，下面回路谐振在上，下面回路谐振在 上，上，双失谐回路斜率鉴频器又称为平衡斜率鉴频器。双失谐回路斜率鉴频器又称为平衡斜率鉴频器。2 2、双失谐回路斜率鉴频器、双失谐回路斜率鉴频器其中，上面回路谐振在其中，上面回路谐振在 图5.6.15 双失谐回路斜率鉴频器 认为上、下两包络检波器的检波电压传输系数均为认为上、下两包络检波器的检波电压传输系数均为则双失谐回路斜率鉴频器的输出电压为：则双失谐回路斜率鉴频器的输出电压为：设上、下两回路的幅频特性分别为设上、下两回路的幅频特性分别为 和和，并，并，它们各自失谐在调频波中心频率（载波）它们各自失谐在调频波中心频率（载波）的间隔相等，均为的间隔相等，均为 ，即，即 的两侧，并且与的两侧，并且与 随频率随频率 f（或（或 ）的变化特性就是将两个失谐）的变化特性就是将两个失谐回路的幅频特性回路的幅频特性相减后的合成特相减后的合成特性，如图性，如图5.6.165.6.16（a a）所）所示。由图可见，示。由图可见，合成鉴频特性曲合成鉴频特性曲线形状除了与两线形状除了与两回路的幅频特性回路的幅频特性曲线形状有关外，曲线形状有关外，主要取决于主要取决于 的的配置。配置。图5.6.16 双失谐回路斜率鉴频器鉴频特性曲线（双失谐回路斜率（双失谐回路斜率鉴频原理动画）鉴频原理动画）若若的配置恰当，两回路幅频特性曲线中的弯曲部的配置恰当，两回路幅频特性曲线中的弯曲部分就可相互补偿，合成一条线性范围较大的鉴频特性曲分就可相互补偿，合成一条线性范围较大的鉴频特性曲线。否则，线。否则，过大时，合成的鉴频特性曲线就会在过大时，合成的鉴频特性曲线就会在 附近出现弯曲，附近出现弯曲，如图如图5.6.16(b)5.6.16(b)所示；过小时，所示；过小时，合成的鉴频特合成的鉴频特性曲线线性范性曲线线性范围就不能有效围就不能有效扩展。扩展。图5.6.16 双失谐回路斜率鉴频器鉴频特性曲线 图图5.6.175.6.17是微波通信接受机中采用的平衡鉴频器的是微波通信接受机中采用的平衡鉴频器的电路实例。电路实例。图5.6.17 实用双失谐回路斜率鉴频器 调频信号的载频频率调频信号的载频频率35MHz35MHz，回路，回路和和分别调谐于分别调谐于30MHz30MHz和和40MHz40MHz。电路中有三个谐振回路，回路电路中有三个谐振回路，回路调谐于输入调谐于输入 由于由于3 3个回路的谐振频率互不相同，为了减小个回路的谐振频率互不相同，为了减小相互之间的影响，便于调整，该电路没有采用互感相互之间的影响，便于调整，该电路没有采用互感耦合的方法，而是由两个共基放大器连接，两个共耦合的方法，而是由两个共基放大器连接，两个共基放大器不仅可使基放大器不仅可使3 3个回路相互隔离，而且不影响个回路相互隔离，而且不影响信号的传输。信号的传输。二、差分峰值斜率鉴频器二、差分峰值斜率鉴频器 在集成电路中，广泛采用的斜率鉴频电路如图在集成电路中，广泛采用的斜率鉴频电路如图5.6.185.6.18所示的差分峰值斜率鉴频器。所示的差分峰值斜率鉴频器。图5.6.18 集成电路中采用的斜率鉴频器 将输入调频波电压将输入调频波电压 转换为转换为两个幅度按瞬时频率变化的调频调幅波电压两个幅度按瞬时频率变化的调频调幅波电压和和 。和和分别通过射极跟随器分别通过射极跟随器T T1 1和和T T2 2再分别加到由再分别加到由T T3 3、C C3 3和和T T4 4、C C4 4组成的三极管射极包络检波器上，检波器的组成的三极管射极包络检波器上，检波器的输出解调电压由差分放大器输出解调电压由差分放大器T T5 5和和T T6 6放大后作为鉴频器的放大后作为鉴频器的输出电压输出电压 。显然，其值与显然，其值与 和和的振幅差值的振幅差值（）成正比。）成正比。与与为实现频为实现频幅转换的线性网络。幅转换的线性网络。图中图中与与组成频幅转换网络功能：组成频幅转换网络功能：设设为为回路的电抗回路的电抗 。为为的电抗的电抗 。为为与与串联后的等效电抗串联后的等效电抗 为为与与 并联后的等效电抗并联后的等效电抗 回路的谐振角频率 令为为为与与串（并）联串（并）联，于是得到于是得到 ，的电抗曲线如图的电抗曲线如图5.6.195.6.19所示。所示。图5.6.19 线性网络的电抗曲线 后的谐振角频率。后的谐振角频率。图5.6.20 鉴频特性曲线 电阻电阻很大，所以很大，所以 在负载在负载由于由于 ，的基极输入的基极输入上产生的电压上产生的电压 的振幅主的振幅主要由要由 决定。决定。当当 时，时，串谐，串谐，最小。当最小。当 时，时，阻抗最小阻抗最小,并谐，阻抗最大，并谐，阻抗最大，最大。最大。又因为又因为 很小，很小，上电压上电压 的振幅的振幅 主要由主要由 决定。决定。当当 时，时，并联谐振，并联谐振，很小。如图很小。如图5.6.205.6.20所示。所示。最大，当最大，当 时，时，等效电抗下降很小，等效电抗下降很小，均为均为FMFMAMAM波，分波，分所以所以 ，随随变化，使变化，使 、别经包络检波器别经包络检波器 （三极管射极检波）检波后，经（三极管射极检波）检波后，经 、放大，在放大，在 集电极输出。集电极输出。当输入调频信号当输入调频信号 的瞬时频率的瞬时频率 满足满足 关系时，解调输出电压与调频信号瞬时频偏之间有下列关系时，解调输出电压与调频信号瞬时频偏之间有下列关系成立关系成立 式中式中k k是差分峰值鉴频器的增益。是差分峰值鉴频器的增益。显然，调整显然，调整 的鉴频灵敏度、线性范围、中心频率以及上、下曲的鉴频灵敏度、线性范围、中心频率以及上、下曲线的对称性等。通常情况下固定线的对称性等。通常情况下固定 ，调整，调整L L。由于差分峰值斜率鉴频器具有良好的鉴频特性，由于差分峰值斜率鉴频器具有良好的鉴频特性，鉴频线性范围可达鉴频线性范围可达300kHz300kHz，因此在集成电路中得到了，因此在集成电路中得到了广泛的应用。广泛的应用。可以改变鉴频器特性曲线可以改变鉴频器特性曲线5.6.3 5.6.3 相位鉴频器相位鉴频器 由图（由图（5.6.35.6.3）知，构成相位鉴频器的框图中包）知，构成相位鉴频器的框图中包含两部分，一是鉴相器，二是能够实现频含两部分，一是鉴相器，二是能够实现频相变相变换的线性网络。换的线性网络。一鉴相器一鉴相器 鉴相器即鉴相器即相位检波器，其功能是检测出两个信号之相位检波器，其功能是检测出两个信号之间的相位差，并将该相位差转换为相应的电压。鉴相间的相位差，并将该相位差转换为相应的电压。鉴相器有乘积型和叠加型两种电路形式。器有乘积型和叠加型两种电路形式。乘积型鉴相器由模拟相乘器和低通滤波器构成，乘积型鉴相器由模拟相乘器和低通滤波器构成，如图如图5.6.215.6.21所示。所示。图5.6.21 乘积型鉴相器 1 1、乘积型鉴相器、乘积型鉴相器 设鉴相器的两个设鉴相器的两个输入信号分别为：输入信号分别为：与与二者之间除了有相位差二者之间除了有相位差 外，还有外，还有 的固定相移。的固定相移。不同，鉴相器的工作特点各不相同。不同，鉴相器的工作特点各不相同。的幅度均较小，为小信号时，的幅度均较小，为小信号时，当两个输入信号当两个输入信号 与与相乘器的输出电压为相乘器的输出电压为 根据乘法器两个输入信号根据乘法器两个输入信号 和和幅度大小的幅度大小的经过低通滤波器，滤除经过低通滤波器，滤除 中的高频成分，得到的输出中的高频成分，得到的输出电压为：电压为：输出电压输出电压 与两个输入信号的相位差与两个输入信号的相位差 的正弦值的正弦值成正比，作出的成正比，作出的关系曲线即为鉴相器的鉴相特性关系曲线即为鉴相器的鉴相特性曲线。曲线。如图如图5.6.225.6.22所示。这是一条正弦曲线，称之为所示。这是一条正弦曲线，称之为正正弦鉴相特性。弦鉴相特性。图5.6.22 正弦鉴相特性 当时，此时可得 此式说明：此式说明：乘积型鉴相器在输入信号均为小信号乘积型鉴相器在输入信号均为小信号的情况下，只有当的情况下，只有当 时，才能够实现线性鉴相。时，才能够实现线性鉴相。式中式中 为鉴相特性直线段的斜率，称之为鉴相灵敏度，为鉴相特性直线段的斜率，称之为鉴相灵敏度，单位为单位为 。此时，当鉴相器的输入为调相信号，即此时，当鉴相器的输入为调相信号，即 时，得到的鉴相器的解调输出电压时，得到的鉴相器的解调输出电压 实现了对调相波的线性解调。实现了对调相波的线性解调。当两个输入信号当两个输入信号 的幅度较小，为小信号，的幅度较小，为小信号，为大信号时，为大信号时，控制相乘器使之工作在开关状态，输出控制相乘器使之工作在开关状态，输出电压为电压为 通过低通滤波器滤除高频分量得到的输出为通过低通滤波器滤除高频分量得到的输出为 鉴相特性仍为正弦特性。鉴相特性仍为正弦特性。当两个输入信号当两个输入信号 与与均为大信号时，均为大信号时，由图可见，当由图可见，当 图图5.6.235.6.23示出了两个示出了两个开关信号相乘后的波形。开关信号相乘后的波形。等宽的双向脉冲，且频率加等宽的双向脉冲，且频率加倍，如图（倍，如图（a a）所示，因而相）所示，因而相应的平均分量为零。应的平均分量为零。时，相乘后的波形为上、下时，相乘后的波形为上、下宽的双向脉冲，如图宽的双向脉冲，如图(b(b）所示，因而在所示，因而在 的范围内，经过低通滤波的范围内，经过低通滤波器，取出的平均分量器，取出的平均分量（即解调输出）为（即解调输出）为 时（设时（设 ），），当当相乘后的波形为上、下不等相乘后的波形为上、下不等图5.6.24 三角形鉴相特性 相应的鉴相特性曲线如图相应的鉴相特性曲线如图5.6.245.6.24所示，在所示，在 范围内为一条通过原点的直线，并向两侧周期性重复。范围内为一条通过原点的直线，并向两侧周期性重复。这种鉴相器是比较两个开关波形的相位差而获得所需的鉴相电压，因而又将它称为符合门鉴相器。2 2、叠加型鉴相器、叠加型鉴相器 将两个输入信号叠加后加到包络检波器而构成的鉴将两个输入信号叠加后加到包络检波器而构成的鉴相器称为叠加型鉴相器。为了扩展线性鉴相范围，一般相器称为叠加型鉴相器。为了扩展线性鉴相范围，一般都采用两个包络检波器组成的平衡电路，如图都采用两个包络检波器组成的平衡电路，如图5.6.255.6.25所所示。示。图5.6.25 叠加型鉴相器 由图可见，加到上、下两包络检波器的输入信由图可见，加到上、下两包络检波器的输入信号电压分别为：号电压分别为：假设假设 和和可分别表示为可分别表示为 超前 一个 的相角。此时可用矢量表示为式中，和 分别为合成矢量 和 的长度。图5.6.26 和的矢量图(a)(a)(b)(b)(c)(c)根据矢量叠加原理，可以得到图根据矢量叠加原理，可以得到图5.6.265.6.26所示所示的矢量图，的矢量图，显然，当 时，合成矢量长度 当 时，合成矢量长度 当 时，合成矢量长度和和经包络检波器检波后，若包络检波器的检波经包络检波器检波后，若包络检波器的检波电压传输系数为电压传输系数为 ，则鉴相器的输出电压为，则鉴相器的输出电压为 当当 时，时，鉴相器输出电压鉴相器输出电压 所以所以当当 时，时，鉴相器输出电压鉴相器输出电压 且且 越大，输出电压越大，输出电压 就越大。就越大。且且 的负值越大，输出电压的负值越大，输出电压 负值就越大。负值就越大。综上可知，叠加型平衡鉴相器能将两个输入信号的相叠加型平衡鉴相器能将两个输入信号的相位差的变化变换为输出电压位差的变化变换为输出电压 才具有线性鉴相特性。才具有线性鉴相特性。当当 时，时，鉴相器输出电压鉴相器输出电压 的变化，实现了鉴相功能。的变化，实现了鉴相功能。可以证明，其鉴相特性也具有图可以证明，其鉴相特性也具有图5.6.225.6.22所示的形所示的形式，即具有正弦鉴相特性，且只有当式，即具有正弦鉴相特性，且只有当 比较小时，比较小时，目前广泛采用的是目前广泛采用的是C C1 1和和RLCRLC单谐振回路或耦合回路单谐振回路或耦合回路构构成的频率成的频率相位变换网络。相位变换网络。1 1、C C1 1和和RLCRLC单谐振回路的频相转换特性单谐振回路的频相转换特性 电路如图（电路如图（5.6.275.6.27）所示。设输入电压为）所示。设输入电压为 ，RLCRLC回回路两端的输出电压为路两端的输出电压为 ，则回路的电压传输特性为，则回路的电压传输特性为 二频率二频率相位变换网络相位变换网络 5.6.27 C1和RLC单谐振 回路频相转换网络 在失谐不大的情况下，上式可以表示为为：在失谐不大的情况下，上式可以表示为为：式中式中 代入上式并整理得代入上式并整理得 令令，式中式中为广义失谐量。为广义失谐量。其中其中 为幅频特性为幅频特性 为相频特性为相频特性 由此画出的由此画出的幅频特性和相频幅频特性和相频特性曲线如图特性曲线如图5.6.285.6.28所示。所示。图5.6.28 C1和RLC单谐 振回路的频率特性 若若则有则有 于是于是 可以近似认为可以近似认为 在在上下随上下随 线性变化，线性变化，近似为常量。由于近似为常量。由于 实现了不失真的频率相位变换功能。实现了不失真的频率相位变换功能。对于单频率调制的对于单频率调制的FMFM信号信号当当时，时，其瞬时相位其瞬时相位 瞬时角频率瞬时角频率 输出信号的相位：输出信号的相位：所以，所以，振幅振幅 的变化可由限幅器限幅掉。得到的的变化可由限幅器限幅掉。得到的 为一调频调为一调频调相信号。相信号。2 2、耦合回路频相变换网络、耦合回路频相变换网络 图5.6.29 互感耦合回路频相变换网络 耦合回路频相变换网络有互感耦合回路和电容耦合耦合回路频相变换网络有互感耦合回路和电容耦合回路两种形式，这里仅介绍互感耦合回路的频率相位变回路两种形式，这里仅介绍互感耦合回路的频率相位变化特性。化特性。图图5.6.295.6.29（a a）为互感耦合回路频相变换网络。）为互感耦合回路频相变换网络。图中，设初、次级回路参数相同，即图中，设初、次级回路参数相同，即 两回路的损耗相同，耦合系数两回路的损耗相同，耦合系数 ，初、次级回路的中，初、次级回路的中心频率均为心频率均为 。为使分析简单，先作几个合乎实际的假定：为使分析简单，先作几个合乎实际的假定：初、次级回路的品质因数均较高；初、次级回路的品质因数均较高；初、次级回路之间的互感耦合比较弱；初、次级回路之间的互感耦合比较弱；也保持恒定。也保持恒定。在耦合回路通频带范围内，当在耦合回路通频带范围内，当 保持恒定，保持恒定，于是可以近似地得于是可以近似地得到图（到图（b b）所示的等效电）所示的等效电路，图中路，图中 初级电流初级电流 在次级回路中产生的感应串联电动势为在次级回路中产生的感应串联电动势为 式中，正、负号取决于初、次级线圈的绕向。式中，正、负号取决于初、次级线圈的绕向。现在假设线圈的绕向使该式取负号。所以现在假设线圈的绕向使该式取负号。所以 回路中产生的电流回路中产生的电流 式中，式中，由等效电路图由等效电路图5.6.295.6.29（b b）可知，串联电动势可知，串联电动势 在次级在次级由此可得耦合回路的电压传输函数为由此可得耦合回路的电压传输函数为 式中式中 为幅频特性为幅频特性 为相频特性为相频特性 因此，因此，在次级回路两端产生的电压为在次级回路两端产生的电压为 图5.6.30 耦合回路的传输函数（a）幅频特性 （b）相频特性 由此画出的由此画出的幅频特性、相频幅频特性、相频特性曲线如图特性曲线如图5.6.305.6.30所示。所示。由电压传输函数知，当回路输入电压由电压传输函数知，当回路输入电压 的角频率的角频率 变化时，次级回路电压变化时，次级回路电压 超前超前 一个（一个（）的相角，）的相角，而而由次级回路对信号角频率由次级回路对信号角频率 的失谐量决定，即的失谐量决定，即 当当时，时，即即与输入调频波的瞬时频偏成正比，回路实现了频与输入调频波的瞬时频偏成正比，回路实现了频相转换的功能。相转换的功能。实际上，实际上，的幅度也将随输入调频波的瞬时频率变的幅度也将随输入调频波的瞬时频率变化，只是这种变化可以通过限幅器限幅掉。化，只是这种变化可以通过限幅器限幅掉。三相位鉴频电路三相位鉴频电路 例如电视接收机伴音的集成电路是采用双差分对相例如电视接收机伴音的集成电路是采用双差分对相乘器实现鉴频的，乘积型相位鉴频器的实现电路如图乘器实现鉴频的，乘积型相位鉴频器的实现电路如图5.6.325.6.32所示。所示。根据鉴相器的不同，相位鉴频器分为乘积型和根据鉴相器的不同，相位鉴频器分为乘积型和叠加型两种。叠加型两种。1 1、乘积型相位鉴频器、乘积型相位鉴频器 乘积型相位鉴频器又称为集成差分峰值鉴频器，或乘积型相位鉴频器又称为集成差分峰值鉴频器，或正交移相型鉴频器。正交移相型鉴频器。图5.6.32 乘积型相位鉴频器的实用电路 设设经经 后，后，经经频相转移网络，输出频相转移网络，输出 为调频调相信号。为调频调相信号。即即、分别送入由分别送入由 、及及组成的双差分组成的双差分对电路中，对电路中，在满足线性输入条件下，其单端输出电流在满足线性输入条件下，其单端输出电流为为 射随器后得到：射随器后得到：经得到的输出电压为得到的输出电压为 经过低通滤波器后，设经过低通滤波器后，设LFLF增益为增益为1 1，则输出为：，则输出为：式中式中 式中式中 是恒流源电路是恒流源电路T T9 9为差分对为差分对T T7 7T T8 8提供的电流。提供的电流。当当时，时，输出为，输出为 得到的鉴频特性曲线如图得到的鉴频特性曲线如图5.6.335.6.33所示。所示。式中式中 ，为为频相转移网络的幅频相转移网络的幅频特性。而对频特性。而对FMFM波，波，实现了线，实现了线性解调。性解调。图5.6.33 鉴频特性曲线 图图5.6.345.6.34所示为单片集成模拟相乘器所示为单片集成模拟相乘器 BG314BG314构成的相构成的相位鉴频电路。电路中晶体管位鉴频电路。电路中晶体管T T是射随器作为隔离级，是射随器作为隔离级，C C1 1、RLCRLC构成线性移相网络作为负载。运算放大器构成线性移相网络作为负载。运算放大器A A做为双端输做为双端输出转单端输出电路，出转单端输出电路，R R1111、C C3 3组成低通滤波器。组成低通滤波器。图 5.6.34 单片集成模拟相乘器 BG314构成的相位鉴频电路 图图5.6.355.6.35所示为常用的叠加型相位鉴频器电路，所示为常用的叠加型相位鉴频器电路，称为互感耦合相位鉴频器。图中称为互感耦合相位鉴频器。图中 L L1 1、C C1 1和和 L L2 2、C C2 2均调均调谐在调频信号的中心频率谐在调频信号的中心频率 上，并构成互感耦合双上，并构成互感耦合双2 2、叠加型相位鉴频器、叠加型相位鉴频器调谐回路，实现频相转换。调谐回路，实现频相转换。图5.6.35 叠加型相位鉴频器 图图5.6.355.6.35中，中，为隔直耦合电容，它对输入信号频率为隔直耦合电容，它对输入信号频率呈短路；呈短路；为高频扼流圈，它在输入信号频率上的阻抗为高频扼流圈，它在输入信号频率上的阻抗很大，近似开路，但对低频信号阻抗很小，近似短路。很大，近似开路，但对低频信号阻抗很小，近似短路。初级回路电压初级回路电压 通过通过 加到加到 上，由于上，由于 的高频容的高频容抗远小于抗远小于 的感抗，所以的感抗，所以 上的压降近似等于上的压降近似等于 。D D1 1、C C3 3、R R1 1及及D D2 2、C C4 4、R R2 2构成两个包络检波电路。构成两个包络检波电路。显然与图显然与图5.6.255.6.25完全相同。完全相同。图5.6.36 图5.6.35的等效电路 因此，图因此，图5.6.355.6.35可以等效为图可以等效为图5.6.365.6.36。由图由图5.6.365.6.36看出，加到两个二极管包络检波器上看出，加到两个二极管包络检波器上的输入电压分别为的输入电压分别为