【文章內(nèi)容簡介】 TH6TH7TH8 TH9TP5SIG+1GNADJ2GNADJ3SIG4 BIAS5OUT+ 6NC 7CAR+8NC 9CAR10 NC 11OUT 12NC 13VEE14U1MC1496圖 43 MC1496 構(gòu)成的混頻電路MC1496 可以采用單電源供電，也可采用雙電源供電。本實驗電路中采用＋12V，－8V 供電。R 12（820Ω） 、R 13（820Ω）組成平衡電路，F(xiàn) 2 為 選頻回路。本實驗中輸入信號頻率為 ＝，本振頻率 ＝ 。Sf Lf為了實現(xiàn)混頻功能，混頻器件必須工作在非線性狀態(tài)，而作用在混頻器上的除了輸入信號電壓 VS 和本振電壓 VL 外，不可避免地還存在干擾和噪聲。它們之間任意兩者都有可能產(chǎn)生組合頻率，這些組合信號頻率如果等于或接近中頻，將與輸入信號一起通過中頻放大器、解調(diào)器，對輸出級產(chǎn)生干涉，影響輸入信號的接收。干擾是由于混頻器不滿足線性時變工作條件而形成的，因此不可避免地會產(chǎn)生干擾，其中影響最大的是中頻干擾和鏡象干擾。 鑒頻調(diào)頻波的解調(diào)稱為頻率檢波，簡稱鑒頻（FM Detector,Discriminator） 。其作用是從已調(diào)波中檢出反映在頻率變化上的調(diào)制信號。在調(diào)頻接收機(jī)中，當(dāng)?shù)确{(diào)頻信號通過鑒頻前各級電路時，因電路頻率特性不均勻而導(dǎo)致調(diào)頻信號頻譜結(jié)構(gòu)的變化，從而造成調(diào)頻信號的振幅發(fā)生變化。如果存在著干擾，還會進(jìn)一步加劇這種振幅的變化。鑒頻器解調(diào)這種信號時，上述寄生調(diào)幅就會反映在輸出解調(diào)電壓上，產(chǎn)生解調(diào)失真。因此，一般必須在鑒頻前加一限幅器以消除寄生調(diào)幅，保證加到鑒頻器上的調(diào)頻電壓是等幅的?？梢?，限幅與鑒頻一般是連用的，統(tǒng)稱為限幅鑒頻器。 乘積型鑒頻器1. 鑒頻是調(diào)頻的逆過程，廣泛采用的鑒頻電路是相位鑒頻器。鑒頻原理是：先將調(diào)頻波經(jīng)過一個線性移相網(wǎng)絡(luò)變換成調(diào)頻調(diào)相波，然后再與原調(diào)頻波一起加到一個相位檢波器進(jìn)行鑒頻。因此，實現(xiàn)鑒頻的核心部件是相位檢波器。相位檢波又分為疊加型相位檢波和乘積型相位檢波，利用模擬乘法器的相乘原理可實現(xiàn)乘積型相位檢波，其基本原理是：在乘法器的一個輸入端輸入調(diào)頻波 ，)(tvs設(shè)其表達(dá)式為： ]sincos[)(tmwVtvfs ???式中， 為調(diào)頻系數(shù)， 或 ，其中 為調(diào)制信號產(chǎn)生fm??/?ff/???的頻偏。另一輸入端輸入經(jīng)線性移相網(wǎng)絡(luò)移相后的調(diào)頻調(diào)相波 ，設(shè)其表達(dá)式為)(39。tvs)]}(2[sics{)(39。39。 ???ttvfs ni[39。 ??m式中，第一項為高頻分量，可以被濾波器濾掉。第二項是所需要的頻率分量，只要線性移相網(wǎng)絡(luò)的相頻特性 在調(diào)頻波的頻率變化范圍內(nèi)是線性的，當(dāng))( 時， 。因此鑒頻器的輸出電壓 )(??si??)(tvo頻波瞬時頻率的變化規(guī)律相同，從而實現(xiàn)了相位鑒頻。所以相位鑒頻器的線性鑒頻范圍受到移相網(wǎng)絡(luò)相頻特性的線性范圍的限制。2 鑒頻特性 相位鑒頻器的輸出電壓 V0 與調(diào)頻波瞬時頻率 的關(guān)系稱為鑒頻特性，其特性曲線(或稱fS 曲線) 如圖 141 所示。鑒頻器的主要性能指標(biāo)是鑒頻靈敏度 Sd 和線性鑒頻范圍 2Δfmax 。S d定義為鑒頻器輸入調(diào)頻波單位頻率變化所引起的輸出電壓的變化量，通常用鑒頻特性曲線f of m a xf m i n2 Δ f m a xf圖1 4 1 相位 鑒頻特性在中心頻率 處的斜率來表示，即 , 2Δfmax 定義為鑒頻器不失真fvo?of fVSod??/解調(diào)調(diào)頻波時所允許的最大頻率線性變化范圍，2Δf max 可在鑒頻特性曲線上求出。 圖 4 3. 乘積型相位鑒頻器用 MCl496 構(gòu)成的乘積型相位鑒頻器實驗電路如圖 5 所示。其中 C13 與并聯(lián)諧振回路 L1C18 共同組成線性移相網(wǎng)絡(luò)，將調(diào)頻波的瞬時頻率的變化轉(zhuǎn)變成瞬時相位的變化。分析表明，該網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù)的相頻特性 的表達(dá)式為)(?? （9）]1(arctn[2)( 2???oQ???當(dāng) 時，上式可近似表示為1??o 或 （10）)(arctn2)( o?????? )2(arctn2)( oQ??????+1212J6J7C18470pC16104C22103C21103C15104C19104C14104C1347pR101KR11820R121KR13200R222KR17510R18100K12 34567141312111098 U2MC1496R212K E310uf/16vR192KC20224TH6TH7TP1R9200R16100KTH5D12AP9 D22AP9TH8圖 5 正交鑒頻（乘積型相位鑒頻） ()式中 為回路的諧振頻率，of與調(diào)頻波的中心頻率相等。Q 為回路品質(zhì)因數(shù)。△f 為瞬時頻率偏移。相移 與頻偏△f 的特性曲線如圖 6 所示。?由圖可見：在 f=f0 即△f=0 時相位等于 ，在 范圍2?f?內(nèi)，相位隨頻偏呈線性變化，從而實現(xiàn)線性移相。MCl496的作用是將調(diào)頻波與調(diào)頻調(diào)相波相乘，其輸出經(jīng) RC 濾波網(wǎng)絡(luò)輸出。 圖 6 2/?o)(f??ofQ/?圖1 4 3 　 移相網(wǎng)絡(luò)的 相頻特性 鎖相鑒頻鎖相環(huán)由三部分組成，如圖 7 所示，它由相位比較器 PD、低通濾波器 LF、壓控振蕩器 VCO 三個部分組成一個環(huán)路。鎖相環(huán)是一種以消除頻率誤差為目的的反饋控制電路。當(dāng)調(diào)頻信號沒有頻偏時，若壓控振蕩器的頻率與外來載波信號頻率有差異時，通過相位比較器輸出一個誤差電壓。這個誤差電壓的頻率較低，經(jīng)過低通濾波器濾去所含鑒相 器P D環(huán)路 濾波器L F壓控 振蕩器V C O)(tVi )(t)(t)(0t圖1 4 4 基本 鎖相環(huán) 路方框圖圖 7的高頻成份，再去控制壓控振蕩器，使振蕩頻率趨近于外來載波信號頻率，于是誤差越來越小，直至壓控振蕩頻率和外來信號一樣，壓控振蕩器的頻率被鎖定在外來信號相同的頻率上，環(huán)路處于鎖定狀態(tài)。RA110KC4103C3103C7474C1104C6103 C8103J5J4V+1V+10VCO OUT9PIN 3RFIN6BIAS7 LPF5CAP 12GAIN 2LPF 4TTL OUT 16GND 8CAP 13SET 15OUT 14VCO OUT11U1NE564C5104J2R72KR41KR61KR81KJ3FMINAUDIO OUTC91100pC10110pTH1TH4TH3TH2J1 R31012348765S1C1147pC1220p+5R510圖 8 鎖相鑒頻 ()當(dāng)調(diào)頻信號有頻偏時，和原來穩(wěn)定在載波中心頻率上的壓控振蕩器相位比較的結(jié)果，相位比較器輸出一個誤差電壓，如圖 8 所示，以使壓控振蕩器向外來信號的頻率靠近。由于壓控振蕩器始終想要和外來信號的頻率鎖定，為達(dá)到鎖定的條件，相位比較器和低通濾波器向壓控振蕩器輸出的誤差電壓必須隨外來信號的載波頻率偏移的變化而變化。也就是說這個誤差控制信號就是一個隨調(diào)制信號頻率而變化的解調(diào)信號，即實現(xiàn)了鑒頻。 集成選頻放大器1. 集成選頻放大器的原理圖見下圖C9104C3104R6IN4GND3V+2OUT1AGC5IN+6GND7OUT+8U2MC1350C7104 C8104C4104J2R2200R1200R81kC10471R1333KR121MC18471R1010K C17102C16103R14470K 12J3+12+12+12TH3TH5TH4D21N4148 D31N4148D11N4148TP2TP4TP7321411 U1ATL084567U1BTL08412+12W11KW21KTP51243S1+12R91ME122uF/16VTP1C22104R1910KRA31KR20330圖 9 集成選頻放大器電路原理圖由上圖可知，本實驗中涉及到的集成選頻放大器是帶 AGC（自動增益控制）功能的選頻放大器，放大 IC 用的是 Motorola 公司的 MC1350。2. MC1350 放大器的工作原理圖 10 為 MC1350 單片集成放大器的電原理圖。這個電路是雙端輸入、雙端輸出的全差動式電路，其主要用于中頻和視頻放大。圖 10 MC1350 內(nèi)部電路圖輸入級為共射共基差分對，Q1 和 Q2 組成共射差分對，Q3 和 Q6 組成共基差分對。除了 Q3 和 Q6 的射極等效輸入阻抗為 Q Q2 的集電極負(fù)載外，還有QQ5 的射極輸入阻抗分別與 QQ6 的射極輸入阻抗并聯(lián)，起著分流的作用。各個等效微變輸入阻抗分別與該器件的偏流成反比。增益控制電壓（直流電壓）控制 QQ5 的基極，以改變 QQ5 分別和 Q Q6 的工作點電流的相對大小，當(dāng)增益控制電壓增大時，QQ5 的工作點電流增大，射極等效輸入阻抗下降，分流作用增大，放大器的增益減小。 鎖相環(huán)的構(gòu)成及工作原理 鎖相環(huán)路的基本組成鎖相環(huán)由三部分組成，如圖 11 所示，它由相位比較器 PD、低通濾波器 LF、壓控振蕩器 VCO 三個部分組成一個閉合環(huán)路，輸入信號為 Vi(t),輸出信號為 V0(t),反饋至輸入端。下面逐一說明基本部件的作用。鑒相 器P D環(huán)路 濾波器L F壓控 振蕩器V C O)( tVi)( tVD)( tVC)(0tV圖1 5 －1 鎖相 環(huán)組成 方 框圖圖 11(1) 壓控振蕩器（VCO）VCO 是本控制系統(tǒng)的控制對象，被控參數(shù)通常是其振蕩頻率，控制信號為加在VCO 上的電壓，故稱為壓控振蕩器，也就是一個電壓－頻率變換器，實際上還有一種電流－頻率變換器，但習(xí)慣上仍稱為壓控振蕩器。(2) 鑒相器（PD）　　PD 是一個相位比較裝置，用來檢測輸出信號 V0(t)與輸入信號 Vi(t)之間的相位差 θ e(t)，并把 θ e(t)轉(zhuǎn)化為電壓 Vd(t)輸出，V d(t)稱為誤差電壓，通常 Vd(t)作為一直流分量或一低頻交流量。(3) 環(huán)路濾波器（LF）LF 作為一低通濾波電路，其作用是濾除因 PD 的非線性而在 Vd(t)中產(chǎn)生的無用的組合頻率分量及干擾，產(chǎn)生一個只反映 θ e(t)大小的控制信號 Ve(t)。按照反饋控制原理，如果由于某種原因使 VCO 的頻率發(fā)生變化使得與輸入頻率不相等，這必將使 V0(t)與 Vi(t)的相位差 θ e(t)發(fā)生變化，該相位差經(jīng)過 PD 轉(zhuǎn)換成誤差電壓 Vd(t)，此誤差電壓經(jīng) LF 濾波后得到 Vc(t)，由 Vc(t)去改變 VCO 的振蕩頻率使趨近于輸入信號的頻率，最后達(dá)到相等。環(huán)路達(dá)到最后的這種狀態(tài)就稱為鎖定狀態(tài)，當(dāng)然由于控制信號正比于相位差，即： )(tted??因此在鎖定狀態(tài)，θ e(t)不可能為零，換言之在鎖定狀態(tài) V0(t)與 Vi(t)仍存在相位差。 鎖相環(huán)鎖相原理鎖相環(huán)是一種以消除頻率誤差為目的的反饋控制電路，它的基本原理是利用相位誤差電壓去消除頻率誤差，所以當(dāng)電路達(dá)到平衡狀態(tài)后，雖然有剩余相位誤差存在，但頻率誤差可以降低到零，從而實現(xiàn)無頻差的頻率跟蹤和相位跟蹤。當(dāng)調(diào)頻信號沒有頻偏時，若壓控振蕩器的頻率與外來載波信號頻率有差異時，通過相位比較器輸出一個誤差電壓。這個誤差電壓的頻率較低，經(jīng)過低通濾波器濾去所含的高頻成份，再去控制壓控振蕩器，使振蕩頻率趨近于外來載波信號頻率，于是誤差越來越小，直至壓控振蕩頻率和外來信號一樣，壓控振蕩器的頻率被鎖定在與外來信號相同的頻率上，環(huán)路處于鎖定狀態(tài)。當(dāng)調(diào)頻信號有頻偏時，和原來穩(wěn)定在載波中心頻率上的壓控振蕩器相位比較的結(jié)果，相位比較器輸出一個誤差電壓，如圖 12，以使壓控振蕩器向外來信號的頻率靠近。由于壓控振蕩器始終想要和外來信號的頻率鎖定，為達(dá)到鎖定的條件，相位比較器和低通濾波器向壓控振蕩器輸出的誤差電壓必須隨外來信號的載波頻率偏移的變化而變化。