文档介绍：鉴相器是用来比较两个同频输入电压和的相位,而输出电压是两个输入电压相位差的函数,
即
当线性鉴相的情况下,输出电压与两个输入电压的瞬时相位差成正比。
鉴相器
鉴相器可实现PM信号的解调,但也广泛用于解调FM信号,以及锁相技术及频率合成技术中。如在以后介绍的相移鉴频器和正交鉴频器都有具体应用。
鉴相器的实现方法: 乘积型鉴相器
叠加型鉴相器
相位鉴频器(鉴相器phase detector)
其中:
的瞬时相位。
的瞬时相位。
即
休息1
休息2
则相乘器的输出信号为:
1 乘积型鉴相器(product phase detector)
下图为乘积型鉴相器的组成框图。
设:鉴相器输入PM信号。
即:
而
而另一输入信号为 的同频正交载波。
即:
其中k为相乘器的乘积因子。
经低通滤波器后,输出电压 为:
可见:乘积型鉴相器具有正弦形鉴相特性
休息1
休息2
相乘器
低通滤波器
π
-π
仿真
所以
注意:乘积型鉴相器在电路结构上与同步检波器是相同的,即只要输入调相信号与的载波正交,同步检波器就变成了乘积型鉴相器。
另外,如果满足,则有。
即输出电压与成线性关系,
可实现线性鉴相。
下图为叠加型鉴相器原理框图,以下采用平衡型鉴相器为例进行分析:
2叠加型鉴相器(superposition phase detector)
相加器
包络检波器
相加器
相加器
包络
检波器
包络
检波器
相加器
设输入调相波为:
而同频正交载波信号为:
则:
利用矢量图可得合成电压振幅
如果设包络检波器的传输系数为
Kd1=Kd2=Kd,则两个包络检波器的输出电压为:
(为调相调幅波)
而
讨论:(1)当
可见:这时的鉴相器具有正弦鉴相特性,其线性鉴相范围为:
(2) 时,同理可推出
由讨论(1),(2)可以看出输出电压的大小取决于振幅小的输入信号振幅。
(3)当时
所以:
仿真
休息1
休息2
利用三角函数公式:
所以:
而当, 的范围内,
所以: ,可实现线性鉴相。
②波包络检波:把AM—PM信号中的包络取出。
当Us = Ur时,输出电压增加 倍,且线性鉴相范围扩展为。
小结:平衡式鉴相器的特性:
(1)由两个工作过程构成:
①Us与Ur叠加所合成的信号Ud1与Ud2,实现了
PM AM—PM的变换
(2)当Us>>Ur,或U r>>Us时,
输出电压Uo (t)的大小决定于小的输入信号,且
线性范围为
休息1
休息2
uFM
一电路结构和基本原理
3. 互感耦合相位鉴频器
由二个部分组成:
1,移相网络:互感为M的初,次级双调谐耦合回路组成的移相网络,u1经移相网络生成PM-FM波u2,并使|U1|=|U2|
+ u3 -
另外,在扼流圈LC上产生的电压u3=u1,故其等效电路如右下图所示。
VD1
C3
R1
C4
R2
VD2
2 包络检波器:
组成平衡式包络检波器。
两个检波器的输出电压为:
+
u2
-
+
u1
-
返回
Lc
C2
C1
VD2
VD1
R1
R2
Ec
C4
C3
VT
Cc
M
L2
L1
ud1
ud2
二工作原理分析:
上下检波器的输入端高频电压为:
如果忽略次级回路对初级回路的影响,则初级回路中流过L1的电流近似为:
而次级回路中产生的感应电动势
当忽略二极管检波器等效输入电阻对次级回路的影响时,次级回路电流 i2为:
所以:次级回路两端电压u2为:
VD1
C3
R1
C4
R2
VD2
ud1
ud2
Lc
C2
C1
VD2
VD1
R1
R2
Ec
C4
C3
VT
Cc
M
L2
L1
i1
i2
二工作原理分析:
讨论:(1)当输入FM波瞬时频率f 等于调频波中心频率f o,即f= f o时,次级回路谐振。
即:
则有:
即有:u2 超前u1 相位差π/2,由矢量图
可得:|Ud1|=|Ud2|
若设检波器的传输系数为Kd1=Kd2=Kd。
则有:
所以:
二工作原理分析:
(2)当瞬时频率f > fo 时,则有,这时次级回路呈电感性。
注意:式中为次级回路阻抗。
为Z2的相角。
由矢量图,u2超前u1的相位小于π/2,
且随
所以:|Ud1|>|Ud2|
二工作原理分析:
(3)当f < fo 时, 次级回路呈电容性。
所以:
其中:
可见:u2超前u1的相位差大于π/2,且
所以有: |Ud1|<|Ud2|
二工作原理分析:
f < fo
f= f o
f >