基于Multisim的斜率鉴频器仿真

2012-10-16王志兵李杏清

科技传播 2012年22期

王志兵，李杏清

1.东莞职业技术学院，广东东莞 523808

2.清远市技师学院，广东清远 511517

1 斜率鉴频原理

鉴频器反映了输出信号幅度和输入信号频率的对应关系，常用的鉴频器主要四种，斜率鉴频器，相位鉴频器，脉冲计数式鉴频器和锁相环鉴频器。相对于其它三种鉴频器，斜率鉴频器的电路比较简单，并且可以通过单回路或双回路谐振电路来控制鉴频失真，扩展鉴频器的线性鉴频范围。单回路斜率鉴频的频率—幅度网络只有一个LC并联谐振回路，鉴频特性曲线并不是理想的线性关系，为了实现不失真鉴频，要求输入信号频率的变换范围尽量小，双回路斜率鉴频器由于两个对称的LC并联谐振回路，其鉴频曲线比单回路斜率鉴频器的线性要好，并且线性鉴频范围要大，但是双回路斜率鉴频器的鉴频特性不仅与两个LC并联谐振回路的谐振曲线有关，还与两个LC并联谐振回路的固有频率的配置有关，只有谐振回路的两个固有频率配置合适，双回路斜率鉴频器的鉴频特性曲线在中心频率附近才有较好的线性特性[1]。

斜率鉴频把幅度随频率的变化关系反映到调频—调幅信号中，将等幅的调频信号变换成幅度与频率成正比的信号，即将频率的变化转换到幅度上，然后通过包络检波器进行检波，完成解调功能[2]。因为在线性解调范围内，解调信号电压与调频信号瞬时频率之间的比值和频幅转换网络特性曲线的斜率成正比，在斜率鉴频电路中，频幅转换网络通常采用LC并联回路或LC互感耦合回路，检波电路经常采用差分检波电路或二极管包络检波电路。斜率鉴频器的实现模型如图1。

调频调幅信号解调输出调频信号包络检波器频率-幅度线性变换网络

图1 斜率鉴频器实现模型

2 其他常用鉴频方法

2.1 相位鉴频

相位鉴频器由线性变换网络和相位检波器两部分组成，相位鉴频器又称鉴相器，其功能是检出两个输入信号之间的相位差，并将相位差的变化线性地转化成输出电压的变化[3]。相位鉴频先通过频率—相位变换网络将调频信号频率的变化转换成相位的变化，然后通过相位检波器将相位的变化转化成输出电压的变化，实现信号的解调，鉴相器的关键是找到一个线性的频率—相位变换网络。相位鉴频器有多种实现电路，大体上可以归纳为数字鉴相器和模拟鉴相器两大类，其中模拟鉴相器广泛用于相位鉴频器中，这类鉴相器又可分为乘积型和叠加型两种。

2.2 脉冲计数式鉴频

脉冲计数式鉴频先通过非线性变换网络将等幅的调频信号变换成与之对应的调频脉冲序列，该脉冲序列中包含有反映瞬时频率变化规律的平均电压分量，然后通过低通滤波器取出反映输入信号频率变化规律的平均电压分量，从而实现鉴频。

2.3 锁相环鉴频

锁相环是一个自动相位控制系统，它能使受控的振荡频率和相位均与输入信号保持确定关系，使得压控振荡器的输出与输入振荡频率相等，具有跟踪，滤波和锁定状态等特性[4]。锁相环鉴频则是通过鉴相器、环路滤波器和压控振荡器来实现准确的频率控制，当锁相环的输入参考电压为调频信号时，环路滤波器的输出电压就为解调输出，从而实现了鉴频。

3 斜率鉴频器仿真结果分析

为了更好地减少鉴频失真，扩展斜率鉴频器的线性鉴频范围，实验中调频信号的中心频率为10kHz，调频系数为5，调制信号频率为1kHz。当，时，输入信号经频率—幅度变换电路变换后的调频—调幅信号及鉴频输出信号的电压波形如图3所示，由图3可见，鉴频输出中有少许的波纹，这些波纹可通过后级低通滤波器滤除。

图2 斜率鉴频器仿真电路图

图3 斜率鉴频器仿真结果

实验中一共取了5组数据进行仿真，仿真结果如表1所示。

表1

从表1中数据可以看出：1）改变L1，C1的值，随着谐振回路固有频率的增大，鉴频结果越来越好，即LC谐振电路进行频率—幅度变换时，电路应工作于失谐状态。其中LC并联谐振电路谐振频率为200kHz，L1=1260uH，C1=500pF和并联谐振电路的谐振频率为500kHz，L1=1000uH，C1=100pF两组数据得出的鉴频效果都很好；2）改变并联谐振电路谐振电阻R的值，可以调节鉴频结果，谐振电阻R的值不能太小也不能太大，实验中一般取值为50～100，可以得到较好的鉴频结果；3）斜率鉴频器要不失真鉴频，要求输入信号频率的变化范围尽量小。