1、第第3 3章章 調諧器調諧器 西安電子科技大學出版社西安電子科技大學出版社 音音 響響 技技 術術 王喜成王喜成高等學校電子信息類規劃教材高等學校電子信息類規劃教材 第第3 3章章 調諧器調諧器 第第3章章 調諧器調諧器 3.1 調諧器的組成及其性能指標調諧器的組成及其性能指標 3.2 調諧器的高頻調諧器的高頻#, 中頻電路中頻電路 3.3 立體聲解碼器立體聲解碼器 3.4 數字調諧系統數字調諧系統 思考題與習題思考題與習題 第第3 3章章 調諧器調諧器 3.1 調諧器的組成及其性能指標調諧器的組成及其性能指標 3.1.1 調諧器的組成 調諧器的基本組成方框圖如圖3 - 1所示. 圖中fs為電

2、臺信號頻率, fv為本振頻率, fi為中頻頻率. 上圖為AM調諧器, 其中頻頻率fi = fvfs = 465 kHz;下圖為FM調諧器, 其中頻頻率fi = fvfs = 10.7 MHz. 第第3 3章章 調諧器調諧器 圖 3 - 1 調諧器的基本組成方框圖 第第3 3章章 調諧器調諧器 1. FM高頻電路 FM高頻電路包括輸入調諧回路#, 高頻放大器#, 本地振蕩器和混頻器. 其功能是選擇接收所需的電臺信號, 并進行高頻放大, 經混頻器變換為10.7 MHz的中頻調頻信號. 2. FM中頻電路 FM中頻電路包括中頻放大器 , 限幅器和鑒頻器. 第第3 3章章 調諧器調諧器 3. 立體聲解

3、碼器 立體聲解碼器的功能是將鑒頻器輸出的立體聲復合信號還原成左右兩個聲道信號, 分別經左右兩路放大器放大后送入左右揚聲器系統, 重現立體聲. 第第3 3章章 調諧器調諧器 3.1.2 調諧器的主要性能指標 根據國標GB/T14277-93規定, 調諧器的電聲性能指標多達20項. 除第1章已介紹過的有效頻率范圍 , 諧波失真和信噪比外, 這里繼續介紹調諧器的3項主要性能指標. 1. 噪限靈敏度 噪限靈敏度表示調諧器接收微弱信號的能力. 它指輸出功率達到參考值且信噪比符合 要求時, 天線端所需要的輸入信號強度. 靈敏度值越小, 表示靈敏度越高, 能接收的電臺數就越多. 第第3 3章章 調諧器調諧器

4、 2. 雙信號選擇性 雙信號選擇性是指調諧器在有用信號存在時, 對鄰近頻道干擾信號的抑制能力. 它反映了調諧器的實際抗干擾能力, 故又稱為有效選擇性. 第第3 3章章 調諧器調諧器 3. 分離度 立體聲左(L) , 右(R)聲道之間的分離度是指用立體聲L(或R)信號調制時在L(或R)聲道上的輸出, 與用立體聲R(或L)信號調制時在L(或R)聲道上出現的輸出之比. 它用來表示調諧器將立體聲復合信號分離為左 , 右聲道信號的能力. 第第3 3章章 調諧器調諧器 L聲道的分離度為RLLLLUUS)()(lg20(3 - 1) R聲道的分離度為: LRRRRUUS)()(lg20(3 - 2) 第第3

5、 3章章 調諧器調諧器 式中: (UL)L表示用立體聲L信號調制時, 在L聲道上產生的輸出電壓; (UL)R表示用立體聲R信號調制時, 在L聲道上產生的輸出電壓;(UR)R表示用立體聲R信號調制時, 在R聲道上產生的輸出電壓;(UR)L表示用立體聲L信號調制時, 在R聲道上產生的輸出電壓. 第第3 3章章 調諧器調諧器 3.2 調諧器的高頻調諧器的高頻 , 中頻電路中頻電路 3.2.1 調頻高頻電路 在調頻高頻電路中, 高頻放大器和混頻器的輸入端各有一個調諧回路, 調諧在所接收的電臺信號頻率fs上; 而本地振蕩器的調諧回路則需要跟蹤調諧在比fs高一個中頻fi的本振頻率fv上. 第第3 3章章

6、調諧器調諧器 1. 電子調諧原理 利用變容二極管的變容特性進行回路調諧的方式稱為電子調諧或電調諧. 變容二極管在反偏應用時, 其結電容CD會隨反偏電壓(又稱調諧電壓)UD的大小而變化. CDUD之間呈現如圖3 - 2所示的指數函數關系, 稱為變容二極管的變容特性. 為減小非線性失真, 通常應使UD在UminUmax范圍內取值. 第第3 3章章 調諧器調諧器 圖 3 - 2 變容二極管的變容特性 第第3 3章章 調諧器調諧器 圖 3 - 3 電子調諧器原理電路 第第3 3章章 調諧器調諧器 電子調諧器原理電路如圖3 - 3(a)所示. 圖中CD為變容二極管反偏應用時的結電容, 調諧電壓+UD經隔

7、離電阻R1加到變容二極管負極, C1為濾波電容. 該調諧回路的諧振頻率為DDCCCCLf210(3 - 3) 第第3 3章章 調諧器調諧器 2. 電調諧調頻頭 調頻高頻電路工作在甚高頻段的88108 MHz, 為防止外界干擾和本振輻射, 通常做成一個組件并加以屏蔽, 稱為調頻頭. 一個實用調諧器的電調諧調頻頭原理電路如圖3 - 4所示. 第第3 3章章 調諧器調諧器 圖 3 - 4 電調諧調頻頭電路 第第3 3章章 調諧器調諧器 3.2.2 FM/AM 中頻集成電路 調頻中頻電路的功能是放大 , 限幅和鑒頻. 由于要求增益高, 放大器級數多, 若用分立元件構成, 則極易自激, 故在調諧器中大多

8、采用集成電路.中頻集成電路種類繁多, 但其內部電路結構及工作原理大致相同. 一般都采用級聯差分對作中頻放大器, 用模擬相乘器作鑒頻器, 用恒流源電路來穩定各級工作點, 而調諧回路則由外部元件組成. 中頻集成電路除含有調頻中頻電路外, 還包括調幅高頻中頻電路, 可集成于一塊或若干塊電路之中. 第第3 3章章 調諧器調諧器 日本三洋公司產品LA1260是具有代表性的FM/AM中頻集成電路, 其內部電路方框圖如圖3 - 5所示. LA1260應用電路如圖3 - 6所示, 它分為調頻和調幅兩種工作狀態. 第第3 3章章 調諧器調諧器 圖 3 - 5 LA1260內部電路方框圖 第第3 3章章 調諧器調

9、諧器 圖 3 - 6 LA1260應用電路 第第3 3章章 調諧器調諧器 調頻收音： 波段開關S102 , S103置于FM位置. 調幅收音： 波段開關S102 , S103置于AM位置. 第第3 3章章 調諧器調諧器 3.3 立體聲解碼器立體聲解碼器 在接收調頻立體聲廣播時, 從鑒頻器輸出的是一種立體聲復合信號, 須經解碼才能分離出左右兩聲道信號. 本節將在了解立體聲復合信號的基礎上, 闡述矩陣式和開關式立體聲解碼器的工作原理, 并著重介紹被廣泛應用的鎖相環立體聲解碼器. 第第3 3章章 調諧器調諧器 3.3.1 導頻制立體聲復合信號 我國調頻立體聲廣播制式與世界上大多數國家一樣, 采用導頻

10、制. 它在傳輸左右聲道信號的同時, 插入一個導頻信號, 組成導頻制立體聲復合信號. 1. 表示式 導頻制立體聲復合信號可用下式表示： A(t)=(L+R)+(L-R) cos st+P cos st (3 - 4)21第第3 3章章 調諧器調諧器 上式表明, 該信號含有3種信息： (1) 左右聲道的和信號(L+R), 也稱為主信道信號. 普通調頻收音機也能解調出這部分信息, 放送單聲道聲音, 實現了兼容性. (2) 左右聲道的差信號(L-R)與副載波cos st經平衡調制后獲得的雙邊帶信號(L-R) cos st, 也稱為副信道信號, 用來傳送立體聲的方位信息 (3) 導頻信號P cos st

11、, 為接收機恢復副載波提供參考信號. 21第第3 3章章 調諧器調諧器 圖 3 - 7 導頻制立體聲復合信號 第第3 3章章 調諧器調諧器 2. 頻譜圖 導頻制立體聲復合信號的頻譜圖如圖3 - 7(a)所示. 3. 波形圖 導頻制立體聲復合信號的波形關系如圖3 - 7所示. 第第3 3章章 調諧器調諧器 仔細觀察這些波形可以發現, 導頻制立體聲復合信號波形具有下述特點： (1) 波形的包絡分別反映了左 , 右聲道信號L , R的變化規律, 分別稱之為L包絡和R包絡(見圖3 - 7(f). (2) 包絡之間是38 kHz副載波. 在L , R包絡交點處, 副載波相位突變180. 第第3 3章章

12、調諧器調諧器 (3) 副載波的正峰點始終對準L包絡, 負峰點始終對準R包絡. 上述波形特點可從(3 - 4)式得到證明. 為說明簡單, 僅考慮該式前兩項, 即： A(t)=(L+R)+(L-R) cos st (3 - 5) 當cos st=2n時（n為零和正整數）, cos st=1, 副載波處于正峰點. 這時（3 - 5）式變為： A(t)=(L+R)+(L-R)1=2L （3 - 6） 第第3 3章章 調諧器調諧器 可見是左聲道信號. 當cos st=（2n+1）時, cos st=-1, 副載波處于負峰點. 這時（3 - 5）式變為： A(t)=(L+R)+(L-R)(-1)=2R （

13、3 - 7） 可見是右聲道信號. 第第3 3章章 調諧器調諧器 3.3.2 矩陣式立體聲解碼器 根據立體聲復合信號的頻譜特點, 可以采用頻分法進行解碼, 通常稱為矩陣式立體聲解碼器. 其原理方框圖如圖3 - 8所示. 第第3 3章章 調諧器調諧器 圖 3 - 8 矩陣式立體聲解碼器 第第3 3章章 調諧器調諧器 它的工作原理是： 從鑒頻器送來的立體聲復合信號被放大后分3路進行濾波. 一路經015 kHz低通濾波器分離出主信道信號(L+R), 再經幅度調整送入矩陣電路. 二路經19 kHz 選頻網絡提取導頻信號, 再經倍頻獲得38 kHz副載波送入同步檢波器. 三路經2353 kHz帶通濾波器分

14、離出副信道信號(L-R)cosst, 第第3 3章章 調諧器調諧器 3.3.3 開關式立體聲解碼器 根據立體聲復合信號的波形特點, 可以采用時分法進行解碼, 通常稱為開關式立體聲解碼器. 其原理方框圖如圖3 - 9所示. 第第3 3章章 調諧器調諧器 圖 3 - 9 開關式立體聲解碼器 第第3 3章章 調諧器調諧器 開關式立體聲解碼器的工作原理可用圖3 - 10的波形圖清楚地說明. 圖3 - 10(a)是略去了導頻信號的立體聲復合信號. 圖3 - 10(b)是與副載波同步的開關信號. 方波正半周對準復合信號L包絡, 方波負半周對準復合信號R包絡. 方波正負半周分別檢出的L , R幅值脈沖, 經

15、低通濾波器平滑后即得到左 , 右聲道信號. 第第3 3章章 調諧器調諧器 圖 3 - 10 開關式立體聲解碼器波形圖 第第3 3章章 調諧器調諧器 3.3.4 鎖相環立體聲解碼器 1. 鎖相環副載波發生器 鎖相環副載波發生器原理方框圖如圖3 - 11所示. 它由正交鑒相器 , 低通濾波器 , 壓控振蕩器(VCO)和兩個二分頻電路所組成, 以19 kHz的導頻信號為參考信號, 輸出38 kHz 的副載波開關信號. 第第3 3章章 調諧器調諧器 圖 3 - 11 鎖相環副載波發生器 第第3 3章章 調諧器調諧器 正交鑒相器是由雙差分模擬乘法器構成的, 經低通濾波器輸出的鑒相電壓Uc(t)決定于導頻

16、信號和再生19 kHz開關信號的相位差值, 可用下式表示 Uc(t)=Kc cos e(t) (3 - 8)第第3 3章章 調諧器調諧器 2. 雙差分開關式解碼器 集成雙差分開關式解碼器實際上是一個工作在開關狀態的模擬乘法器, 其原理電路如圖3 - 12所示. 38 kHz開關信號s(t)控制雙差分管V1V4工作在開關狀態. 立體聲復合信號A(t)從V5基極輸入, 使V5 , V6線性工作. 在V1 , V3集電極負載電阻RL上將獲得左聲道信號UL, 在V2 , V4集電極負載上將獲得右聲道信號UR. 該電路與普通雙差分模擬乘法器相比, 有一個顯著特點, 即V5 , V6的射極電阻R1 , R

17、2值大于恒流電阻RP值. 因而, 不能簡單地套用模擬乘法器的關系式. 下面應用開關函數分析法分析其工作原理. 第第3 3章章 調諧器調諧器 圖 3 - 12 雙差分開關式解碼器 第第3 3章章 調諧器調諧器 首先分析由V1, V3集電極電流在RL上共同產生的輸出電壓UL. 開關信號的正半周使V1導通, 若忽略高次項, 則其開關函數可近似為 ttsscos241)( (3 - 9) 開關信號的負半周使V3導通, 其開關函數可近似為 ttsscos241)( (3 - 10) 第第3 3章章 調諧器調諧器 加入V5的立體聲復合信號為 A(t)=(L+R)+(L-R) cosst (3 - 11)復

18、合信號A(t)的一部分傳輸到V6, 其值為 A(t)=-K(L+R)+(L-R) cosst (3 - 12)第第3 3章章 調諧器調諧器 式中, K為傳輸系數, 可用圖3 - 13所示的傳輸電路求出K值. 它實際上是A(t)在V5,V6中產生的電流比. 若忽略V5,V6發射結動態電阻, 則可得 ppRRRiiK56(3 - 13) 第第3 3章章 調諧器調諧器 圖3 13 傳輸電路第第3 3章章 調諧器調諧器 式中R=R1=R2. 根據模擬乘法器的工作原理可知, RL上的輸出電壓UL應為)cos)()()cos221()cos)()()cos221()()()()(tRLKRLKttRLRL

19、ttAtstAtsULssss第第3 3章章 調諧器調諧器 將上式展開歸納, 經低通濾波器取出的電壓為)221 (2)221 (2KKRKKLUL(3 - 14) 上式表明： 輸出電壓中不僅含有左聲道信號, 還有一些不希望有的右聲道信號, 使分離度變壞, 不過, 這些泄漏信號是K的函數, 若令：0221KK(3 - 15) 第第3 3章章 調諧器調諧器 則可求得消除泄漏信號的最佳K值： 222. 022K(3 - 16) 將(3 - 16)式代入(3 - 14)式可得到僅包含左聲道信號的輸出電壓： UL=0.778L (3 - 17)同理, 可分析得出在RR上得到且經低通輸出的電壓為 UR=0

20、.778R (3 - 18)第第3 3章章 調諧器調諧器 為了實現上述理想輸出結果, 可適當調節電路中的分離度調節電位器RP, 以滿足最佳K值. 若取 R1=R2=1 k, 將K=0.222代入(3 - 13)式可得：285285. 01RRKKRP(3 - 19) 考慮到集成電路的工藝誤差, Rp通常選用510 的電位器, 應用時調節到最佳分離度為準. 第第3 3章章 調諧器調諧器 . 鎖相環立體聲解碼器 集成鎖相環立體聲解碼器有許多產品, 如AN7470 , LA3400 , TA7343 , LA3361 , PC1197 , LM1800等, 其功能與工作原理大體相同. 這里以LA33

21、61為例進行介紹. LA3361是日本三洋公司產品, 是鎖相環立體聲解碼器的典型電路, 是一種雙列直插式16腳塑封器件. LA3361內部電路和外圍應用電路如圖3 - 14所示. 第第3 3章章 調諧器調諧器 圖 3 14 LA3361內部電路方框圖及應用電路 第第3 3章章 調諧器調諧器 3.4 數字調諧系統數字調諧系統 3.4.1 鎖相頻率合成器 1. 基本的鎖相頻率合成器 鎖相頻率合成器的基本形式如圖3 - 15所示. 它由晶體振蕩器 , 參考分頻器 , 鑒相器 , 低通濾波器 , 壓控振蕩器和程序分頻器等所組成. 第第3 3章章 調諧器調諧器 圖 3 - 15 基本的鎖相頻率合成器 第

22、第3 3章章 調諧器調諧器 根據鎖相環路的工作原理, 在環路鎖定時, 鑒相器兩個輸入信號的頻率相等. 即 fr=fd (3 - 20) VCO輸出頻率fv經N次分頻得到fd, 所以vdfNf1(3 - 21) 于是, 得到下述頻率關系： fv=Nfr (3 - 22) 第第3 3章章 調諧器調諧器 上述基本的鎖相頻率合成器尚存在一些缺點. 由(3 - 22)式可見, 輸出頻率fv只能以參考頻率fr為調諧步長進行變化. 為了提高調諧精度, 就必須降低參考頻率fr值. 然而, 這樣會延長調諧時所需要的捕捉時間ts. 經驗表明, 兩者之間存在下述關系：rrsTft2525(3 - 23) 第第3 3

23、章章 調諧器調諧器 2. 雙模分頻鎖相頻率合成器 一個采用雙模分頻的鎖相頻率合成器如圖3 - 16所示. 雙模分頻器有兩個分頻模數. 當模式控制為高電平1時, 分頻模數為M+1; 當模式控制為低電平0時, 分頻模數為M. 雙模分頻器的輸出同時驅動兩個程序分頻器（可編程計數器）, 它們分別預置在N1和N2, 并進行減法計數. 第第3 3章章 調諧器調諧器 圖 3 - 16 雙模分頻鎖相頻率合成器 第第3 3章章 調諧器調諧器 兩個程序分頻器和雙模分頻器獲得的總分頻比為 N=(M+1)N2+M(N1-N2)=MN1+N2 (3 - 24) 從上面的工作原理闡述中可知, N1必須大于N2 . 如N2

24、從0變化到9, 則N1至少為10, 多則不限. 常用的雙模分頻值有10/11, 15/16, 30/31, 100/101等. 第第3 3章章 調諧器調諧器 3.4.2 數字調諧系統實例 數字調諧系統是在良好的AM/FM收音通道基礎上實現的, 它借助微處理器進行自動選臺 , 數字顯示, 并具有電腦記憶功能. 1. 數字調諧系統的組成框圖 一個實用的數字調諧器的原理方框圖如圖3 - 17所示. 第第3 3章章 調諧器調諧器 圖3 - 17 數字調諧器原理方框圖 第第3 3章章 調諧器調諧器 2. 數字調諧系統的工作原理 在圖3 - 17所示的數字調諧系統中, TC9157AP是核心電路, 其應用

25、電路如圖3 - 18所示. TC9157AP是一塊42根引腳雙列結構的大規模集成電路, 各引腳作用及說明如表3 - 1 所示. 第第3 3章章 調諧器調諧器 圖 3 18 TC9157AP應用電路 第第3 3章章 調諧器調諧器 表 3 - 1 TC9157AP引腳功能 第第3 3章章 調諧器調諧器 第第3 3章章 調諧器調諧器 第第3 3章章 調諧器調諧器 TD6104P是一塊有7根引腳單列結構的ECL(發射耦合邏輯)集成電路, 其分頻比為1/30和1/31, 它的各引腳作用如表3 - 2所示. 第第3 3章章 調諧器調諧器 表 3 - 2 TD6104P引腳功能 第第3 3章章 調諧器調諧器 下面根據圖3 - 18所示電路分析各種功能的控制原理. 波段選擇 S1S3是3個波段開關, 當按下S1時, 相應的引腳得到一個有效觸發, 經過TC9157AP處理后控制調諧器進入相應的調諧波段工作狀態. 自動調諧 先按自動調諧控制開關S5, VDD 通過腳給電路供電, 再按下腳上行UP鍵或10腳下行DOWN鍵,調諧系統自動上行或下行搜索電臺. 第第3 3章章 調諧器調諧器 電腦記憶 當在FM波段自動調諧搜索到一個喜愛聽的電臺廣播時, 按下11腳儲存記憶控制開關, 再在1219腳中選擇按下某一個控制開關, 則這一電臺頻率被記憶在1219腳中某開關所對應的某儲存電路中. 數字顯示 由