第五章生物医学遥测-1选读.ppt

变容二极管调频电路简单，容易获得较大的频偏。在频偏不大的情况下使用，非线性失真可以很小。但是变容二极管的特征离散，带来应用的不便，而且偏压的漂移、温度变化等都会引起频率不稳定。 在生物遥测中，广泛应用的另一种直接调频电路是多谐振荡器调频，如图。多谐振荡器的脉冲重复频率与基极偏置电压有关，若以调制信号作为偏压，那么多谐振荡器的脉冲重复频率就随之改变，并产生脉冲调频波。把脉冲波加到低通滤波器，去除各次谐波分量而得到载波为正弦的调频信号。这种电路的工作频率可高达几十兆赫，也可以低到几千、几百赫。而变容二极管调频电路受电容变化范围的限制，不能工作在这样低的频率。 * 二、解调 从接收到的已调频波中检出原调制信号，是由鉴频器实现的。已调频波的频率随调制信号幅值大小而变化，因此鉴频器的功能：实现已调频波的频率变化到电压变化的变换。直接进行这种变换是困难的，可以分为两步实现： （2）通过检波，得到原调制信号。这种鉴频器的功能可以概括为：调频—调幅变换(即频—幅变换)和振幅检波，相应波形如图所示。 （1）先把等幅的已调频波变成幅度随频率变化的已调频波，幅度变化的规律和频率变化的规律(即调制信号的规律)一样的； * 鉴频器性能指标： (1)灵敏度 假设在中心频率 f0附近，频率偏离△f 时，输出电压为U0，则U0／△f 称为鉴频灵敏度，它也就是鉴频特性在f0附近的斜率。灵敏度高意味着鉴频特性曲线更加陡直。 (2)线性范围 即鉴频特性近似为直线的频率范围，图中的范围B。此范围应大于调频信号的最大频偏。 (3)非线性失真 在线性范围内鉴频特性只是近似线性，还存在着非线性失真。非线性失真应尽量小。 下面介绍两种常用鉴频电路。 * 1、斜率鉴频器(又称振幅鉴频器) 虚线左边为调频—调幅变换器，右边为振幅检波器。 的谐振频率f0 低于调频波的中心频率fc ，鉴频特性中的曲线l为谐振特性，将载波频率设计在曲线的倾斜部位，频率改变时，输出电压幅度也随之改变。曲线2表示输入信号频率随时间变化的规律，围绕fc 按正弦变化，曲线3为输出电压的幅度大致也按照正弦起伏。利用振荡回路对不同频率呈现不同阻抗，从而有不同电压输出的特性，把等幅的已调频波转换为幅度随频率变化的调频—调幅波。 * 由于回路谐振曲线的倾斜部分不完全是直线，只有较窄的线性范围，频偏较大时，将有严重的非线性失真。为了增加鉴频器的工作频带而又保持良好的线性关系，可以由两个鉴频器构成平衡鉴频器，如图。 其初级回路调谐于中心频率f0，次级的两个回路分别调谐于f1和f2， f1和f2 对f0 是对称的。调谐信号在回路两端产生的电压u1和u2的幅度分别为U1和U2，频率响应曲线如图中虚线所示。 * 两个二极管检波器参数一致，即C1＝C2，R1＝R2，D1和D2的参数一样，u1和u2分别经二极管检波器得到输出电压UO1和UO2 ，它们互为反相，合成电压UO=UO1-UO2。认为两个检波传输系数近似为1，则可得到UO=U1 - U2。也就是说， UO随频率改变的规律应与U1 - U2随频率改变的规律一致。将U1与U2两曲线相减，得到图中实线所示的鉴频特性曲线。显然，这种平衡鉴频器的鉴频特性的直线工作范围较大。 * 2、脉冲均值鉴频器 在生物遥测仪器中经常使用，其工作原理与上述鉴频器不同。它是先把调频波变换成重复频率为调频波频率的等幅等宽脉冲序列，再经过低通滤波器取平均直流分量，图为电路实现框图和波形，已调频信号u1 经放大加到施米特整形电路，整形后的脉冲信号u2去触发单稳态触发器，此处是用正脉冲沿(也可用负脉冲沿)触发，在触发脉冲作用下，单稳态电路产生脉宽为t0的脉冲序列u3，它是等幅等宽的。 * 重复频率与调频波一致，在频率较高地方脉冲密集，相应有较大的直流分量，频率较低的位置，脉冲序列稀疏，相应直流分量较小。用低通滤波器取出脉冲序列的平均直流成分，就得到低频的调制信号。这种鉴频器具有较好的线性度，频率偏移范围较大，调整简便，工作稳定。但工作频率受晶体管开关时间的限制，不能很高，一般在几兆赫以下。单稳态电路产生的脉宽t0应小于最高频率信号的周期。施米特电路的整形电平需稳定可靠，否则将引入失真。 * 已调频波的幅度不包含信息特征，因此可使用限幅器来消除外来的幅度干扰或系统引起的寄生调幅，这是调频方式的主要优点。 另外，调频发射机的功率利用系数比调幅方式高，调幅波的幅度起伏，输出功率小于发射机的额定功率。而对调频波而言，由于等幅，平均功率等于发射机的额定功率。所以，对同一个发射机，调频方式的传输距离大于调幅方式。换句话说，若传输距离相同，则调频波的信噪比优于调幅波。但从