频率解调器是一种电子设备。它的作用是还原调频信号。调频信号在生活中很常见。收音机接收的广播信号很多是调频信号。调频信号的特点是频率变化。它的幅度是固定的。频率变化对应着原始声音信号。解调器就是要找出这种变化。它把频率变化变成电压变化。这个电压就是我们需要的声音信号。

设计一个频率解调器需要考虑很多问题。首先需要确定解调方法。常用的方法有鉴频器。还有一种方法是锁相环。锁相环方法比较复杂。鉴频器方法比较简单。我们选择鉴频器方法。鉴频器的核心是频率电压转换电路。这个电路输出一个电压。电压大小和输入频率成正比。输入频率高输出电压高。输入频率低输出电压低。

电路设计需要几个部分。第一部分是输入限幅放大器。调频信号在传输中会有干扰。干扰会使信号幅度变化。幅度变化会影响解调效果。限幅放大器可以消除幅度变化。它让信号变成幅度固定的信号。这样只有频率携带信息。第二部分是频率电压转换电路。这个电路通常用一个LC谐振电路。LC电路有一个谐振频率。当输入频率等于谐振频率时输出电压最大。输入频率偏离谐振频率时输出电压变小。这样频率变化就变成了电压变化。

第三部分是低通滤波器。频率电压转换电路输出的电压包含高频成分。这些高频成分不是声音信号。低通滤波器可以去掉高频成分。它只让低频信号通过。这个低频信号就是声音信号。最后一部分是输出放大器。解调出的声音信号很弱。输出放大器把信号放大。放大后的信号可以驱动扬声器。

我们需要计算电路参数。假设调频信号的中心频率是10兆赫兹。频率偏移是75千赫兹。这是广播电台的标准。LC谐振电路需要调谐在10兆赫兹。电感L和电容C的值需要计算。谐振频率公式是f等于1除以2π根号LC。我们可以先选定电容值。电容值取100皮法。计算得到电感值大约是2.5微亨。电感值需要精确调整。

限幅放大器可以用多级晶体管放大器。每级放大器工作在饱和状态。输入信号足够大时输出信号幅度固定。三级放大器可以提供足够的限幅作用。低通滤波器的截止频率设为15千赫兹。人的耳朵能听到的声音最高频率是20千赫兹。15千赫兹可以保留大部分声音信息。输出放大器的增益需要计算。假设输出信号需要1伏特电压。解调信号可能只有0.1伏特。增益需要10倍。

电路设计完成后需要仿真。仿真软件可以验证设计是否正确。我们输入一个调频信号。中心频率10兆赫兹。用1千赫兹声音信号调制。频率偏移75千赫兹。观察解调器输出信号。输出信号应该是1千赫兹的正弦波。如果输出信号失真需要调整电路参数。可能LC电路Q值太低。Q值低会导致线性度不好。我们可以增加Q值。增加Q值需要减小电感电阻。使用高质量电感可以减小电阻。

实际制作电路需要选择元器件。晶体管选择通用小信号晶体管。电容选择陶瓷电容。电感需要专门绕制。使用磁芯可以减小电感体积。电路板用万用板或印制电路板。焊接元器件要小心。虚焊会导致电路不工作。焊接完成后需要调试。用示波器观察各点波形。输入调频信号用信号发生器产生。观察限幅放大器输出。应该是幅度固定的信号。观察频率电压转换电路输出。应该是包含音频的调幅信号。观察低通滤波器输出。应该是光滑的音频信号。

测量解调器的性能指标。主要指标有线性度。线性度表示频率变化和电压变化的关系。理想情况是直线关系。实际电路会有弯曲。弯曲越小线性度越好。第二个指标是灵敏度。灵敏度表示最小输入信号强度。信号太弱解调器不能正常工作。第三个指标是信噪比。信噪比表示信号和噪声的比例。噪声大会影响声音质量。信噪比越高声音越清晰。

测试中发现一些问题。输出信号有失真。失真可能是LC电路不对称。调整电感值可以减小失真。输出信号噪声大。噪声可能来自电源。电源需要加滤波电容。也可能来自外部干扰。电路需要屏蔽罩。

频率解调器可以改进。使用集成电路代替分立元件。集成电路性能更稳定。NE564是常用的锁相环解调芯片。它包含限幅放大器鉴相器压控振荡器。锁相环解调线性度更好。但电路更复杂成本更高。

另一种改进是数字解调。使用数字信号处理技术。模拟信号先转换成数字信号。数字信号处理器运行解调算法。数字解调精度高抗干扰能力强。数字解调需要模数转换器和处理器。成本比模拟电路高。

频率解调器应用广泛。调频广播接收机使用频率解调器。对讲机也使用频率解调器。电视伴音信号解调使用频率解调器。无线麦克风接收机使用频率解调器。这些设备都需要从调频信号中提取声音信号。

设计频率解调器需要综合考虑性能成本复杂度。简单应用可以用分立元件鉴频器。高性能应用可以用集成电路锁相环。数字解调适合需要数字处理的系统。