双差分放大器在电视机中的主要应用.pdf

第2 1 卷第4 期 2 0 0 4 年1 2 月 长江工程职业技术学院学报 J o u r n a lo fC h a n g j i a n gE n g i n e e r i n gV o c a t i o n a lC o l l e g e V 0 1 2 1N O 4 D e c 2 0 0 4 双差分放大器在电视机中的主要应用 项盛荣 长江工程职业技术学院 湖北赤壁4 3 7 3 0 2 摘要 介绍了双差分放大器的视频检波 色度信号解调 鉴相 鉴频 混频和A G c 等许多功能和在电视机中的 主要用途 关键词 双差分放大器 乘法器 电视机 中图分类号 T M 9 2 5 0 8文献标识码 B文章编号 1 6 7 3 0 4 9 6 2 0 0 4 0 4 0 0 4 3 0 4 M a i nF u n c t i o n sa n d A p p l i c a t i o no fD o u b l e D i f f e r e n t i a l A m p l i f i e ri nT VS e t X I A N G S h e n g r o n g C h a n g j i a n gE n g i n e e r i n gV o c a t i o n a lC o H e g e C h i b iH u b e i4 3 7 3 0 2C h i n a A b s t r a c t T h ef u n c t i o n so fv i s u a ld e t e c t i o n d e m o d u l a t i o no fc h r o m as i g n a l p h a s ed e m o d u l a t i o n f r e q u e n c y d e m o d u l a t i o n f r e q u e n c ym i x i n ga n dA G C o fd o u b l ed i f f e r e n t i a la m p l i f i e ra n dt h ea p p l i c a t i o no ft h e s ef u n c t i o n s a r ei n t r o d u c e d K e yw o r d s d o u b l ed i f f e r e n t i a la m p l i f i e r m u l t i p l i e r T Vs e t 双差分放大器是集成电路电视机中最常用的基本功能 电路之一 它可以完成视频检波 色度信号解调 鉴相 伴音鉴频 混频和A G C 等许多功能 可是从电视机电路图 或相应集成电路手册里很难看出其作用 且介绍双差分放 大器在电视机中应用方面的文章或资料也较少 为了便于 更好地理解电视机电路的工作过程 笔者就双差分放大器 在完成上述主要功能方面进行分析 1 双差分模拟乘法器电路简介 双差分模拟乘法器原理电路如图1 所示 其组成特点 是 整个电路由两个左右对称的差分放大器组成 故称双 差允故大器 其输出与两输入信号之问的关系是 口I o R c I 4 V r V I V 2 其中口为共基电流放大系数 h 为热电压 可见 其输出电压为两个输入电压之积 故又称为乘法 器 以下简称乘法器 2 双差分放大器的主要功能和应用 2 1 视频检波 收稿日期 2 0 0 3 0 9 1 1 作者简介 项盛荣 1 9 6 1 一 男 湖北武昌人 高级 讲师 大学 主要从事电子技术教学与应用研究 E c 图1 双差分模拟乘法器原理电路 2 1 1 视频检波的工作原理 图2 为乘法器完成视频检波的工作原理图 其工作原理 是 视频调幅波 一路直接送往乘法器 另一路经限幅放 大变成与载波同频同相的开关信号 矩形波 后送入乘法 器 乘法器对视频载波进行解调 得到单极性的调幅波 然后 由低通滤波器滤除载频 得到低频视频信号 2 1 2 解调视频信号的过程 设视频信号为一低频正弦波 图3 b 为其调幅波 一4 3 万方数据 项盛荣双差分放大器在电视机中的主要应用 视频检波过程如下 普塑唯熏驴吨群出 阐I V 盔皇堕I 开关信号 3 8 H z 图2 双差分同步检波器原理方框图 1 O 半个周期间 和 都为正值 瓦 五导通 而死 乃截止 五集电极输出电压 l 在E 取决于工作状 态 的基础上随着 作反向变化 而瓦集电极输出电压y 0 2 在E 的基础上随 作同向变化 2 在f l f 2 半个周期问 和屹都为负值 矸 乃截 止 而死 瓦导通 由于电路完全对称 厶3 替代 1 厶2 替 代k 所以 l 2 的变化规律同上 t a 氕7 7 入 天霄死 A 一一 N 辽y y 弋渺芦一 t b C t V o 0 州 j t e 图3 视频同步检波工作波形 于是 根据上面的分析作出 和 的波形分别如图3 4 4 c d 所示 从图3 可以看出 l 和v 0 2 波形的包迹与 波 形的包迹相同 且 和屹同符号时v 0 2 的交流分量为正 乘 法器输出信号 V o v o l 2 的包迹亦与屹的包迹相同 显然 经过低通滤器滤除其中高频分量后 就得到视频 信号 2 2 色度信号解调 2 2 1 凡和R 分量的分离 1 乘法器的输出波形分析 设 为开关矩形信号 为与 同频而相位分别同相 反相 相差9 0 和2 7 0 的正 弦信号 如图4 所示 在0 f l f l t 2 期间 此时V l 与诈同频同相 即符号 相同 输出波形同视频同步检波一样 的交流分L a V 0 2 为 正值 如图4 C 所示 在岛 f 5 岛 岛期间 此时 与耽同频反相 即符号 相反 在 t 5 时 为正 屹为负 则五 乃导通 死 乃 截止 V o z 随u 同规律变化 于是 2 输出的交流分 R V 0 2 为 负值 在f 5 f 6 时 为负 K 为正 则死 乃截止 死 乃导 通 随y 舴反相变化 于是 魄输出的交流分量v 0 2 为负 值 总之 耽符号相反时 V 砬输出的交流分量坳为负 值 如图4 c 所示 V 0 t a t b t d 图4色度信号同步检波的工作波形 在f 8 f 1 2 t 1 2 t 1 6 期问 此时 屹同频 相位相差 9 0 或2 7 0 可以把屹每半周分成两部分来讨论 一部分是 y 游号相同 一部分是 符号相反 根据前面的讨 论 符号相同时 V 0 2 输出的交流分量V o z 为正值 符号相反 时 输出的交流分量v 0 2 为负值 于是 输出的交流分 万方数据 2 0 0 4 年1 2 月长江工程职业技术学院学报第2 1 卷第4 期 量 有正有负 如图4 c 所示 2 乘法器具有相位识别作用 将乘法器输出信号 凝低通滤波器滤波后得到低频分量y 乜 如图4 d 所示 由图4 d 可以看出 当 与 正交 相位相差9 0 或2 7 0 时 V 0 2 0 而其它情况y k 0 这就说明了乘法器具有 相位识别功能 由于巴与凡分量正交 当 与凡同频同相时 必与E 正 交 因此乘法器输出经滤波后 R 分量被除去 得到兄分 量 同理 当 与R 分量同频同相时 得到F y 分量 于是我 们利用乘法器的这种相位识别作用分离出凡和E 分量 2 Z 2U 踊色差信号的检出 由于开关信号 不是与所要解调的凡 或R 信号同相 就是反相 而双差分电路输出的交流信号包络正好是色差 信号U 或D 分量 于是低通滤波器的输出信号就是色差 信号U 或D 分量 图5 为双差分同步检波器检出标准彩条 信号的咆差信号工作波形图 9 0 刁 E 皿 皿 腮且 U jUUUUUJU l 9 0 M 氕 f 一9 0 I 八州一 V VVV VV VI l 删 胪o L V V 一 卜一一 图5 双差分电路检出标准彩条信号的y 色差信号工作波形 2 3 鉴相 当送入乘法器的两输入信号 与也为频率相同而相位 设频率为 o 相差为9 不同的两信号时 其输出具有鉴相 特性 分析如下 1 当 与耽均为小信号时 令v l v m l C O Sr d 0 乙V 2 V m 2 c 0 6 C O o t 6 P 于是 乘法器输出 一 口k 民 8 y y L v a C O S 2 甜 p c o sq o 将 经低通滤波器 如图6 所 示 除去2 叫 o 高频分量后 得 一 口 o j V 8 y 1 2 c o s q o 可见 y o 是两信号相位差9 的余弦函数 即乘法器 与低通滤波器配合起来具有余弦鉴相的功能 鉴相特性如 图7 所示 畏爿弱蓁撩H 霪滤卜一oV 2 叫叫拟乘法器广1 滤波器广 v 0 图6双差分电路鉴相原理方框图 V 0 0 峙 兀一 卢孤 一 图7双差分电路的鉴相特性 2 当 与屹均为大信号或开关信号时 由于大幅度的 非矩形波信号经乘法器限幅后 变成矩形开关信号 所以 下面以矩形波开关信号为例定性地分析出9 0 4 5 9 0 1 3 5 1 8 0 时 的大小与9 之间的关系 从前的分析可知 当 与 符号相同时V 0 2 的交流分量V 0 2 为正值 当 与屹符 号相反时 2 的交流分量i l V 0 2 为负值 根据这一原则 作出y 的波形如图8 c 由于 l 与v 0 2 符号相反j 故 1 的波形如图8 d 而V o V 0 1 一 f v o l r 0 2 V o l 与 的直流分量相同 故 波形如图8 0 图8 0 是 经低通滤波后的波形 从图8 f 可见 当9 从0 线性上升到1 8 0 时 也线 性地从负最大值 一口1 0 R 经0 到正最大值 口 J o R c 旷 4 5 9 0 1 3 5 1 8 0 V t 厂 厂 厂 厂 厂 厂 厂 厂 r 厂 V z 厂 广 l 厂 r l 厂 厂 lr 厂 r 厂 c u F 二矸珊讯册础划忙 I 划 问卅删羽盱P f 一a 2 R 图8 开关信号鉴相的工作波形 同样 经过分析也可以得出 当妒从 线性上升到2 时 y i 线性地从正的最大值 口 担 经吓降到负的最大 值 一a o 品 综上分析 当 屹为开关信号时的鉴相特性如图9 N 示 可见 当 K 为大信号或开关信号时 乘法器与低通 滤波器配合也能完成鉴相功能 3 当 与屹任意 个为开关信号 另 个为小信号 时 为了便于分析 令屹为小正弦波信号 H 为开关信号 同样 当 与屹符号相同时V 0 2 的交流分量V 0 2 为正 当 与 K 符号相反时V 0 2 的交流分量坳为负 根据这一原则作出v 0 2 的波形如图l O C 所示 从图1 0 f 可以看出 在p 从0 经 4 5 9 0 1 3 5 线性增加到1 8 0 的过程中 输出电压 也 一4 5 万方数据 项盛荣双差分放大器在电视机中的主要应用 从负的最大值线性增加到正的最大值 可见 与9 之间的 关系仍然如图9 f 所示相同 彩色电视机中副载波恢复电 路和消色电压产生等电路均属于这一工作状态 JI 蟮 a 幺冠 一扒珀 旦 9 0 I 0 1 8 0 3 占 一 2 碍 汀 圈yy l y 2 为升天儒亏时网且线鉴相符任 0 4 5 9 0 1 3 5 1 8 0 V 眭只捐于盱甘刊乇R 删 耽氏A 妒手书气A 护莎蝴 攀碰恰鹕嘲彤黔铣协刀面 映砑粕抉对删心阳 衅 露 一一0 j 二工二三二 露I 二二 二卜 上 二一旺 图1 0 一个为开关信号另一个为小信号时的工作波形 总之 不论 乜为何种信号 双差分模拟乘法器与 低通滤波器配合能完成鉴相功能 2 4 鉴频 乘法器完成鉴频时的工作原理方框图如图1l 所示 其 工作原理如下 将6 5 M H z 的第二伴音中频调频信号经限幅 放大后变成开关信号 一路直接送给乘法器的下输入端忱 另一路经带通9 0 移相网络将K 频率的变化转化为 与 之 间的相位差9 的变化后送给乘法器 于是 乘法器输入端的 信号为两个相位差变化的信号 当频率变化时 相差也变 化 乘法器在此起鉴相器的作用 其输出信号经低通滤波 后 输出电压 的大小就反映了调频信号频率的变化 音 频 于是 此电路完成了调频信号的调解 即鉴频 网l V 1 1 9 0 相移广 图11 双差分电路完成鉴频时的原理方框图 2 5 混频 乘法器完成混频时的原理方框图如图1 2 N 示 设v l v l C O S l t V 2 V m 2 C O S6 9 2 t 则乘法器的输出 一 口1 i 剐 8 y l 2 c o s l 叫2 t c o s 6 1 一甜2 f 可见 K 在 一4 6 一 乘法器中混频产生了差频分量 6 3 1 一 2 若选频电路谐振 于差频 则选频电路将抑制和频 甜l d J 2 分量 而输出差 频 0 1 6 2 分量 芝习弱蓁撩H 誉嚣卜 v 2 叫拟乘法器I l 电路I 图1 2 乘法器完成混频时的原理方框图 2 6 自动增益控制 双差分放大器作为自动增益控制时的电