调频收音机的频偏问题是非常常见的, 无论是手调机还是数调机都会发生, 表现为收音机显示频率与标准电台频率有一定偏差例如0.05甚至0.1Mhz, 声音效果或者立体声才是最佳状态, 调正了反而效果差. 由于PLL数调机频率显示更直观精确, 分辨率可以达到100Khz甚至10Khz,因此频偏问题更容易显现出来,让人们误以为频偏是数调机特有的问题. 其实对于手调机, 由于指针指示频率本身精度不高, 多数又有AFC加持, 因此有一定频偏也不易察觉, 但不代表问题不存在. 我之前有好几篇文章和微头条分析鉴频和频偏问题, 以及它是如何影响声音解调的, 最近由于疫情没心情玩机, 所以得空全面整理一下对这个话题的理解分析.
要想彻底搞懂频偏的形成机理, 必须先从鉴频器原理说起.
常见的鉴频器及工作原理习惯上人们把调幅信号解调叫做检波, 把调频信号的解调过程叫做频率检波或者鉴频. 无论是检波还是鉴频, 最终目的都是将幅度或者频率的变化转换成电压的变化. 以超外差调频收音机为例,最常见的两种鉴频方式为比例鉴频和正交相位鉴频, 前者多见于分立元件机,或者早期的中放集成电路机, 或者多用于带鉴频的集成电路. 比例鉴频器是由鉴频线圈以及外围的二极管和阻容元件组成, 图中就是典型的比例鉴频器, 通常由两只紧靠在一起的中周外形的线圈, 两只配对的二极管, 若干电阻和一只10uf左右的电容组成. 比例鉴频器的基本原理是将调频波转换为调幅, 再利用二极管做传统的包络检波, 具体原理分析得用到数学模型了, 爱好者没必要深究了. 比例鉴频电路从50, 60年代就有了, 之所以沿用至今, 主要是由于其自带限幅特性, 而且通频带宽失真小,自带限幅特性可以省去了单独的限幅电路, 中频电路变得更简单节约了成本, 不过由于它的两根二极管为串联关系, 因此输出电压略小.
早期集成电路功能还比较单一, 只是单纯的中频放大, 没有鉴频功能, 例如μpc1018C. 随着技术进步, 电路规模扩大, 鉴频功能也可以被整合到芯片内部, 从而大大减少了外围元件, 而且鉴频失真小性能更好. 几乎所有的集成电路鉴频都属于相位正交鉴频, 而差分放大器是集成电路的基本电路单元 可以用来做混频器, 因此集成电路鉴频又多为双平衡正交鉴频, 它的优势跟变频级的平衡混频器类似, 可以更好的隔离输入与输出, 减小有害干扰进入下一级. 集成块鉴频电路外围只保留LC移相带通网络, 也就是通常说的鉴频中周或者10.7Mhz鉴频晶振. 所谓相位正交鉴频, 其实跟平衡混频器道理类似, 中频信号经过限幅后进入混频器, 与另一句路被限幅并移相后的中频信号一起混频, 混频的产物再经过低通滤波器滤除高频谐波干扰后就得到低频解调信号或者称作立体声复合信号. 正交鉴频器的移相网络和低通滤波器是鉴频器的核心部分, 它很大程度决定着鉴频器的性能, 以至于影响整机的失真度, 信噪比等重要指标. LC移相带通网络谐振中心频率为中频频率10.7Mhz, 中频信号是以10.7Mhz为中心频率的频带, 相移网络就是将这种以10.7为中心的瞬时频偏转换为相位变化, 这个相位变化量与频率偏移量是成线性关系,这一点是至关重要的, 很大程度影响鉴频器的性能. 移相网络的LC谐振又分为单调谐, 双调谐和陶瓷振子. 无论哪种形式的移相网络, 原理都是利用谐振网络对不同瞬时频率下呈现的不同特性来工作的, 10.7Mhz左右的通频带内, 依照瞬时频率不同，LC回路会呈容性, 阻性或感性, 所以相移特性是不同的. 其实三种LC移相网络形式的本质并没有区别, 但是性能是有区别的. 单调谐鉴频中周和陶瓷振子最简单也最多见, 陶瓷振子非常廉价 而且免调试, 后期机器非常普及. 然而相对于单调谐LC鉴频, 它的谐振曲线比较尖锐, 线性范围没有传统LC宽, 所以不得不加以电路上的修正. 因此很多爱好者还是更喜欢传统LC鉴频中周多一些，中周还有一个好处就是可以微调，为什么需要微调，下文会分析. 双调谐的鉴频中周多见于收音头等高端电路, 例如三洋LA1235, LA1266等芯片多搭配有双调谐鉴频中周, 双调谐鉴频有更宽的线性范围, 带来更小的失真, 但是成本高些,调整麻烦, 必须借助扫频仪才能调到最佳状态.
