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1、实验九变容二极管调频实验一、实验目的1 .掌握变容二极管调频电路的原理。2 .了解调频调制特性及测量方法。3 .观察寄生调幅现象，了解其产生及消除的方法。二、实验内容1 .测试变容二极管的静态调制特性。2 .观察调频波波形。3 .观察调制信号振幅时对频偏的影响。4 .观察寄生调幅现象。三、实验原理1 .变容二极管工作原理调频即为载波的瞬时频率受调制信号的控制。其频率的变化量与调制信号成线性关系。常用变容二极管实现调频。变容二极管调频电路如图97所示。从J2处加入调制信号，使变容二极管的瞬时反向5lCl 9 白土=-图置电压的基础上按调制信号的规律变化，从而使振荡频率也随调制电压的规律变化，此时
2、从Jl处输出为调频波（FM）。C5为变容二极管的高频通路，Zq为音频信号提供低频通路，Ll和C12又可阻止高频振荡进入调制信号源。图9-2示出了当变容二极管在低频简谐波调制信号作用情况下，电容和振荡频率的变化意图。在（a）中，U。是加到二极管的直流电压，当U=Uo时，电容值为C。是调制电压，当心为正半周时，变容二极管负极电位升高，即反向偏压增大；当心为负半周时，变容二极管负极电位降低，即反向偏压减小，变容二极管的电容增大。在图（b）中，对应于静止状态，变容二极管的电容为G,此时振荡频率为foe因为f=J=,所以电容小时，2ylLC振荡频率高，而电容大时，振荡频率低。从图（a）中可以看到，由于C
3、-u曲线的非线性，虽然调制电压是一个简谐波，但电容随时间的变化是非简谐波形，但是由于/=f和C的关系是非线性。不难看出，C-U和f-C的非线性关系起着抵消作用，即得到f2 .变容二极管调频器获得线性调制的条件。设回路电感为L,同路的电容是变容二极管的电容C（暂时不考虑杂散电容及其它与变容二极管相串联或并联电容的影响），则振荡频率为f=-1=,为了获得线性调制，频2ylLC率振荡应该与调制电压成线性关系，用数学表示为/=A”,式中A是一个常数。由以上二式可得=,将上式两边平方移项可得C=-r=Bu2,这即是变容二极2yLC（2）LA-U-管调频器获得线性调制的条件。这就是说，当电容C与电压U的平
4、方成反比时，振荡频率就与调制电压成正比。3 .调频灵敏度调频灵敏度力定义为每单位调制电压所产生的频偏。设回路电容的C-U曲线可表示为C=及厂”，式中B为一管子结构即电路串、并固定电容有关的参数。将上式代入振荡频率的表示式/ 二2-Zc中，可得S=讨=.3fu4LBSf2LB调制灵敏度当n=2时，设变容二极管在调制电压为零时的直流电压为t,相应的回路电容量为C0 ,振荡频率为0 =2y LCqCO=BUJo24LB则有上式表明，在n=2的条件下，调制灵敏度与调制电压无关（这就是线性调制的条件），而与中心振荡频率成正比，与变容二极管的直流偏压成反比。后者给我们一个启示，为了提高调制灵敏度，在不影响
5、线性的条件下，直流偏压应该尽可能低些，当某一变容二极管能使总电容C-u特性曲线的n=2的直线段愈靠近偏压小的区域时，那么，采用该变容二极管所能得到的调制灵敏度就愈高。当我们采用串并联固定电容以及控制高频振荡电压等方法来获得Cu特性n=2的线性段时，如果能使该线性段尽可能移向电压低的区域，那么对提高调制灵敏度是有利的。由S/=可以看出，当回路电容C-特性曲线的n值（即斜率的绝对值）愈大，2LB调制灵敏度越高。因此,如果对调频器的调制线性没有要求，则不外接串联或并联固定电容，并选用n值大的变容管，就可以获得较高的调制灵敏度。四、实验步骤1 .静态调制的特性测量将电路接成压控振荡器，J2端不接音频信
6、号，将频率计接于Jl处，调节电位器Wl,记下变容二极管、4两端电压和对应输出频率，并记于下表中。Vp1(V)Vd2(V)FO(MHZ)IIIIllIIl2 .动态测试将电位器Wl置于某一中值位置，将IKHz、2.5Vp-p音频信号通过J2输入，将示波器接于Jl端，观察调频频偏情况，5Vp-p时再观察调频频偏情况。五、实验报告要求1 .在坐标纸上画出静态调制特性曲线，并求出其调制灵敏度。说明曲线斜率受哪些因素的影响。2 .画出实际观察到的FM波形，并说明频偏变化与调制信号振幅的关系。六、实验仪器1 .高频实验箱1台2 .双踪示波器1台3 .万用表1只4 .频偏仪1台实验十正交鉴频及锁相鉴频实验一
7、、实验目的1 .熟悉相位鉴频器的基本工作原理。2 .了解鉴频特性曲线（S曲线）的正确调整方法。二、实验内容1 .调测鉴频器的静态工作点。2 .并联同路对波形的影响。3 .用逐点法或扫频法测鉴频特性曲线，由S曲线计算鉴频灵敏度Sd和线性鉴频范围AZmax三、实验原理1 .乘积型鉴频器（I）鉴频是调频的逆过程，广泛采用的鉴频电路是相位鉴频器。鉴频原理是：先将调频波经过一个线性移相网络变换成调频调相波,然后再与原调频波一起加到一个相位检波器进行鉴频。因此，实现鉴频的核心部件是相位检波器。相位检波又分为叠加型相位检波和乘积型相位检波,利用模拟乘法器的相乘原理可实现乘积型相位检波，其基本原理是：在乘法器
8、的一个输入端输入调频波匕（f）,设其表达式为：vs（O=VsmCoSIy.+吗Sinr式中，加/为调频系数，m,=AGC或加r=A7,其中。为调制信号产生的频偏。另一输入端输入经线性移相网络移相后的调频调相波匕.）,设其表达式为Mf）=VMcose+mfsinry+9（3）=Vt,sintyc+mfsint+（）式中，第一项为高频分量，可以被滤波器滤掉。第二项是所需要的频率分量，只要线性移相网络的相频特性火在调频波的频率变化范围内是线性的，当帆（同0.4”时，sin火3）u0（g）。因此鉴频器的输出电压匕的变化规律与调频波瞬时频率的变化规律相同，从而实现了相位鉴频。所以相位鉴频器的线性鉴频范围
9、受到移相网络相频特性的线性范围的限制J。（2）鉴频特性图IoT相位鉴频特性相位鉴频器的输出电压vo与调频波瞬时频率f的关系称为鉴频特性，其特性曲线（或称S曲线）如图14-1所示。鉴频器的主要性能指标是鉴频灵敏度OSd和线性鉴频范围2MnaxSd定义为鉴频器输入高频波单位的变化量，通常用鉴频特性曲线匕-/在中心频率/o处的斜率来表示，即Sd=2定义为鉴频器不失真解调频波时所允许的最大频率线性变化范围，2Hmax可在鉴频特性曲线上求出。（3）乘积型相位鉴频器用MC1496构成的乘积型相位鉴频器实验电路如图10-2所示。其中C13与并联谐振回路LCl8共同组成线性移相网络，将调频波的瞬时频率的变化转
10、变成瞬时相位的变化。分析表明，该网络的传输函数的相频特性奴啰)的表达式为-arctanQ-1图10-2正交鉴频(乘积型相位鉴频)(4.5MHz)式中o为回路的谐振频率，与调频波的中()心频率相等。Q为回路品质因数。f为瞬时频率偏移。-y一一L-相移。与频偏V的特性曲线如图10-3所示。l由图可见：在即即V=O时相位等于擀，下、在Af范围内，相位随频偏呈线性变化，从而实现*,线性移相，MCI496的作用是将调频波与调频调图10-3移相网络的相频特性相波相乘，其输出经RC滤波网络输出。2 .锁相鉴频锁相环由三部分组成，如图10-4所示，它由相位比较器PD、低通滤波器LF、压控振荡器VCO三个部分组
11、成一个环路。锁相环是一种以消除频率误差为目的的反馈控制电路。当调频信号没有频偏时，若压控振荡器的频率与外来载波信号频率有差异时，通过相位比较器输出一个误差电压。这个误差电压的频率较低，经过低通滤波器滤去所含的高频成份，再去控制压控振荡器，使振荡频率趋近于外来载波信号频率，于是误差越来越小，直至压控振荡频率和外来信号一样，压控振荡器的频率被锁定在外来信号相同的频率上，环路处于锁定状态。图10-4基本锁相环路方框图鉴顷，锁相环图10-5锁相鉴频（4.5MHZ）当调频信号有频偏时，和原来稳定在载波中心上的压控振荡器相位比较的结果，相位比较器输出一个误差电压，如图14-5所示，以使压控振荡器向外来信号
12、的频率靠近。由于压控振荡器始终想要和外来信号的频率锁定，为达到锁定的条件，相位比较器和低通滤波器向压控振荡器输出的误差电压必须随外来信号的载波频率偏移的变化而变化，也就是说这个误差控制信号就是一个随调制信号频率而变化的解调信号，即实现了鉴频。四、实验步骤1 .乘积型鉴频器（1）调谐并联谐振回路，使其谐振（谐振频率c=4.5M“z）方法是将峰一峰值匕=500W左右/c=4.5Mz调制信号的频率人=lKz的调频信号从J6端输入，按下“FM”开关，将“FM频偏”旋钮旋到最大，调节谐振回路电感Ll使输出端获得的低频调制信号均。）的波形失真最小，幅度最大。（2）鉴频特性曲线（S曲线）的测量。测量鉴频特性
13、的常用方法有逐点描迹法和扫频测量法。逐点扫迹法的操作是：用高频信号发生器作为鉴频器的输入匕主（见图14-2）,频率为yc=45Mz,幅度匕P”=400mu;鉴频器的输出端接数字万用表（置于“直流电压”档），测量输出电压值（调谐并联谐振回路，使其谐振）；改变高频信号发生器的输出频率，记下对应的输出电压值，并填入下表；最后根据表中测量值描绘S曲线。表IOT鉴频特性曲线的测量值F(MHz)4.54.64.74.84.95.05.15.25.35.45.5VO(mV)扫频测量法的操作是：将扫频仪（如BT3G型）的输出信号作为鉴频器的输入信号,扫频仪的检波探头电缆换成夹子电缆线接到鉴频器的输出端，先调节
14、BT-3G的中心频率使f0=5MHz（并联谐振回路谐振）；然后调节BT3G的“频率偏移”、“输出衰减”和“Y轴增益”等旋钮，使BT3G上直接显示出鉴频特性曲线，利用“频标”可绘出S曲线，调节图10-2中谐振回路的电感Ll,可改变S曲线的斜率和对称性。2 .锁相鉴频1）观察系统的鉴频情况将峰一峰值匕=500mV左右左=4.5MHz,调制信号的频率=lKaz的调频信号从J4输入，将Sl的3拨上，观察J2输出的解调信号，对比调制信号，改变调制信号的频率,观察解调信号的变化。或改变R用观察Jl、J2处波形。五、实验报告要求1 .说明乘积型鉴频原理。2 .根据实验数据绘出鉴频特性曲线。3 .说明锁相鉴频的原理。六、实验仪器1 .高频实验箱1台2 .双踪示波器1台3 .频率特性测试仪1台4 .万用表1只
