高频实验三四

1、一、实验目的1、 掌握变容二极管调频的工作原理。2、 能够测量变容二极管的CjV特性曲线。3、 能够测量调频信号的频偏及调制灵敏度。二、实验原理调频是把要传送的信息(例如语言、音乐)作为调制信号去控制高频载波的瞬时频率，使瞬时频率按照调制信息的规律变化。调制信号为，载波信号为，高频载波的瞬时频率跟随的变化而变化，即(6-1)则调频波为： (6-2)式中为调频指数， 为最大角频偏，为调频灵敏度。最常用的方法是利用变容二极管的特性直接产生调频波，原理电路如图6-1所示。图6-1 变容二极管调频原理电路变容二极管的静态工作电压为，调制信号为，结电容为：(6-3)式中为静态结电容。为电容调制度，表示电

2、容受调制信号调变的程度。为势垒压(硅管为0.7V，锗管为0.3V)。为结电容变化指数。二极管通过耦合电容并联在回路，总电容为，瞬时振荡频率满足： (6-4)振荡频率随调制电压线性变化，从而实现调频。IN81为调制信号输入端，TT82为调制信号输出端。R81、R82、W81、R83组成变容二极管直流偏压电路。C83、C84、C812组成变容二极管的不同接入系数。IN81为调制信号输入端，L84、C88、C87、C89、C85和振荡管组成LC调制电路。使用12V供电，振荡器Q81使用3DG12C，变容管使用Bb910，Q82为隔离缓冲级。主振频率f0，最大频偏fm =±20KHz。图6-

3、2 变容二极管调频电路三、实验仪器1、变容二极管调频模块 DYT3000GP-03(左) 2、低频信号源 DYT3000GP-09 3、 频率计 DYT3000GP-084、20MHz双踪模拟示波器 一台5、频谱仪(选做) 一台四、实验内容 4.1 连接J82、J84组成LC调频电路。接通电源，调节W81，使变容二极管D81的反向偏压为V；调节W82使Q81静态工作点Ueq=2V。调节L84，使振荡频率为10.7MHz，Vp-p=300mV左右，用示波器和频率计在TT82处观察振荡波形。 4.2从IN81处输入1KHz正弦信号作为调制信号(信号由低频信号源提供，频率由零逐渐增大。用示波器在TT

4、82处观察振荡波形变化,如果有频谱仪则可以用频谱仪观察调制频偏)，此时观测到一条正弦带。 4.3分别接J81、J83重做实验2。 4.4用频谱仪观察调频信号(接入变容二极管,即连J84，断开J85)，记下不同的V对应的不同的f，计算调制灵敏度。 4.5观察频偏与接入系数的关系(断开J85，连接J84)。在直流偏置电压和调制信号相同的情况下，分别连接J81、J83测试频偏， 计算，验证。 (为7)接入系数为，Cx为所接入的电容。 4.6观察频偏与直流反偏电压的关系(此时应断开J85，连接J82、J84)。V123456Fo 4.7观察频偏与调制信号频率的关系(此时应断开J85，连接J82、J84

5、)。Fu1KHZ2 KHZ3 KHZ4 KHZ5 KHZ6 KHZ7 KHZFo五、预习要求1、复习二极管调频工作原理。2、熟悉示波器的使用方法。六、实验报告要求1、整理LC调频所测的数据，绘出观察到的波形。2、绘出Cjx VRX曲线，和LC调频电路的fX VRX曲线。3、从fX VRX曲线上求出V对应的Kf=f /V值，与直接测量值进行比较。七、思考题1、说明镜像干扰引起的后果，如何减小镜像干扰？2、3、实验四 集成电路模拟乘法器应用一、实验目的1、了解模拟乘法器(MC1496)的工作原理，掌握其调整与特性参数的测量方法。2、掌握利用乘法器实现混频，平衡调幅，同步检波，鉴频等几种频率变换电路

6、的原理及方法。二、实验仪器1、混频、调幅(乘法器) 正弦振荡器 DYT3000GP-012、检波鉴频乘法器 DYT3000GP-04(右)3、高频信号发生器 DYT3000GP-064、频率计 DYT3000GP-085、低频信号源 DYT3000GP-096、双踪示波器 一台7、频率特性扫频仪(选项) 一台三、实验原理及电路1、 集成模拟乘法器集成模拟乘法器是完成两个模拟量(电压或电流)相乘的电子器件。在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调等过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分离器件如二极管和三极管要简单的多，而

7、且性能优越，所以在无线通信、广播电视等方面得到广泛应用。集成模拟乘法器的常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。本实验介绍MC1496集成模拟乘法器。图7-1 MC1496引脚图MC1496为双平衡四象限模拟乘法器，引脚如图7-1所示。引脚8与10接输入载波信号UX，引脚1与4接输入调制信号Uy，输出电压U0从引脚6与12输出。引脚2与3可 外接电阻RE，扩展调制信号Uy的线性动态范围。引脚14为负电源端(双电源供电时)或接地端(单电源供电时)，引脚5外接电阻R5，调节偏置电流及镜像电流。2、基本工作原理2.1振幅调制、双边带、单

8、边带振幅调制若高频载波信号为，低频调制信号为，调幅信号为(7-11)式中，调幅系数；载波信号，上边带信号，下边带信号调幅波中载波分量占有很大比重，因此信息传输效率较低，称为有载波调制。为提高信息传输效率，广泛采用抑制载波的双边带或单边带振幅调制。双边带调幅波的表达式为 (7-12)单边带调幅波的表达式为 或 (7-13)振幅调制信号的解调过程称为检波。常用方法有包络检波和同步检波两种。有载波振幅调制信号的包络直接反映了调制信号的变化规律，可以用二极管包络检波的方法进行解调。抑制载波的双边带或单边带振幅调制信号的包络不能直接反映调制信号的变化规律，必须采用同步检波方法。若输入信号为有载波振幅调制

9、信号，同步信号为载波信号，则输出电压为 (7-16)式中，第1项为直流分量，第2项是所需要的低频调制信号分量，后面3项为高频分量，利用隔直电容及低通滤波器可滤掉直流分量及高频分量，从而实现了有载波振幅调制信号的解调，必须满足uX=UC26mV为小信号，uy=US为大信号。同步检波分为叠加型同步检波和乘积型同步检波。工作原理如下：在乘法器的一个输入端输入振幅调制信号，如抑制载波的双边带信号，另一输入端输入同步信号(即载波信号)，经乘法器相乘，可得输出信号为(7-17)式中，第1项是低频调制信号分量，后2项为高频分量，使用低通滤波器滤掉，实现双边带信号解调，必须满足uX=UC26mV为小信号，uy

10、=US为大信号。若输入信号为单边带振幅调制信号，则乘法器输出U0(t)为 (7-18)式中，第1项是所需要的低频调制信号分量，第2项为高频分量，通过低通滤波器滤除。MC1496模拟乘法器构成的同步检波解调器电路如图7-5所示。其中ux端输入同步信号或载波信号UC, uy端输入已调波信号US。输出端接有由R11与C6、C7组成的低通滤波器及隔直电容C8，所以该电路对有载波调幅信号及抑制载波的调幅信号均可实现解调。图7-5 MC1496构成的同步检波器电路的解调操作过程如下:首先测量电路的静态工作点C应与图7-3电路的静态工作点基本相同,再从ux端输入载波信号UC,其 fC=10.7MHz，UCP

11、-P=100mV。先令uy=0,调节平衡电位器RP,使输出U0uy端输入有载波的调制信号US,其fC=10.7MHz，fn=1KHz，USP-P=200mV，调制度m=100%，这时乘法器的输出U0(t)经低通滤波器后的输出U0(t)，经隔直电容C8后的输出U(t)的波形分别如图7-6(a)所示。调节电位器RP可使输出波形U0(t)的幅度增大，波形失真减小。若US为抑制载波的调制信号，经MC1496同步检波后的输出波形Un(t)如图7-6(b)所示。 1、乘积型相位鉴频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：将调频波经过线性移相网络变换成调频-调相波，再与原调频波在相位

12、检波器相加进行鉴频。因此实现鉴频的核心部件是相位检波器。利用模拟乘法器的相乘原理可实现乘积型相位检波，基本原理是：在乘法器的一个输入端输入调频波波式中，为调频系数，其中为调制信号频偏。另一输入端输入经线性移相网络移相后的调频调相波：(7-20)式中，移相网络的相频特性。此时乘法器输出为 (7-21)式中，第1项为高频分量，被低通滤波器滤掉。第2项是所需要的频率分量，只要线性移相网络相频特性在频率变化范围内是线性，当|，。因此鉴频器的输出电压uo(t)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受到移相网络相频特性的线性范围的限制。2、鉴频特性相位鉴

13、频器的输出电压U0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7-7所示。鉴频器的主要性能指标是鉴频灵敏度sd和线性鉴频范围2fmax。sd定义为鉴频器调频波单位频率变化所引起的输出电压的变化量，通常用鉴频特性曲线u0-f在中心频率f0处的斜率来表示，即 (7-22)2fmax定义鉴频器不失真解调调频波时所允许的最大频率线性变化范围，2fmax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电路如图7-8所示。图78 MC1496构成的相位鉴频器其中C1与并联谐振回路C2L共同组成线性移相网络，将调频波的瞬时频率的变化转变成瞬时相位变化。该

14、网络的传输函数的相频特性的表达式为： (7-23)当时，上式近似表示为或 (7-24)式中f0回路谐振频率，与调频波的中心频率相等。Q回路品质因数。f瞬时频率偏移。相移与频偏f的特性曲线由图可见：在f= f0即f=0的范围内，相位随频偏呈直线变化，从而实现线性移相。MC1496的作用是将调频波与调频调相波相乘(如式7-21)，其输出端接集成运放构成的差分放大器，将双端输出变成单端输出，再经R0C0滤波网络输出，对于图7-8所示的鉴频电路的鉴频操作过程如下：首先测量鉴频器的静态工作点(与图7-3电路的静态工作点基本相同)，再调谐并联谐振回路，使其谐振(谐振频率f0=10.7MHz)。再从ux端输

15、入fc=10.7MHz，ucp-p=40mV的载波(不接相移网络，uy=0)，调节平衡电位器RP 使载波抑制最佳(U0=0)。然后接入移相网络，输入调频波US，其中心频率f0=10.7MHz，ucp-p=40mV，调制信号的频率f=1 KHz，最大频偏fmax=75 KHz，调节谐振回路C2使输出端获得低频调制信号U0(t)的波形失真最小，幅度最大。4、鉴频特性曲线(S曲线)的测量方法测量鉴频特性曲线的常用方法有逐点描迹法和扫频测量法。 逐点描迹法的操作是：用高频信号发生器作为信号源加到鉴频器的输入端US(见图7-8)，先调节中心频率f0=10.7MHz，输出幅度ucp-p=40mV。鉴频器的

16、输出端U0接数字万用表(置于“直流电压”档)测量输出电压U0值。(调谐并联谐振回路，使其谐振)。再改变高频信号发生器的输出频率(维持幅度不变)，记下对应的输出电压U0值，并填入下表。最后根据表中测量值描绘S曲线。扫频测量法的操作是：将扫频仪(如BT-3型)的输出信号加到鉴频器的输入端，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BT-3的“频率偏移”、“输出衰减”和“Y轴增益”等旋钮，使BT-3上直接显示出鉴频特性，利用“频标”可绘出曲线。调节谐振回路电容，平衡电位器RP可改变S曲线的斜率和对称性。表7-1 鉴频特性曲线的测量值f0/ MHz10. 5U0 / mV4混频用模拟

17、乘法器实现混频，只要在ux端和uy端分别加上两个不同频率的信号，相差一中频如MHz，再经过带通滤波器取出中频信号，其原理方框图如图7-10所示：图7-10 混频原理框图若，则输出为：经带通滤波器后，取差频由MC1496模拟乘法器构成的混频器电路如图7-11所示图 7-11 MC1496构成的混频器其中ux端输入信号uc=10.7MHz。uy端输入信号us=，输出端接有带通滤波器LC。四、实验内容将连接器J12、J13、J15、J19、J110连接好(此时J11、J14、J16、J17、J18应断开)，组成由mc1496构成的混频器电路。1、接通开关K11，在不加入输入信号(uc、us=0)的情

18、况下，测试mc1496各管脚的静态工作电压应与前面实验原理中平衡调制部分讲到的基本相同(即基本满足式7-1且满足式7-2；下面几个实验内容与此相同)。2、从IN11处输入信号Uc频率为10.7MHz 的高频载波信号,大小为Vp-p=300mV(由高频信号源提供，参考高频信号源使用)，从IN13处输入信号Us频率为，由正弦振荡单元电路产生(晶体振荡，断开J52,连接J53,J54参考正弦振荡单元)。用示波器和频率计在TT11处观察输出波形，输出信号频率应为455KHz左右，Vp-p为400mV。断开J12、J13、J15、J19，J110连接好J11、J14、J16、J17、J18，组成由mc1

19、496构成的平衡调幅电路。1、当Uc、Us =0时，测试mc1496各管脚电压。2、产生抑制载波振幅调制在Ux端(IN11处)输入fc=10.7MHz的高频载波(由高频信号源提供，参考高频信号源使用)，Ucp-p=250mV；Uy端(IN12处)输入f=1KHz信号，使Up-p为零，调节可调电阻W11(逆时针调节)，在TT11处测试的信号u0=0(此时u4=u1)。逐渐增大Up-p(最大峰值为1V，太大会失真)，直至出现抑制载波的调幅信号出现(用示波器在TT11处测试)。在实验过程中应微调输入信号，以得到最好的输出波形。(平衡调幅部分产生的调幅波可作为同步检波部分的调幅波输入信号)3、产生有载波振幅调制信号在步骤2)的基础上调节W11，使输出信号中有载波存在，则输出有载波的振幅调制信号。连接J22、J24、J26，组成由mc1496构成的同步检波电路。1、按下K21接通+12，-12V 电源，在Uc，Us为0时，测试mc1496各管脚的电压看是否与调