最新高频-电容耦合相位鉴频器

1、相位鉴频器实验 121180166 赵琛第6页 共6页实验九 电容耦合相位鉴频器实验121180166 赵琛一实验目的1. 进一步学习掌握频率解调相关理论。了解电容耦合相位鉴频器的工作原理。3. 测量鉴频曲线S形曲线的测试方法。二、实验使用仪器1电容耦合相位鉴频器实验板2100MH泰克双踪示波器3. FLUKE万用表4. 高频信号源三、实验根本原理与电路1.实验根本原理从调频波中取出原来的调制信号，称为频率检波，又称鉴频。完成鉴频功能的电路，称为鉴频器。在调频波中，调制信息包含在高频振荡频率的变化量中，所以调频波的解调任务就是要求鉴频器输出信号与输入调频波的瞬时频移成线性关系。对于调频波的解调

2、电路来说，是从调频波中取出原调制信号，即输出电压与输入信号的瞬时频率偏移成正比，又称为鉴频器。对于调相波的解调电路，是从调相波中取出原调制信号 ，即输出电压与输入信号的瞬时相位偏移成正比,又称为鉴相器。实现调频信号解调的鉴频电路可分为三类，第一类是调频 - 调幅调频变换型。这种类型是先通过线性网络把等幅调频波变换成振幅与调频波瞬时频率成正比的调幅调频波，然后用振幅检波器进行振幅检波。第二类是相移乘法鉴频型。这种类型是将调频波经过移相电路变成调相调频波，其相位的变化正好与调频波瞬时频率的变化成线性关系，然后将调相调频波与原调频波进行相位比拟，通过低通滤波器取出解调信号。因为相位比拟器通常用乘法器

3、组成，所以称为相移乘法鉴频。第三类是脉冲均值型。这种类型是把调频信号通过过零比拟器变换成重复频率与调频信号瞬时频率相同的单极性等幅脉冲序列，然后通过低通滤波器取出脉冲序列的平均值，这就恢复出与瞬时频率变化成正比的信号。根据工作原理鉴频器可分为：斜率鉴频器、参差调谐鉴频器、相位鉴频器、比例鉴频器、脉冲计数式鉴频器、锁相鉴频器等。压电陶瓷鉴频器是一种具有移相鉴频特性的的滤波元件，主要用在电视机或录像机伴音中频放大或解调电路中以及FM调频收音机的鉴频器电路中。本实验采用的是相位鉴频器。相位鉴频器是利用回路的相位-频率特性来实现调频波变换为调幅调频波的。它是将调频信号的频率变化转换为两个电压之间的相位

4、变化，再将这相位变化转换为对应的幅度变化，然后利用幅度检波器检出幅度的变化。图9-1是频率电压转换原理图。 图9-1频率电压转换原理图2. 鉴频器的主要参数：鉴频跨导 鉴频器的输出电压与输入调频波的瞬时频率偏移成正比，其比例系数称为鉴频跨导。图9-3为鉴频器输出电压V与调频波的瞬时频偏之间的关系曲线，称为鉴频特性曲线。它的中部接近直线局部的斜率即为鉴频跨导。它代表每单位频偏所产生的输出电压的大小，希望鉴频器的鉴频跨导应该尽可能的大。2鉴频灵敏度 指鉴频器正常工作时，所需要输入调频波的最小幅度。其值越小，鉴频器灵敏度越高。3鉴频器频带宽度从上图的鉴频特性曲线中可以看出，只有特性曲线中间一局部的线

5、性度较好，我们称为频带宽度。一般，要求大于输入调频波频偏的两倍，并留有一定的余量。4对寄生调幅应有一定的抑制能力。图9-3 鉴频特性曲线4. 电容耦合相位鉴频器实验原理图电容耦合相位鉴频器实验原理如图9-4。图9-4 电容耦合相位鉴频器实验电路电路原理：相位鉴频器由频相转换电路和鉴相器两局部组成。输入的调频信号经正、反向并联二极管D1、D2限幅之后，加到放大器T的基极上。放大管的负载是频相转换电路，该电路是通过电容C4，C5耦合的双调谐回路。初级和次级都调谐在中心频率上。初级回路电压直接加到次级回路中的串联电容C4、C5的中心点上，作为鉴相器的参考电压；同时，又经电容C4，C5耦合到次级回路，

6、作为鉴相器的输入电压，即加在L2两端用表示。由于电容C4，C5对于高频信号的容抗很小，可以近似看作短路，即电容C4，C5上没有压降，而假设CV2，CV3近似相等，那么加在电容CV2两端的电压近似为/2，所以加在二极管D3两端的电压为=，加在二极管D4两端的电压为=，要注意的是，电压，均为矢量，是初级回路通过电容耦合到次级回路两端的电压，两者之间有相位差。当输入信号的频偏在初次回路和次级回路的通频带之间时，可以近似的认为，的幅度不变，但是随着输入调频信号瞬时频率的变化，之间的相位差在不断发生变化。表达式的具体推导可参考高频电路教材的电感耦合相位鉴频器一章，P435-438 鉴相器采用两个并联二极

7、管检波电路。假设二极管D3的检波电路和二极管D4的检波电路完全对称，两个检波电路的电压传输系数完全相等，检波后的输出信号为两个检波电路的输出电压差。即当瞬时频率时,比滞后90，但|，这时，鉴频器输出为零。当时,滞后于的相角小于90，|，鉴频器的输出大于零。当时，滞后于的相角大于90，|，鉴频器的输出小于零。相位鉴频器鉴频特性的线性较好，鉴频灵敏度也较高。四、实验内容在实验箱主板上插上实验用电容耦合回路相位鉴频器和变容二极管调频器模块，接通实验箱上电源开关电源指标灯点亮。2. 调频-鉴频过程观察用示波器观测调频器输入、输出波形，鉴频器输入、输出波形用实验8变容二极管调频器模块产生FM波示波器监视

8、，中心频率为10.7M，并将调频器单元的输出连接到鉴频器单元的输入IN上。用双踪示波器观察变容二极管调频模块的输入信号波形和鉴频输出信号OUT波形，如果波形不好，可调整VC1、VC2、VC3，W1使鉴频器输出波形幅值尽可能大、波形尽可能好。 将变容二极管调频模块的输入信号波形与鉴频输出信号OUT波形画在实验报告纸上并作比拟。1.观察当在变容二极管调频器模块上增大调制信号幅度，那么鉴频器输出信号幅度的变化，并记录。2观察当在变容二极管调频器模块上增大调制信号频率，那么鉴频器输出信号幅度的变化，并记录。改变调制信号幅度：第一组：反偏电压2V，频率1KHz调制电压幅度/V12345输出信号幅度 /

9、V0.3400.6441.041.662.18第二组：反偏电压6V，频率1KHz调制电压幅度/V12345输出信号幅度 / V0.6301.221.812.403.15第三组：反偏电压10V，频率1KHz调制电压幅度/V12345输出信号幅度 / V0.5361.051.532.002.44改变调制信号频率：第一组：反偏电压2V，信号幅度2V调制电压频率/ KHz12345输出信号幅度 / V0.6800.4880.3680.2920.244第二组：反偏电压6V，信号幅度2V调制电压频率/ KHz12345输出信号幅度 / V1.220.9680.7240.5640.450第三组：反偏电压10

10、V，信号幅度2V调制电压频率/ KHz12345输出信号幅度 / V1.060.6880.4840.3640.288数据分析：1如果调制电压幅度越大，那么最大频偏会增大。而在鉴频器正常工作的区间内，随着最大频偏的增大，输出的电压值也会增大，且两者根本成线性关系。这符合理论。在不同反偏电压情况下，这点都得到了验证。2 随着频率的增加，我们可以看到输出幅值在减小。这说明随着输入信号频率增大，频偏变化的时间变得很小，在t时间里面包含的频率变化量就会减小，而f的减小直接导致了输出解调信号幅度的减小。3反偏电压和输出幅度之间并没有很明显的关系，相对来说反偏电压6V时候幅度最大，我想这是1因为在6V的时候

11、，在失真和灵敏度之间相对有一个最适宜的值，从而能得到最好的波形。2 在调节完反偏电压之后每次都需要重新对鉴频器进行调节，每次不同的调节都会使得幅度有一定变化，因此幅值和反偏电压没有明确的关系。3鉴频特性S形曲线观察和测量 扫频仪输出信号接在电容耦合回路相位鉴频器模块的输入端，扫频器输入端接在电容耦合回路相位鉴频器输出端，观测鉴频特性曲线S曲线，调整电容耦合相位鉴频器模块的次级回路电容CV2，CV3，使鉴频器S曲线形状较好，此时鉴频的灵敏度、鉴频的频带宽度、线性度最好 。 用高频信号源产生一个高频载波，频率为10.7M，幅度有效值在1V左右，调整鉴频器使鉴频器输出直流电压幅度为0，此时确定了S形

12、曲线的中心点。然后逐渐增加高频载波的频率，每次增加10KHZ，鉴频器输出的直流电压的幅度会逐渐增加，用万用表测量并记录此时的输出直流电压幅度V，按照此方法记录20个点，然后逐渐降低高频载波的频率，每次减少10KHZ，鉴频器输出的直流电压的幅度会逐渐减小，用万用表测量并记录此时的输出直流电压幅度V，按照此方法记录20个点。然后绘制S形曲线。分析：如下图我们可以看到，是一条比拟良好的S型曲线，并且和下列图用扫频功能显示的鉴频特性根本相符，说明实验较为成功。扫频产生的s型曲线对于扫频曲线，我们以10.0MHz为开始频率，11.4MHz为结束频率，时间10ms，得到如下图图像。从图像中我们可以清晰地看到，在10.610.85MHz之间线性度较好。这也说明s型曲线并不是在非线性段完全对称。这也验证了我