变容二极管调频振荡器及相位鉴频器

课程名称通信电子电路实验实验项目：变容二极管调频振荡器及相位鉴频器 成绩：学院:信息学院专业:通信工程实验时间:2017年6月2实验室:信息学院3501 指导教师:谢汝生实验目的熟悉变容二极管调频器和相位鉴频器电路原理及构成。了解调频器调制特性和相位鉴频器的鉴相特性及测量方法。将变容二极管调频器与相位鉴频器两实验板进行联机试验，进一步了解调频和解调全过程及整机调试方法。实验设备双踪示波器（RIGOLDS5062CA数字存储示波器）频率计（AT-F1000-C数字频率计）万用表（DT9205数字万用表）清华科教TPE-GP2型高频电路实验箱及G3实验板实验电路及基本原理分析在调制中，载波信号的频率或相位随调制信号而变，称为调频（FM）或调相（PM）,在这两种调制过程中，载波信号的幅度都保持不变，而频率或相位的变化都表现为相角的变化，故二者统称为角度调制或调角。调频就是用调制信号电压去控制载波的频率，可分为直接调频和间接调频两种。直接调频就是用调频电压直接去控制载波振荡器的频率，产生调频信号。间接调频就是保持振荡器的频率不变，而用调制电压去改变载波输出的相位，即调相。变容二极管是利用半导体PN结的结电容随外加反相电压而变化的特性制成的一种半导体二极管，它是一种电压控制可变电抗元件，在其PN结上反偏压越大，则结电容越小。若将变容二极管接在谐振电路两端作为回路振荡电容，使其反向偏压受调制信号的控制，则其容值随调制电压的变化而变化，整个振荡回路的振荡频率将随调制信号的变化而变化，从而得变容二极管调频振荡器。本实验所用电路如图8.1所示，为变容二极管部分接入振荡回路的直接调频电路。电容二极管全部接入作为振荡回路的总电容时，其最大优点是调制信号对振荡频率的调变能力强，即调制灵敏度高，较小的调制度就能够产生较大的相对频偏，但同时因温度等外界因素变化引起的载波频率不稳定也必然相对增加。为了克服上述缺点，采用变容二极管仅是回路总电容的一部分，因而调制信号对振荡频率的调变能力将比变容二极管全部接入时小，但因温度等变化引起的载波频率不稳定的情况却有较大改善，载波频率稳定度有较大提高。实验电路见图8.1。电路中，V1为调频振荡级，V2为放大级，V3为射随放大级，主要对电路输出进行缓冲和隔离。电位器RP1用来调整加于变容二极管上的直流偏置电压，对调频振荡器载波频率进行控制：RP2设定振荡回路放大器的静态工作电流。

ourour图8-1变容二极管构成的调频振荡器从调频波中取出原来的调制信号，称为频率检波，又称为鉴频。在调频波中，调制信号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。鉴频器电路是先借助谐振电路将等幅的调频波转换为幅度随瞬时频率变化的调幅调频波，再用二极管检波器进行幅度检波，以还原调制信号。由于信号的最后检出还是利用高频振幅的变化，为了避免寄生调幅干扰检出的调制信号，一般都将输入鉴频器的调频波进行限幅去干扰，使其幅度恒定后再进行鉴频。图8-2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变化，再讲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。本实验所用电路如图8-2所示，该电路为电容耦合回路叠加型相位鉴频器。电路中V1/V2构成差分对振幅限幅电路，对输入信号进行去干扰限幅。同时在V2的集电极负载回路中设置了由CT1、C6、L1组成的并联谐振回路，与由CT2、C10、L2组成的并联谐振回路对振幅后的调频波进行双调频回路选频放大，将其变换为调幅调频波。再通过后面两只检波二极管D1、D2组成的对称幅度检波器分别对上下两个调幅包络进行检波，最后得到调制信号。实验步骤及内容记录（包括数据、图表、波形、程序设计等）1.FM调制器静态调制特性测量（图8-1）输入端不接音频信号，将频率计借到调频器的F端。不接C3（=100pf），调整Rp1ffiEd=4V，

调RP2使f0=6.5MHz,然后重新调节电位器RP1，使Ed在0.5V~8V范围内变化，在C3接入和不接入时，测量电路输出频率，将对应的频率填入表8.1，并依据测试结果在坐标图中绘制出变容二极管调频振荡器的静态调制特性曲线。表8.1Ed(V)0.51233.544.55678F0(MHz)不接C35.9886.216.326.446.476.506.536.576.656.716.82接C3/5.525.735.885.946.06.076.126.206.256.312.用扫频仪调整相位鉴频器的S型鉴频特性(图9-2)。将实验电路中E、F、G三个接点分别与半可调电容CT1、Ct2、Ct3连接。CT1调上下对称，Ct2调曲线中心频率，Ct3调f0中心点线性度下峰点频率为6.2MHz，上峰点频率为6.8MHz。下峰点格数为2.7,上峰点格数为2.70将扫频仪输出信号接入实验电路输入端IN，其输出信号不宜过大，扫频频标用10:1档，扫频中心频率调至6.5MHz处。扫频仪输入检波探头改用双夹子电缆线，接至鉴频器输出端OUT即可看到S型曲线，参加图9-2,如曲线不理想，可适当调CT1、Ct2上下对称，调曲线中心频率为6.5MHz；调Ct3使f0中心点附近线性度，观察回路CT1调上下对称，Ct2调曲线中心频率，Ct3调f0中心点线性度下峰点频率为6.2MHz，上峰点频率为6.8MHz。下峰点格数为2.7,上峰点格数为2.703.鉴频特性静态测试输入信号改接高频信号发生器，输入电压约为100mVP-P，用万用表测鉴频器的输出电压，在5.5MHz~7.5MHz范围内，以每格0.2MHz条件下测得相应的输出电压。并填入表8.2。表8.2f(MHz)5.55.75.96.16.26.36.46.取、6.66.76.86.97.17.37.5V0(mV)-90.5-145-253-433y-457-360-187.43.5189.8331.3399.7395.4302.7212.3153.7找出S曲线正负两点频率fmax、fmin及Vm、Vn。fmax=7.1MHz，fmin=5.9MHz，Vm=581mV，Vn=-633mV6.5MHz4.FM信号的解调FM调频电路输入端不接音频信号，将频率计接到调频器的F端。C3(=100pf)电容开路，调整RP1使Ed=4V，调RP2使f0=6.5MHz，VM=400mVP-P的音频调制信号加至调频电路输入端进行调频。鉴频器中心频率也调谐在6.5MHz，将调频电路与鉴频电路连接，调频输出信号送入鉴频器输入端。用双踪示波器同时观测记录调制信号和解调信号，比较二者的异同，将音频信号逐渐加大，观察波形变化，结果记录在表8.3中。表8.3匕啊口）400600800100012001400160018002000Vo（m%p）68.798.5121145173195225256280实验结果分析由实验结果可以看出无论接不接如C3时，其频率都会随Ed变化而变化，且当Ed增大时，f也会增大，当Ed减小时f也随之减小。S曲线的形状与鉴频器性能有直接关系：①S曲线的线性好，则失真小；②线性段的斜率大，则对于一定频移所得的低频电压幅度大，即鉴频器灵敏度高；③线性段的频率范围大（鉴频频带宽），则允许接收的频移大。思考题及解答通过绘制的变容二极管调频振荡器静态调制特性曲线，求出在Ed=4±1V期间的调制灵敏度S，说明曲线斜率受哪些因素影响？答：调制灵敏度S=竺即斜率，由绘制的静态调制特性曲线可知，Vu在Ed=4±1V期间的调制灵敏度S中不接C3时调制灵敏度S为0.08,接C3时调制灵敏度S为0.09，影响调制灵敏度S的因素还有温度等外界因素，还有接入振荡回路的总电容，系统的增益，系统的噪声，系统的带宽，解调器