1、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1实验目的1.熟悉变容二极管调频器和相位鉴频器电路原理及构成。2.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。3.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。2实验设备1.双踪示波器（RIGOL DS5062CA 数字存储示波器）2.频率计（AT-F1000-C 数字频率计）3.万用表（DT9205 数字万用表）4.清华科教 TPE-GP2 型高频电
2、路实验箱及 G3 实验板3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
3、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
4、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。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
5、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
6、 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。4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 RP1 使Ed=4V，调 RP2 使 f0=6.5MHz，然后重新调节电位器 RP1，使 Ed 在 0.5V8V 范围内变化，在C3 接入和不接入时，测
7、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） 0.5 1 2 3 3.5 4 4.5 5 6 7 8F0（MHz 不接 5.988 6.21 6.32 6.44 6.47 6.50 6.53 6.57 6.65 6.71 6.82C3）接 C3 / 5.52 5.73 5.88 5.94 6.0 6.07 6.12 6.20 6.25 6.312.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、C T3 连接。将扫频仪输出信号接
8、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、C T2 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、C T2、C T3 对 S 曲线的影响。调好后，记录上、下二峰点频率和二峰点高度格数，即 fm、V m、V n。CT1 调上下对称，C T2 调曲线中心频率，C T3 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
9、数为 2.7，上峰点格数为 2.7。3.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 5.5MHz7.5MHz 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) 5.5 5.7 5.9 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 7.1 7.3 7.5V0(mV) -90.5 -145 -253 -433 -457 -360 -187.4 3.5 189.8 331.3 399.7 395.4 302.7 212.3 153.7找出 S 曲线正负两点频率 f
10、max、fmin 及 Vm、V n。fmax=7.1MHz，fmin=5.9MHz，V m=581mV，V n=-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，V M=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
11、。表 8.3Vm(mVP-P) 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000V0(mVp-p) 68.7 98.5 121 145 173 195 225 256 2805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：S 曲线的线性好，则失真小；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；线性段的频率范围大（鉴频频带宽），则允许接收的频移大。6思考题及解答1. 通过绘制的变容二极管调频振
12、荡器静态调制特性曲线，求出在Ed=41V 期间的调制灵敏度 S，说明曲线斜率受哪些因素影响？fmin答：调制灵敏度 S= 即斜率，由绘制的静态调制特性曲线可知，uf在 Ed=41V 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，解调器的门限。2.通过 S 型鉴频特性曲线说明相位鉴频器是如何实现调频波信号解调的？答：先把等幅的调频波变换成幅度，按调制信号规律变化的调频调幅波，然后用振幅检波器把幅度的变化检出来，得到原来的调制信号。七实验小结通过本次实验，我初步了解了相位鉴频器的基本工作原理以及鉴频特性曲线的测量方法，在调制波形上遇到点困难，但经过老师的指导还是顺利地调制成功。
