非线性电路实验指导书1.doc

1、非线性电路实验指导书重庆邮电大学移通学院电信系电工电子技术实验室非线性电路实验指导书 目 录实验一 LC 与晶体振荡器实验 1实验二 幅度调制与解调实验 4实验三 非线性波形变换实验 7实验四 变容二极管调频器及相位鉴频器实验10实验五 数字锁相环实验13实验六 锁相调频与鉴频实验15实验七 函数信号发生实验18实验八 锁相环与锁相式频率合成器实验21实验九 数字调频与解调实验24实验十 数字信号发生实验27- 1 - 实验一 LC 与晶体振荡器实验一、实验目的1、了解 LC 振荡器和晶体振荡器的基本电路组成结构及其工作原理。2、了解两振荡电路的动态工作点，了解工作点对振荡器的影响。3、 LC

2、 振荡器和晶体振荡器分别所输出波形的频率相关那些器件参数。二、实验预习要求实验前，预习相关教材：“正弦波振荡器”等有关章节的内容。三、实验原理说明三点式振荡器包括电感三点式振荡器（哈脱莱振荡器）和电容三点式振荡器（考毕兹振荡器） ，其交流等效电路如图 1-1。1、 起振条件1） 相 位 平 衡 条 件 ： Xce和 Xbe必 须 为 同 性 质 的 电 抗 ， Xcb必 须 为 异 性 质 的 电 抗 ， 且 它 们 之 间 满 足 下 列 关 系 ：2）幅度起振条件： 式中：q m晶体管的跨导， FU反馈系数， A U放大器的增益，qie晶体管的输入电导， 图 1-1、三点式振荡器qoe晶体

3、管的输出电导，qL晶体管的等效负载电导，FU一般在 0.10.5 之间取值。2、并联改进型电容反馈三点式电路西勒振荡器电路如图 1-2 所示，它是在串联改进型的基础上，在 L1两端并联一个小电容 C4，调节 C4可改变振荡频率。西勒电路的优点是进一步提高电路的稳定性，振荡频率可以做得较高，该电路在短波、超短波通信机、电视接收机等高频设备中得到非常广泛的应用。本实验箱所提供的 LC 振荡器就是西勒振荡器。（a ） 、西勒振荡器 （b） 、交流等效电路图 1-2、西勒振荡器3、晶体振荡器本实验箱提供的晶体振荡器电路为并联晶振 b-c 型电路，又称皮尔斯电路，其交流等效电路 + LCcoCLbe1

4、|)(， 即 )(u*ieeqeb cL1C1C2EcC3C4eb c C1C2L1C3C4非线性电路实验指导书 - 2 -如图 1-3 所示。图 1-3、皮尔斯振荡器四、实验设备 TKGD 系列高频电子实验箱；双踪数字示波器； 数字万用表。五、实验内容与步骤开启实验箱，在实验板上找到与本次实验内容相关的单元电路，并对照实验原理图，认清各个元器件的位置与作用，特别是要学会如何使用“短路帽”来改换电路的结构形式。作为初次接触本实验箱，特对本次实验的具体线路作如下分析； 电阻 R101R106为三极管 BG101提供直流偏置工作点，电感 L101既为集电极提供直流通路，又可防止交流输出对地短路，在

5、电阻 R105上可生成交、直流负反馈，以稳定交、直流工作点。用“短路帽”短接切换开关 K101、K 102、K 103的 1 和 2 接点（以后简称“短接 Kxxx -” ）便成为 LC 西勒振荡电路，改变C107可改变反馈系数，短接 K101、K 102、K 103 2-3，并去除电容 C107后，便成为晶体振荡电路，电容 C106起耦合作用，R 111为阻尼电阻，用于降低晶体等效电感的 Q 值，以改善振荡波形。三极管 BG102等组成射极跟随电路，提供低阻抗输出。经过以上的分析后，可进入实验操作。接通交流电源，然后按下实验板上的+12V 总电源开关 K1和实验单元的电源开关 K100，电源

6、指示发光二极管 D4和 D101点亮。1、组成 LC 西勒振荡器：短接 K1011-2、K 1021-2、K 103 1-2、K 1041-2，并在 C107处插入 470p1000p 的电容器，这样就组成了与图 1-2 完全相同的 LC 西勒振荡器电路。用示波器(探头衰减10 或1)在测试点 TP102观测 LC 振荡器的输出波形，测量其输出频率。2、测量发射极电压和电流：西勒振荡器工作，测量 BG101和 BG102的动态工作点电压并计算其电流。3、组成晶体振荡器：短接 K1012-3、K 1022-3、K 1032-3，并去除电容 C107，再观测 TP102处的振荡波形，记录幅度 VL

7、和频率 f0之值。六、预习思考题1、使用数字万用表测量电路的动态工作点有何特点？2、本电路采用何种形式的反馈电路？反馈量的大小对电路有何影响？3、射极跟随电路有何特性？本电路为何采用此电路？七、实验注意事项1、本实验箱提供了本课程所有的实验项目，每次实验通常只做其中某一个单元电路的实验，因此不要随意操作与本次实验无关的单元电路。2、用“短路帽”换接电路时，动作要轻巧，更不能丢失“短路帽” ，以免影响后续实验的正常进行。3、实验完毕时必须按开启电源的逆顺序逐级切换相应的电源开关。八、实验报告要求1、简单描述该实验振荡器电路的组成和工作原理；2、分别绘制出“LC 振荡器”和“晶体振荡器”两电路简图

8、（仅存相关参数的器件和关键电路部分，eb cC1J1C2非线性电路实验指导书 - 3 -弃掉无关的部分） ；3、填写对“LC 振荡器”和“晶体振荡器”两电路中的测量数据。电路名称 输出频率 （KHz） 输出幅度（Vp-p） BG1-e BG1-b BG1-c BG2-e BG2-bLC 振荡器晶体振荡器附：LC 振荡器与晶体振荡器实验电路原理图D101LED1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 TP101TP102K100R11130KX1016MHzC10351PK103L101560HR104560C104100C108270pBG1013DG6CC1110.01C106470p

9、R10547 K102K101R1120.01C1010.01C102200p R1061K C1050.01C1071000pC110715pC109100pR113100KL10256HK104R1084.7KR109560R1101KC1130.01R1125.6KR10711KBG1028050J10112V振荡输出非线性电路实验指导书 - 4 -实验二 幅度调制与解调电路实验一、实验目的1）加深理解幅度调制与检波的原理。2）掌握用集成模拟乘法器构成调幅电路的方法。3）了解二极管包络检波的主要指标、检波效率及波形失真。二、实验预习要求实验前，预习相关教材的“幅度调制、解调与混频频谱线性

10、搬移电路”等有关章节内容。三、实验原理1、调幅与检波原理简述：调幅就是用低频调制信号去控制高频振荡（载波）的幅度，使高频振荡的振幅呈调制信号的规律变化；而检波则是从调幅波中取出低频信号。振幅调制信号按其不同频谱结构分为普通调幅（AM）信号，抑制载波的双边带调制（DSB）信号，抑制载波和一个边带的单边带调制信号。把调制信号和载波同时加到一个非线性元件上(例如晶体二极管和晶体三极管)，经过非线性变换电路，就可以产生新的频率成分，再利用一定带宽的谐振回路选出所需的频率成分就可实现调幅。2、集成四象限模拟乘法器 MC1496 简介：本器件的典型应用包括乘、除、平方、开方、倍频、调制、混频、检波、鉴相、

11、鉴频动态增益控制等。它有两个输入端 VX、V Y和一个输出端 VO。一个理想乘法器的输出为 VO=KVXVY，而实际上输出存在着各种误差，其输出的关系为：V O=K（V X +VXOS） （V Y+VYOS）+V ZOX。为了得到好的精度，必须消除 VXOS、V YOS与 VZOX三项失调电压。集成模拟乘法器 MC1496 是目前常用的平衡调制/解调器，内部电路含有 8 个有源晶体管。本实验箱在幅度调制，同步检波，混频电路三个基本实验项目中均采用 MC1496。MC1496 的内部原理图和管脚功能如图 5-1 所示：图 5-1、集成电路 MC1496 电路原理理图MC1496 各引脚功能如下：

12、1）SIG+ 信号输入正端 2）GADJ 增益调节端 3）GADJ 增益调节端 4）SIG- 信号输入负端 5）BIAS 偏置端 6）OUT+ 正电流输出端7）NC 空脚 8）CAR+ 载波信号输入正端 9）NC 空脚 10）CAR- 载波信号输入负端 11）NC 空脚 12）OUT- 负电流输出端13）NC 空脚 14）V- 负电源 987654321 62351 非线性电路实验指导书 - 5 -3、实际线路分析U501是幅度调制乘法器，音频信号和载波分别从 J501和 J502输入到乘法器的两个输入端， W501可控制调幅波的调制度，K502 断开时，可观察平衡调幅波，W 502为增益调节

13、电阻，R 509和 R504分别为乘法器的负载电阻，C 509对输出负端进行交流旁路。C 504为调幅波输出耦合电容，BG 501接成低阻抗输出的射级跟随器。U502是幅度解调乘法器，调幅波和载波分别从 J504和 J505输入，K 504和 K505可分别将两路输入对地短路，以便对乘法器进行输入失调调零。R 511、R 517、R 513和 C512作用与上图相同。D503是检波二极管，R 522和 C521、C 522滤去残余的高频分量，R 523和 R524是可调检波直流负载，C523、R 525、R 526是可调检波交流负载，改变 R524和 R526可试验负载对检波效率和波形的影响。

14、U 503对输入的调幅波进行幅度放大。四、实验仪器与设备TKGD 系列高频电子线路综合实验箱；高频信号发生器；双踪数字示波器；数字万用表。五、实验内容与步骤在实验箱上找到本次实验所用的单元电路，对照实验原理图熟悉元器件的位置和实际电路的布局，然后按下12V，12V 总电源开关 K1，K 3，函数信号发生实验单元电源开关 K700，本实验单元电源开关K500，与此相对应的发光二极管点亮。准备工作：幅度调制实验需要加音频信号 VL和高频信号 VH。调节函数信号发生器的输出为0.2VPP 、1.01.6KHz 的正弦波信号（实验箱内） ；调节高频信号发生器的输出为 0.4VPP 、100KHz 的正

15、弦波信号（实验箱外） 。（一）观测调幅波1、首先将 K501的 1-2、K503 的 1-2、K502 的 1-2 短接，熟悉构成的调幅实验电路。2、在乘法器的两个信号输入端，分别输入高、低频信号（即将高频信号接入载波输入口 J502或TP502，音频信号接入调制器的音频输入口 J501） 。3、用双踪示波器同时监视 TP501和 TP503的波形。在输出端观测调频波 VO，并记录 VO的幅度和调制度。4、此外，若将 K502的 2-3 短接时，可观测平衡调幅波 VO，记录 VO的幅度。（二）观测解调输出1、在保持调幅波输出的基础上，将调幅波和高频载波输入解调乘法器 U502，即分别连接 J5

16、03和J504，J 502和 J505，用双踪示波器分别监视音频输入和解调器的输出。2、在乘法器的两个输入端分别输入调幅波和载波。用示波器观测解调器的输出，记录其频率和幅度。若用平衡调幅波输入（K 5022-3 短接） ，再观察解调器的输出并记录之。（三）观测二极管解调输出1、短接 K506的 2-3，熟悉构成的二极管包络检波解调实验电路。2、将调幅波的输出（可选用函数信号发生器提供的调幅波 AM 信号：100KHz/400mVp-p）接至二极管检波电路的输入端。3、用示波器在 TP509处观察放大后的调幅波，在二极管检波后观察此处信号波形，在 TP510处观察解调输出信号 VO。各处波形图、

17、记录自拟。六、实验注意事项非线性电路实验指导书 - 6 -1、为了得到准确的结果，必须要认真、仔细地完成每一实验步骤。2、其它同前。七、思考与实验报告要求1、简单描述该实验用的幅度调制与解调电路的组成、主要器件的作用和电路工作原理；2、绘制出该“幅度调制”电路中输入的载波、低频调制两信号与输出的调幅波 AM 相关联的波形图；3、绘制出“二极管检波”解调电路中输入的 AM 信号与经二极管检波前后信号、电路输出信号相关联的波形图 ；4、解调后仅存低频信号，载频被如何消除呢？附：幅度调制与解调实验电路原理图D502LEDD501LEDC52310uC5031uC50110u123K503123K50

18、2123K506123K501R505820KR50751KR50851KR5036.8kR522510R5014.3KR50610KR5101KR5042KR52151KR5205.1kR5195.1kR5141KR502560R5092KR525560R5231.8KR52410K R526100KW5022.2KW5032.2KW5012.2KC5060.33uC5210.01uC5080.33uC5090.33uC5070.33uC5200.33uC5020.01uC5100.33uC5110.33uC5050.33uC5220.047uC5190.15uC5040.33uTP507T

19、P309TP503TP510J501J502J503J507SIG+1 SIG-42 3CAR+8 CAR-1014OUT+ 6OUT- 12BIAS 5VEEGADJGADJU501MC1496TP511TP508TP501TP502BG5012SC945123K505123K504R51551KR51651KR5126.8kR5181KR5132KR511560 R5172KW5042.2KW5052.2KC5140.33uC5160.33uC5180.33uC5050.33uC5120.33uTP506J504J505J506SIG+1 SIG-42 3CAR+8 CAR-1014OUT

20、+ 6OUT- 12BIAS 5VEEGADJGADJU502MC1496TP504TP505L50156uHL50356uHL50456uHL50256uH32 61 574U503MC1741 D5032AP9R5285.6KR5275.6KK500 -12V+12V非线性电路实验指导书 - 7 -实验三 非线性波形变换实验一、实验目的1、了解二极管限幅器的组成与工作原理。2、掌握用二极管限幅器实现非线性波形变换的原理与方法。3、熟悉将三角波变换成正弦波的方法。二、实验预习要求实验前，预习相关教材的“频率变换电路分析基础”等有关章节内容。三、实验原理说明1、二极管函数电路一个理想的二极管与

21、一个线性电阻串联组合后的伏安特性可视为一条折线，如图 3-1-1 所示。若再与一个电源串联，组成为二极管限幅器，它生成另一条新的折线，如图 3-1-2 所示。同理，用具有不同电导的二极管支路分别与不同的电源相串联，可生成各种不同的折线，如图 3-1-3 所示。如将多条这种电路并联组合一起，则可生成一条由多个折点组成的具有特定函数功能的电路，并可以以此来逼近某一特定的曲线，此即为二极管函数电路，如图 3-1-4 所示。图 3-1-1、二极管与电阻串联 图 3-1-2、二极管限幅器图 3-1-3、不同偏置电压下的二极管限幅器图 3-1-4、二极管函数电路实例及其伏安特性2、实际线路分析图 3-2

22、所示的电路,是一个由多个限幅器接在运放反馈支路中所构成的二极管函数电路。设置二极管0gIU10gIU1-+ -+ + E1E10gIU2E20gIU3E3 0gIU4E4U + + +g1 g2 g3 g4D1 D2 D3 D4+- 0EIU4 E3E1 E2非线性电路实验指导书 - 8 -D1D3和 D4D6的偏置电路参数，使分压电阻的阻值对应相等。在选定适当的阻值后，当输入一个三角波信号时，两组二极管将分别在正负半周的不同电压下导通，则在电路的输出端，可得到一个逼近于正弦波的折线组合。图 3-3 是图 3-2 所示电路的输出折线与输入三角波 1/4 周期的对应关系图，为使输出折线逼近于正弦

23、波，在输入三角波的 1/4 周期中，选定：当 Vim 为三角波的峰值时， t1t4 对应的输入电压值分别为：折线各段对应的斜率即传输系数的绝对值与电路参数的关系是：而折线转折点电压与电路参数的关系是： 图 3-2、二极管正弦函数变换电路式中 VD1、VD2 和 VD3 表示三条支路的二极管在不同的工作电路情况下，导通电压所出现的明显差异。 四、实验仪器设备 TKGD 系列高频电子线路综合实验箱；函数信号发生器；双踪数字示波器。数字万用表。五、实验内容与步骤 图 3-3、正弦波折线与三角波间的对应关系在实验箱上找到“非线性波形变换”实验单元后，接通实验箱电源，然后依次按下+12V 总电源开关)(

24、)(3333 2222 111DbaRbaObDbaRbaOVV1221221 /79.0| faiiof fif RVA 6 Fj 4 E 4 m , ,4*97 45 *1832 TttTtt ， imimi iii iii imimi VoVVoV65.0| | 1|78.0| .| 56| 280|.| 4433211， ， W 2 3 4 6 5 _+ 1322343 /8.0|5.| faafiiofiif 非线性电路实验指导书 - 9 -K1，-12V 总电源开关 K3，函数信号发生单元电源开关 K700及本实验单元电源开关 K300，指示电源的三个红色发光二极管和三个绿色发光二

25、极管点亮。1、准备工作：1）短接 K301、K 302、K 303、K 304、K 305、K 306的 1-2 接点，即断开电路中的六个 2AP9 二极管。2）将函数发生器的输出（J 701）接至本实验单元的输入端（J 301） ，并分别接至双踪示波器的两个输入端 CH1和 CH2。3）使函数信号发生器输出为三角波信号，并调节其输出频率为 1KHz 左右，输出幅度为最大（约20V） 。4）选择示波器两个接口 CH1和 CH2的幅度灵敏度为 0.2V/div，并将三角波调至满 8 格，双踪要求精确等幅（示波器探头衰减 10） 。2、进行三角波变换为正弦波的观测：将示波器的探头 CH1 和 CH

26、2 分别观测和 TP301和 TP302。以 8 格幅度为 1，逐次将 K301至 K303，K304 至K306的 2-3 短接，观测三角波变换成正弦波的全过程（六个折点）：六、实验注意事项测量信号幅度时，示波器两个输入通道的幅度细调旋钮必须置于测量状态，以保证双通道的精确度。七、预习思考题1、试述二极管的限幅作用原理与应用。2、若增大或减小输入三角波的 Vim，输出波形将有怎样的变化？3、若接通或断开第一个二极管支路，对其它二极管支路的正常工作有无影响？4、试根据二极管限幅作用的原理，试设计一个削波电路，将正弦波变为梯形波。八、实验报告要求根据测量数据绘出一个周期内三角波变化为正弦波的波形

27、图。附：非线性波形变换实验电路图 R3071.3KR3101.3KR3045.1KR31515KR31215KR3168KR30818KR3066.8KR30518KR3096.8KR3185.6KR3162.4KR31468KR3132.4KR3175.6KR3021.5KR3032.4K123K302123K303123K304123K305123K301123K306D3022AP9D3012AP9D3032AP9D3042AP9D3052AP9D3062AP9D308LEDD307LEDK30C30110u 32 61574U301MC1741+12V-12VR3014.7KJ301T

28、P302TP301J302C3020.1uC3030.1u非线性电路实验指导书 - 10 -实验四 变容二极管调频器与相位鉴频器实验一、实验目的1、了解变容二极管调频器的电路结构与电路工作原理。2、掌握调频器的调制特性及其测量方法。3、观察寄生调幅现象，了解其产生的原因及其消除方法。二、实验预习要求实验前，预习相关教材中的“角度调制与解调电路” （非线性频率变换电路等）有关章节的内容。三、实验原理1、变容二极管直接调频电路变容二极管实际上是一个电压控制的可变电容元件。当外加反向偏置电压变化时，变容二极管 PN 结的结电容会随之改变，其变化规律如图 4-1 所示。变容二极管的结电容 Cj 与电容

29、二极管两端所 加的反向偏置电压之间的关系可以用下式来表示：（硅管约 0.7V，锗管约为 0.20.3V） ；Co 为未加外电压时的耗尽层电容值；u 为变容二极管两端所加的反向偏置电压； 为变容二极管结电容变化指数，它与 PN 结渗杂情况有关，通常 =1/21/3。采用特殊工艺制成的变容二极管 值可达 15。直接调频的基本原理是用调制信号直接控制振荡回路的参数，使振荡器的输出频率随调制信号的变化规律呈线性改变，以生成调频信号的目的。若载波信号是由 LC 自激振荡器产生，则振荡频率主要由振荡回路的电感和电容元件决定。因而，只要用调制信号去控制振荡回路的电感和电容，就能达到控制振荡频率的目的。若在

30、LC 振荡回路上并联一个变容二极管，如图 4-2 所示，并用调制信号电压来控制变容二极管的电容值，则振荡器的输出频率将随调制信号的变化而改变，从而实现了直接调频的目的。 图 4-2、直接调频示意图2、电容耦合双调谐回路相位鉴频器)|1(UuCoj0CuCoj u 1-4 , j曲 线变 容 二 极 管 的图结 的 势 垒 电 位 差为式 中 PN非线性电路实验指导书 - 11 -相位鉴频器的组成方框图如 4-3 示。图中的线性移相网络就是频相变换网络，它将输入调频信号 u1 的瞬时频率变化转换为相位变化的信号 u2，然后与原输入的调频信号一起加到相位检波器，检出反映频率变化的相位变化，从而实现

31、了鉴频的目的。图 4-4 的耦合回路相位鉴频器是常用的一种鉴频器。这种鉴频器的相位检波器部分是由两个包络检波器组成线性移相网络，网络采用耦合回路。为了扩大线性鉴频的范围，这种相位鉴频器通常都接成平衡和差动输出。 图 4-4、耦合回路相位鉴频器图 4-5（a）是电容耦合的双调谐回路相位鉴频器的电路原理图，它是由调频调相变换器和相位检波器两部分所组成。调频调相变换器实质上是一个电容耦合双调谐回路谐振放大器，耦合回路初级信号通过电容 Cc 耦合到次级线圈的中心抽头上，L1C1 为初级调谐回路，L2C2 为次级调谐回路，初、次级回路均调谐在输入调频波的中心频率 fc 上，二极管 D1、D2 和电阻 R

32、1、R 2分别构成两个对称的包络检波器。鉴频器输出电压 u 由 C5两端取出，C5 对高频短路而对低频开路，再考虑到 L2、C2 对低频分量的短路作用，因而鉴频器的输出电压 uo等于两个检波器负载电阻上电压的变化之差。电阻 R3对输入信号频率呈现高阻抗，并为二极管提供直流通路。图（a）中初次级回路之间仅通过 Cp 与 Cm 进行耦合，只要改变Cp 和 Cm 的大小就可调节耦合的松紧程度。由于 Cp 的容量远大于 Cm，Cp 对高频可视为短路。基于上述，耦合回路部分的交流等效电路如图 4-5（b）所示。初级电压 u1 经 Cm 耦合，在次级回路产生电压 u2，经L2中心抽头分成两个相等的电压 ，

33、由图可见，加到两个二极管上的信号电压分别为：u D1=21和1u(a) （b）图 4-5、电容耦合双调谐回路相位鉴频器uD2= ，随着输入信号频率的变化。u 1和 u2之间的相位也发生相应的变化，从而使它们的合成电21压发生变化，由此可将调频波变成调幅调频波，最后由包络检波器检出调制信号。3、实际线路分析电路原理理图上半部分为变容二极管调频器，下半部分为相位鉴频器。BG 401为电容三点式振荡器，产生 6.5MHz 的载波信号。变容二极管 D401和 C403构成振荡回路电容的一部分，直流偏置电压通过R427、W 401、R 403和 L401加至变容二极管 D401的负端，C 402为变容二

34、极管的交流通路，R 402为变容二极管的直流通路，L 401和 R403组成隔离支路，防止载波信号通过电源和低频回路短路。低频信号从输入端 J401输入，通过变容二极管 D401实现直接调频，C 401为耦合电容，BG 402对调制波进行放大，通过 W402控制调制波的幅度，BG 403为射级跟随器，以减小负载对调频电路的影响。从输出端 J402或 TP402输出 6.5MHz 调制波，通 u1L L CDDRC L CDD+_ R3+-u1 C1uo1222 511 2+-u22+-u22m2212u1+-+- 522u u o2 非线性电路实验指导书 - 12 -过隔离电容 C413接至频

35、率计；用示波器接在 TP402处观测输出波形，目的是减小对输出波形的影响。J 403为相位鉴频器调制波的输入端，C 414提供合适的容性负载；BG 404和 BG405接成共集共基电路，以提高输入阻抗和展宽频带，R 418、R 419提供公用偏置电压，C 422用以改善输出波形。BG 405集电极负载以及之后的电路在原理分析中都已阐明，这里不再重复。四、实验仪器设备TKGD 系列高频电子线路踪合实验箱；双踪数字示波器；数字万用表。五、实验内容与步骤在实验箱上找到本次实验所用的单元电路，接通实验箱的电源，并按下+12V 总电源开关 K1，-12V 总电源开关 K3，函数信号发生实验单元的电源开关

36、 K700和本单元电源开关 K400，相对应的三个红色发光二极管和三个绿色二极管点亮。（一）调频器输出波形的测量1、将 K401的 1-2 接点短接（C404 100PF 电容不并接） ，此时变容二极管 D401的负极对地电压约为+2V，并用示波器观测调频器输出端 TP402的自由振荡波形，频率，其振荡幅度参数。2、将 K401的 2-3 接点短接（C404 100PF 电容并接入） ，用示波器观测其输出端 TP402的自由振荡波形参数。（二）变容二极管调频器的测量在调频器电路输入端 J401或 TP401接入低频调制信号（由实验箱内的“函数信号发生器”提供，频率约为 11.6KHz，幅度为

37、2Vp-p） ，用示波器观测其调频器输出端 TP402的 FM 调频波形参数。（三）相位鉴频器的解调功能测量利用“合成函数信号发生器”输出的 FM 调频信号（幅度为 0.4 VP-P，载波频率为 5.56.5MHz，频偏最大） ，接入鉴相器电路的输入端 J403或 TP403；用示波器在其电路输出端 TP404测量解调信号。波形： 波 频率： K 幅度： V P-P。 六、实验注意事项1、实验时必须认真操作使用“合成函数信号发生器” 。2、实验时必须对照实验原理线路图，要与实验板上的实际元器件一一对应。七、预习思考题1、变容二极管有何特性？有何应用？2、电容耦合双调谐回路是如何实现鉴频的？3、

38、相位鉴频器的频率特性为什么会是一条以载波频率为中心的 S 曲线？试从原理上加以分析。八、实验报告要求1、理解该变容二极管调频器与鉴相器实验电路的组成、主要器件的作用和电路工作原理；2、绘制出该“频率调制”电路中的载波、输入的低频调制两信号与输出 FM 调频波相关联的波形图；3、绘制出输入的 FM 调频信号与经“鉴相器”电路输出的还原低频信号相关联的波形图，以及低频信号波形参数；4、本调频电路的载频如何产生的？附：变容二极管调频器及相位鉴相器实验电路图C4010.47uC407470PC4080.01uC4100.01uC4080.01uC4310.1u C4160.1uC4120.01uC41

39、0.01uC40351PC4180.1uC4200.1uC40510P C40620PC4020.01uC4230.1uC4210.01uC40410PR407560R40310KR4103KR4127R4121K R4151KR41415KR41351KR40851K R425.6KR41851kR40510KR40915KR4021K R4065.1KR4271.8KR40110R40447KW4024.7KW4014.7KK40D4032AP9L40310uH L40410uHL402L40110uHL406J401J403J402C41710uC41910uC41510u+C4283-

40、15P+C4293-15P+C4263-15PD4012C10123K401BG4013D6BBG4043D6BBG4033D6BBG4023D6BBG4053D6B D4042AP9TP403TP402TP404TP401D402LED+12vR42010R42130R42810 R42651KR42320KR42551KR41915kR422KR4242KR42710C42410uC4310uC42539PC425.1PC4320.01uC42720PC4340.1uC43039PC43139PT401L40556uHC41382PC41420P非线性电路实验指导书 - 13 -实验五 数

41、字锁相环实验一、实验目的1、了解压控振荡器及其构成数字锁相环的电路原理。2、掌握由集成锁相环电路的同步保护范围和同步引入范围的工作原理和实践含义。二、实验预习要求实验前预习相关教材中“反馈控制电路”等有关章节的内容。三、实验原理本实验选用 LM4046 数字集成锁相环（PLL）来实现锁相环电路功能。锁相环的内部电路主要由鉴相器和压控振荡器 VCO 两部分组成。锁相环 LM4046 集成电路逻辑图与引出端功能图示于实际报告后的附录中。详细内容可参考有关课程的相关内容。以图 5-1 所示的 4046 锁相环电路为例作简要说明。图中，PD 为相位比较器（鉴相器） ；VCO 为压控振荡器；C1、R 1

42、、R 2决定自由振荡频率 f0；R3、C 3为低通滤波器； 14 端为高频输入端，要求输入方波信号；4 端为 VCO 输出端。1、自由振荡频率 f0测量用示波器观测 4 端的波形应为方波，测量其周期即可换算出自由振荡频率 f0。 2、锁定的判断 5-1、锁相环典型电路在 14 端输入方波信号，观察 2 端的波形，如已锁定，可得一个稳定的矩形脉冲；若 14 端输入信号频率与压控振荡器的振荡频率相等，则 2 端将呈现两倍频的稳定方波信号。3、同步带和捕捉带的测量14 端输入一个方波（或正弦）信号，变化输入信号频率从中心频率 f0（VCO 自由振荡频率）附近逐渐上升，至 4 端或 2 端输出方波出现

43、不稳定时，即环路失锁时，测出此时的失锁频率 fH2。改变 14 端输入信号频率，由 fH2 下降至 4 或 2 端输出方波再次稳定时，测其频率 fH2。改变 14 端输入信号频率，由 fO 下降至 4 或 2 端输出方波出现不稳定时，测其失锁频率 fL1。改变 14 端输入信号频率，由 fL1 上升至 4 或 2 端输出方波又重新出现稳定时，测其频率 fL1。由以上测试可计算得： 同步带为：fH2fL1捕捉带为：fH2fL1 4、实验线路分析 7649O 1 f fo f f非线性电路实验指导书 - 14 -基本线路在前面已分析清楚。这里需要进一步说明的是 K601可短路外载波，以便测量压控振

44、荡器的自由振荡的频率。K 602可短路外加音频信号，以便测量压控振荡器的同步带和捕捉带。由于是环路锁相，改变滤波器时间常数可改变 VCO 自由振荡的频率。因此，调节 R611或 R615，可改变 VCO 自由振荡频率。当改变 VCO 的 C602、C 606、R 612、R 613、R 617、R 618可在较大范围内改变输出频率。四、实验仪器与设备 TKGD 系列高频电子线路综合实验箱；高频信号发生器；双踪数字示波器；数字万用表。五、实验内容与步骤1、锁定的判断将函数信号发生器输出的方波信号（幅度为 3.5VP-P，频率为锁相环的自振频率）加到载波输入端（J 601） ，用双踪示波器同时观测

45、锁相环 14 脚和 4 脚的波形。若波形稳定则表示锁定。改变函数信号发生器的输出信号频率，可发现在较大范围内锁相环均能锁定。观察 TP602和 TP603的波形，并记录。2、测量同步保持范围（同步带）令载波输入端的方波输入信号从自由振荡频率开始缓慢下调，直至双踪波形失步抖动（不锁定） ，测得此时的载波输入信号频率 f1。令载波输入端的方波输入信号从自由振荡频率开始缓慢向上调，直至双踪波形失步抖动（不锁定） ，测得此时的输入信号频率 f2，即可算得同步保持范围（同步带）f 2-f1。3、同步引入范围（捕捉带）令载波输入端的方波输入信号频率从 f1以下缓慢向上调，直至双踪波形同步（锁定） ，测得此时的载波输入信号频率 f3。令载波输入端的方波输入信号频率从 f2以上缓慢向下调，直至双踪波形同步（锁定） ，测得此时的载波输入信号频率 f4，即可算得同步引入范围（捕捉带）f 4-f3。六、实验注意事项观察双踪波形锁定时，应保持同