1、变容二极管调频器与相位鉴频器实验实验学时:2实验类型：验证实验要求：必修一、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.观察寄生调幅现象和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“电子线路非线性部分”第 5章：角度调制与解调电路；“高频电子线路”第八章：角度调制与解调；“高频电子技术”第 9章：角度调制与解调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 3-1所示。图 3-
2、1变化规律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。 0CuCoj若在 LC振荡回路上并联一个变容二极管，如图 3-2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。 2.电容耦合双调谐回路相位鉴频器：相位鉴频器的组成方框图如 3-3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
3、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，从而实现了鉴频的目的。图 3-4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 3-4 耦合回路相位鉴频器图 3-5（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 Cp耦合到次级线圈的中心抽头上，L1C1 为
4、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 R1、R 2分别构成两个对称的包络检波器。鉴频器输出电压 uo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 对高频图 3-2 直接调频示意图图 3-3 相位鉴频器的组
5、成框图 u1 u o2 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 ，1由图可见，加到两个二极管上的信号电压分别为：u D1= 和 uD2= ，2121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压发生变化，由 j 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。(a) （b）图 3-5 电容耦合双调谐回路相位鉴频器3、实际线路分析：电路原理图如图 3-6所示，图中的上半部分为变容二极管调频器，下半部分为相位鉴频器。BG 40
6、1为电容三点式振荡器，产生 10MHz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10MHz调制
7、波，通过隔离电容 C413接至频率计；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；BG404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THCGP-1型高频电子线路综合实验箱；扫频仪；双踪示波器；L L CDDRCLCDD+_ R3+-u1 C1uo1222 5112+-u22+-u22m2212u1+-+-522u繁用表。图 3-6
8、变容二极管调频器与相位鉴频器实验电原理图五、实验内容与步骤把本实验模块插到实验箱中，对照本实验原理图熟悉元器件的位置和实际电路的布局，然后按下电源开关 S1，此相对应的发光二极管点亮。（一）振荡器输出的调整1.将切换开关 K2的 1-2（下边两点）接点短接，调整电位器 RW1使变容二极管 D1的负极对地电压为+2V，并观测振荡器输出端的振荡波形与频率。2.调整线圈 T1的磁芯和可调电阻 RW2，使 R8两端电压为 2.50.05V（用直流电压表测量） ，使振荡器的输出频率为 100.02MHz。3.调整电位器 RW3，使输出振荡幅度为 1.6 V P-P。（二）变容二极管静态调制特性的测量输入
9、端 J1无信号输入时，改变变容二极管的直流偏置电压，调整 RW1使反偏电压 Ed在 0-5.5V范围内变化，分两种情况测量输出频率，并填入下表。Ed（V） 0 0.51 1.52 2.53 3.54 4.55 5.5不并C404f0MHz并 C404（三）相位鉴频器鉴频特性的测试1.相位鉴频器的调整：C4010.47uC407470PC4080.01uC4100.01uC4080.01uC4310.1u C4160.1uC4120.01uC4110.01uC40351PC4180.1uC4200.1uC40551P C406100PC4020.01uC4230.1uC4210.01uC4045
10、1PR407560R403100K R4103KR41127R4121K R4151KR41415KR41351KR40851K R4225.6KR41851kR40510KR40915KR4021K R4065.1KR4271.8KR401100R40447KW4024.7KW4014.7KK400D4032AP9J401J403J402C41710uC41910u C41510u+C4283-15P+C4293-15P+C4263-15PD4012C10123K401 BG4013DG6BBG4043DG6BBG4033DG6BBG4023DG6BBG4053DG6BD4042AP9TP4
11、03TP402TP405TP401D402LEDR420100R421330 R428100R42651KR42320KR42551KR41915kR42222KR42422KR427100C42410uC43310uC42520PC4225.1PC4320.01uC4272200PC4340.1uC43020PC43120PC41382PC41420PR41610K123K402L401100uHL403100uHT401-1L404100uHL40556uHL402+12VL406-1TP404扫频输出探头接 TP4， Y 输入用开路探头接 TP6，使用内频标观察和调整 10MHz 鉴频
12、S 曲线，可调器件为 L406，T 401，C 426，C 428，C 429 五个元件。其主要作用为：C29 调中心 10MHz至 X轴线。C28 调上下波形对称。C30 调中心 10MHz附近的的线性。2.鉴频特性的测试：使载波发生器模块输出载波频率 10MHz, 幅度 0.4 VP-P，接入输入端 TP4，用直流电压表测量输出端 TP6对地电压（若不为零，可略微调 T3和 C29，使其为零） ，然后在9.0MHz-11MHz范围内，以相距 0.2MHz的点频，测得相应的直流输出电压，并填入下表。f(MHz)9.0 9.2 9.4 9.6 9.8 10 10.210.410.610.811
13、V0(mV)绘制 f-VO 曲线，并按最小误差画出鉴频特性的直线（用虚线表示） 。 （三）变容二极管动态调制特性的测量在变容二极管调频器的输入端 J1接入 1K的音频调制信号 Vi。将 K2的 1-2短接(下面两点)，令 Ed=2V，连接 J2和 J3。用双踪示波器同时观察调制信号与解调信号，改变 Vi的幅度 ，测量输出信号，结果填入下表。Vi(VP-P) 0 0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.6V0(VP-P)六、实验注意事项1.实验前必须认真阅读扫频仪的使用方法。2.实验时必须对照实验原理线路图进行，要与实验板上的实际元器件一一对应。3.其它同前。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.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1.在同一座标纸上画出两根变容二极管的静态调制特性曲线，并求出其调制灵敏度S，说明曲线斜率受哪些因素的影响。2.根据实验数据绘制相位鉴频器的鉴频特性 fV O曲线。3.根据实验数据绘制相位鉴频器的动态调制特性曲线 VOV I和 VOf，并分析输出波形产生畸变的原因。4.根据实验步骤(四)的测量结果，并结合相频特性测试所得的 S曲线，求出变容二极管输出调频波的频偏f。
