高频电容耦合相位鉴频器.docx

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高频电容耦合相位鉴频器
高频电容耦合相位鉴频器
合用标准
实验九电容耦合相位鉴频器实验
121180166赵琛

进一步学****掌握频率解调相关理论。
认识电容耦合相位鉴频器的工作原理。
测量鉴频曲线(S形曲线的测试方法)。
二、实验使用仪器


FLUKE万用表
高频信号源
三、实验基根源理与电路
实验基根源理
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,因此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。这种种类是先经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,尔后用振幅检波器进行振幅检波。第二类是相移乘法鉴频型。这种种类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,尔后将调相调频波与原调频波进行相位比较,经过低通滤波器取出解调信号。由于相位比较器平时用乘法器组成,因此称为相移乘法鉴频。第三类是脉冲均值型。这种种类是把调频信号经过过零比较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,尔后经过低通滤波器
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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。依照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、比率鉴频器、脉冲计数式鉴频器、锁相鉴频器等。
压电陶瓷鉴频器是一种拥有移相鉴频特点的的滤波元件,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-频率特点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变换为两个电压之间的相位变化,再将这相位变化变换为对应的幅度变化,尔后利用幅度检波器检出幅度的变化。图9-1是频率电压变换原理图。
U2(ω=ω0)
(ω<ω0)(ω>ω0)
(a)
.
.
.
.
.
U2
.
U2
U
.
2
.
2
2
2
U1
U1
.
.
U
.
.
2
U2
.
.
2
2
2
U
2
(b)(ω=ω0)
(c)
(ω>ω0)
(d)
(ω<ω0)
图9-1频率电压变换原理图
鉴频器的主要参数:
1)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,其比率系数称为
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f之间的关系曲线,
称为鉴频特点曲线。它的中部凑近直线部分的斜率即为鉴频跨导。它代表每单位
高频电容耦合相位鉴频器
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高频电容耦合相位鉴频器
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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)鉴频矫捷度
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
从上图的鉴频特点曲线中可以看出,只有特点曲线中间一部分的线性度较
好,我们称2fm为频带宽度。一般,要求2fm大于输入调频波频偏的两倍,并
留有必然的余量。
(4)对寄生调幅应有必然的控制能力。
图9-3鉴频特点曲线
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。
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R5
电容耦合相位鉴频
K+12
C7
C8
R8
RW1
TP4
OUT
L1
C4
D3
LED1
TP1
CV1
C2
R2
TP2
TP3
CV2
L2
R6
INT
C6
R1
C1
T
R7
C5
D4
D1
D2
R3
R4
CV3
C3
A7-0808
图9-4电容耦合相位鉴频器实验电路
电路原理:
相位鉴频器由频相变换电路和鉴相器两部分组成。输入的调频信号经正、反
向并联二极管D1、D2限幅此后,加到放大器T的基极上。放大管的负载是频相
变换电路,该电路是经过电容C4,C5耦合的双调谐回路。初级和次级都调谐在
。初级回路电压U1直接加到次级回路中的串通电容C4、
C5的中心点上,作为鉴相器的参照电压;同时,
U1又经电容C4,C5耦合到次
级回路,作为鉴相器的输入电压,即加在
L2两端用U2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,则加在电容CV2两端的电压近似为
U2/2,因此加在
二极管D3两端的电压为UD3=U1U2
/2,加在二极管D4
两端的电压为
UD4=U1-U2/2,要注意的是,电压U1,U2均为矢量,U2是初级回路经过电容
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U1,U2的幅度不变,但是随着输
入调频信号瞬时频率的变化,U1,U2之间的相位差在不断发生变化。(U2表达
式的详尽推导可参照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的检波电路完好对称,两个检波电路的电压传输系数完好相等,检波后的输出信号为两个检波电路的输出电压差。即U0UD3UD4
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当瞬时频率f
f0时,U2比U1滞后90°,但|UD3|=|UD4|,这时,鉴
频器输出为零。当f
f0时,U2滞后于U1的相角小于90°,|UD3|>|UD4|,
鉴频器的输出大于零。当f
f0时,U2滞后于U1的相角大于90°,
|UD3|<|UD4|,鉴频器的输出小于零。相位鉴频器鉴频特点的线性较好,鉴频矫捷度也较高。
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。
调频-鉴频过程观察
用示波器观察调频器输入、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(示波器监察),,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,若是波形不好,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较。
1).观察当在变容二极管调频器模块上增大调制信号幅度,则鉴频器输出信
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,则鉴频器输出信
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/V
1
2
3
4
5
输出信号幅度/V
高频电容耦合相位鉴频器
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第二组:反偏电压
6V,频率1KHz
调制电压幅度/V
1
2
3
4
5
输出信号幅度/V
第三组:反偏电压
10V,频率1KHz
调制电压幅度/V
1
2
3
4
5
输出信号幅度/V
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/KHz
1
2
3
4
5
输出信号幅度/V
第二组:反偏电压
6V,信号幅度2V
调制电压频率/KHz
1
2
3
4
5
输出信号幅度/V
第三组:反偏电压
10V,信号幅度2V
调制电压频率/KHz
1
2
3
4
5
输出信号幅度/V
数据解析:
若是调制电压幅度越大,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,且两者基本成线性关系。这吻合理论。在不相同反偏电压情况下,这点都获取了考据。
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的减小直接以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由于在6V的时候,在失真和矫捷度之间相对有一个最
合适的值,从而能获取最好的波形。2在调治完反偏电压此后每次都需要重新对
鉴频器进行调治,每次不相同的调治都会使得幅度有必然变化,因此幅值和反偏电
压没有明确的关系。
高频电容耦合相位鉴频器
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(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,观察鉴频特点曲线(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,
此时鉴频的矫捷度、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
,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,依照此方法记录
20个点,尔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,依照
此方法记录20个点。尔后绘制S形曲线。
解析:以以下图我们可以看到,是一条比较优异的S型曲线,并且和以下图用扫频功能显示的鉴频特点基真吻合,说明实验较为成功。
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扫频产生的s型曲线
对于扫频曲线,,11..4MHz为结束频率,时间10ms,获取以以下图图像。从图像中我们可以清楚地看到,——。这也说明s型曲线其实不是在非线性段完好对称。这也考据了我在实质测量中获取结果,在频率大于中心频率处线性度相对更好。
实验感想:
本次试验主要考据了相位鉴频器的特点。第一考据了不相同参数下鉴频器的特点,即在不相同反偏电压、不相同调制信号幅度和不相同频率下鉴频器的性能。从中我们可以考据出理论课上学过的东西。此后我对于s型曲线进行了考据。这也是我第一次使用信号源的扫频功能。从s型曲线我也注意到,不不过是在中间一段是近似直线,而在非线性的部分是其实不是对称的。
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