2019年變容二極管調頻器與相位鑒頻器實驗

1、變容二極管調頻器與相位鑒頻器實驗實驗學時：2實驗類型：驗證實驗要求：必修一、實驗目的. 了解變容二極管調頻器的電路結構與電路工作原理.掌握調頻器的調制特性及其測量方法.觀察寄生調幅現(xiàn)象和了解其產生的原因及其消除方法二、實驗預習要求實驗前，預習“電子線路非線性部分” 第5章：角度調制與解調電路；“高頻電子線路” 第八章：角度調制與解調；“高頻電子技術”第 9章：角度調制與解調一非線性頻率變換電 路等有關章節(jié)的內容。三、實驗原理.變容二極管直接調頻電路：變容二極管實際上是一個電壓控制的可變電容元件。當外加反向偏置電壓變化時，變容ACj二極管PN結的結電容會隨之改變，其變化規(guī)律如圖3-1所示。u圖3

2、-1變化規(guī)律直接調頻的基本原理是用調制信號直接控制振蕩回路的參數(shù)，使振蕩器的輸出頻率隨調制信號的變化規(guī)律呈線性改變，以生成調頻信號的目的。若載波信號是由LC自激振蕩器產生，則振蕩頻率主要由振蕩回路的電感和電容元件決定。因而，只要用調制信號去控制振蕩回路的電感和電容，就能達到控制振蕩頻率的目的。圖3-2直接調頻示意圖若在LC振蕩回路上并聯(lián)一個變容二極管，如圖 3-2所示，并用調制信號電壓來控制變容二極管的電容值，則振蕩器的輸出頻率將隨調制信號的變化而改變,從而實現(xiàn)了直接調頻的目的。2.電容耦合雙調諧回路相位鑒頻器:相位鑒頻器的組成方框圖如3-3示。圖中的線性移相網(wǎng)絡就是頻一相變換網(wǎng)絡，它將輸入調

3、頻信號u1的瞬時頻率變化轉換斗!? D ? ? ? ?產4? ? ? 2 ? luoA圖3-3相位鑒頻器的組成框圖為相位變化的信號 u2,然后與原輸入的調頻信號一起加到相位檢波器，檢出反映頻率變化的相位變化，從而實現(xiàn)了鑒頻的目的。圖3-4的耦合回路相位鑒頻器是常用的一種鑒頻器。這種鑒頻器的相位檢波器部分是由兩個包絡檢波器組成，線性移相網(wǎng)絡采用耦合回路。為了擴大線性鑒頻的范圍，這種相位 鑒頻器通常都接成平衡和差動輸出。Uo圖3-4 耦合回路相位鑒頻器圖3-5 (a)是電容耦合的雙調諧回路相位鑒頻器的電路原理圖，它是由調頻一調相變 換器和相位檢波器兩部分所組成。調頻一調相變換器實質上是一個電容耦合

4、雙調諧回路諧振 放大器，耦合回路初級信號通過電容Cp耦合到次級線圈的中心抽頭上，L1C1為初級調諧回路，L2c2為次級調諧回路，初、次級回路均調諧在輸入調頻波的中心頻率fc上，二極管D1、D2和電阻R、R2分別構成兩個對稱的包絡檢波器。鑒頻器輸出電壓Uo由Q兩端取出，C5對高頻短路而對低頻開路，再考慮到L2、C2對低頻分量的短路作用，因而鑒頻器的輸出電壓Uo等于兩個檢波器負載電阻上電壓的變化之差。電阻R對輸入信號頻率呈現(xiàn)高阻抗，并為二極管提供直流通路。圖(a)中初次級回路之間僅通過Cp與Cm進行耦合，只要改變 Cp和Cm的大小就可調節(jié)耦合的松緊程度。由于Cp的容量遠大于Cm Cp對高頻可視為短

5、路。基于上述，耦合回路部分的交流等效電路如圖4-5 (b)所示。初級電壓 u1經CmW合，在次級回路產生電壓 U2,經L2中心抽頭分成兩個相等的電壓1u2,2由圖可見，加到兩個二極管上的信號電壓分別為：UD1=U1 +1u2和UD2= u1 -u2,22隨著輸入信號頻率的變化。U1和U2之間的相位也發(fā)生相應的變化，從而使 它們的合成電壓發(fā)生變化，由j此可將調頻波變成調幅一調頻波，最后由包絡檢 波器檢出調制信號。CpR3(a)(b)圖3-5 電容耦合雙調諧回路相位鑒頻器3 、實際線路分析：電路原理圖如圖3-6所示，圖中的上半部分為變容二極管調頻器，下半部分為相位鑒頻器。BGoi為電容三點式振蕩器

6、，產生10MHz的載波信號。變容二極管Doi和C403構成振蕩回路電容的一部分，直流偏置電壓通過7、W0l、R03和L401加至變容二極管。01的負端，C402為變容二極管的交流通路，R02為變容二極管的直流通路，L401和R403組成隔離支路，防止載波信號通過電源和低頻回路短路。低頻信號從輸入端J401輸入，通過變容二極管口01實現(xiàn)直接調頻，。1為耦合電容，BG02對調制波進行放大，通過W02控制調制波的幅度，BG03為射級跟隨器，以減小負載對調頻電路的影響。從輸出端J402或TR02輸出10MHz調制波，通過隔離電容。13接至頻率計；用示波器接在TP402處觀測輸出波形，目的是減小對輸出波

7、形的影響。J403為相位鑒頻器調制波的輸入端，C414提供合適的容性負載；BG04和BG05接成共集一共基電路，以提高輸入阻抗和展寬頻帶，R18、R19提供公用偏置電壓，。22用以改善輸出波形。BG05集電極負載以及之后的電路在原理分析中都已闡明，這里不再重復。 四、實驗儀器設備THCGP-1型高頻電子線路綜合實驗箱；掃頻儀；雙蹤示波器；繁用表。J401oR416 10KK402401 .7KC420 |C419 0.1u - 10uR403100KTP401VC4010.47uR401100TP403 R418C42251k 5.1PJ403o-C4210.01u+C414R420100R4

8、271.8K4K401 L402R40447KR40510KC40451P 4=L401D401100uH2CC10C4020.01u=r-R402 1K3DG6BBG404C4180.1uL403100uHC417 10uR40851KC40351PC405 51PR4065.1KC4263-15P20P-R41915k)iC423:p.1u =L404100uH一C431-0.1uC416 0.1u IC415+ 12VK400BG401 一3DG6B-I- -C406100P,C407470PC4080.01uR407560R40915KL406-1 i+ C425r -L-20PTR4

9、2222K3DG6BBG405TP404C42410uTR421330R4103KBG402 3DG6BC410 0.01uTil-W4024.7KR413 i 51KC4110.01uR41127R4121KC40801uR41415K_LR42210U5.6K |D402 LED- -iBG403T 3DG6B -f(C4120.01uTP402用J402RK182P =L405 , 56uHLJC427 2200PC4283-15P-R423 20KR42422K+ C430： 三20PT401-1D403 R427 2AP9100-M-=R42551KTP405C434C4330.1叮

10、 10u-TC4293-15P+ C431二： w =20PD4042AP9升R428100-CZ3-C432 0.01u= R426 51K圖3-6變容二極管調頻器與相位鑒頻器實驗電原理圖五、實驗內容與步驟把本實驗模塊插到實驗箱中，對照本實驗原理圖熟悉元器件的位置和實際電路的布局, 然后按下電源開關 S1,此相對應的發(fā)光二極管點亮。RW1使變容二極管D的負（一）振蕩器輸出的調整.將切換開關K2的1-2 （下邊兩點）接點短接，調整電位器極對地電壓為+2V,并觀測振蕩器輸出端的振蕩波形與頻率。.調整線圈T1的磁芯和可調電阻 RW2使R8兩端電壓為2.5 0.05V （用直流電壓表測 量），使振蕩

11、器的輸出頻率為 10 0.02MHz。.調整電位器RW3使輸出振蕩幅度為1.6 V p-p。RW1使反偏電壓 Ed（二）變容二極管靜態(tài)調制特性的測量輸入端J1無信號輸入時，改變變容二極管的直流偏置電壓，調整 在0-5.5V范圍內變化，分兩種情況測量輸出頻率，并填入下表。Ed(V)00.511.522.533.544.555.5f 0不并Ci04MHz并C04（三）相位鑒頻器鑒頻特性的測試.相位鑒頻器的調整：掃頻輸出探頭接TP4, 丫輸入用開路探頭接 TP6,使用內頻標觀察和調整10MHz頻S曲線，可調器件為1-406 , T401 , C426 , C428, C429五個兀件。其主要作用為：

12、C29調中心10MH笄X軸線。C28調上下波形對稱。C30 調中心10MHz附近的的線性。.鑒頻特性的測試：使載波發(fā)生器模塊輸出載波頻率10MHz,幅度0.4 V p-p,接入輸入端 TP4,用直流電壓表測量輸出端TP6對地電壓（若不為零，可略微調T3和C29,使其為零），然后在9.0MHz-11MHz范圍內，以相距0.2MHz的點頻，測得相應的直流輸出電壓，并填入下表。f(MHz )9.09.29.49.69.81010.210.410.610.811V)(mV)繪制f-Vo曲線，并按最小誤差畫出鑒頻特性的直線（用虛線表示）（三）變容二極管動態(tài)調制特性的測量在變容二極管調頻器的輸入端J1接入1K的音頻調制信號 V。將&的1-2短接（下面兩點），令Ed=2V,連接J2和J3。用雙蹤示波器同時觀察調制信號與解調信號，改變 V的幅 度，測量輸出信號，結果填入下表。V (Vp-p)00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.6M(Vp-p)六、實驗注意事項.實驗前必須認真閱讀掃頻儀的使用方法。.實驗時必須對照實驗原理線路圖進行，要與實驗板上的實際元器件一一對應。.其它同前。 七、預習思考題.變容二極管有何特性？有何應用？.電容耦合雙調諧回路是如何實現(xiàn)鑒頻的？.相位鑒頻器的頻率特性為什么會是一條以載