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 1.了解變容二極管調頻器的電路結構與電路工作原理 2.掌握調頻器的調制特性及其測量方法 3.觀察寄生調幅現(xiàn)象和了解其產(chǎn)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：角度調制與解調非線性頻率變換電路等有關章節(jié)的內容。三、實驗原理 1.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。圖3-1

2、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(chǎn)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：圖3-3 相位鑒頻器的組成框圖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

3、就是頻相變換網(wǎng)絡，它將輸入調頻信號u1 的瞬時頻率變化轉換為相位變化的信號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。 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，它是由調頻調相變換器和相位檢波器兩部分所組成。調頻調相變換器實質上是一個電容耦合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

4、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R1、R2分別構成兩個對稱的包絡檢波器。鑒頻器輸出電壓uo由C5兩端取出，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R3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

5、級電壓u1經(jīng)Cm耦合，在次級回路產(chǎn)生電壓u2，經(jīng)L2中心抽頭分成兩個相等的電壓 ，由圖可見，加到兩個二極管上的信號電壓分別為：uD1=和uD2= ，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調頻波，最后由包絡檢波器檢出調制信號。 (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。BG401為電容三點式振蕩器，產(chǎn)生10MHz的載波信號。變容二極管D401和C403構成振蕩回路電容的一部分，直流偏置電壓通過R427、W40

6、1、R403和L401加至變容二極管D401的負端，C402為變容二極管的交流通路，R402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D401實現(xiàn)直接調頻，C401為耦合電容，BG402對調制波進行放大，通過W402控制調制波的幅度，BG403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TP402輸出10MHz調制波，通過隔離電容C413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；BG40

7、4和BG405接成共集共基電路，以提高輸入阻抗和展寬頻帶，R418、R419提供公用偏置電壓，C422用以改善輸出波形。BG405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。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。（一）振蕩器輸出的調整1.將切換開關K2的1-2（下邊兩點）接點短接，調整電位器RW1使變容二極管D1的負極對地電壓為+2V，并觀測振

8、蕩器輸出端的振蕩波形與頻率。2.調整線圈T1的磁芯和可調電阻RW2，使R8兩端電壓為2.50.05V（用直流電壓表測量），使振蕩器的輸出頻率為100.02MHz。3.調整電位器RW3，使輸出振蕩幅度為 1.6 VP-P。（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RW1使反偏電壓Ed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）00.511.522.533.544.555.5f0MHz不并C404并C404（三）相位鑒頻器鑒頻特性的測試1.相位鑒頻器的調整： 掃頻輸出探頭接TP4， Y輸入用開路探頭接TP6，使用內頻標

9、觀察和調整10MHz鑒頻S曲線，可調器件為L406，T401，C426，C428，C429 五個元件。其主要作用為： C29 調中心10MHz至X軸線。 C28 調上下波形對稱。 C30 調中心10MHz附近的的線性。2.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 VP-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)9.09.29.49.69.81010.210.410.610.811V0(mV)繪制

10、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Vi。將K2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Vi的幅度 ，測量輸出信號，結果填入下表。Vi(VP-P)00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.6V0(VP-P)六、實驗注意事項1.實驗前必須認真閱讀掃頻儀的使用方法。2.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。3.其它同前。七、預習思考題1.變容二極管有何特性？有何應用？2.電容耦合雙調諧回路是如何實現(xiàn)鑒頻的？3.相位鑒頻器的頻率特性為什么會是一條以載波頻率為中心的S 曲線？試從原理上加以分析。八、實驗報告1.在同一座標紙上畫出兩根變容二