變?nèi)莨苷{(diào)頻和鑒頻

1、變?nèi)莨苷{(diào)頻和鑒頻第1頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二 2. 直接調(diào)頻: 用調(diào)制電壓去控制LC回路參數(shù)，其特點(diǎn)是：振蕩調(diào)制同時(shí)進(jìn)行，故頻率穩(wěn)定性較差，但其頻偏大，電路簡(jiǎn)單。常用的是變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路和電抗管調(diào)頻。 由于變?nèi)荻O管工作頻率范圍寬，固有損耗小， 使用方便，電路簡(jiǎn)單，故本節(jié)介紹變?nèi)莨苷{(diào)頻及其實(shí)驗(yàn)仿真。從調(diào)頻信號(hào)中解調(diào)出調(diào)制信號(hào)的電路稱為頻率檢波器或鑒頻器。常用的鑒頻器有相位鑒頻器、比例鑒頻器、振幅鑒頻器、正交鑒頻器、鎖相環(huán)鑒頻器等。本實(shí)驗(yàn)主要討論的是集成差動(dòng)峰值鑒頻器。第2頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二試驗(yàn)任務(wù)與要求實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私庾內(nèi)?/p>

2、二極管調(diào)頻振蕩器的工作原理掌握調(diào)頻振蕩器的設(shè)計(jì)方法及組成電路掌握調(diào)頻振蕩器的調(diào)整方法和測(cè)試方法了解集成鑒頻器的工作原理及性能分析掌握鑒頻特性的調(diào)整和測(cè)試方法 第3頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二實(shí)驗(yàn)儀器高頻信號(hào)發(fā)生器 QF1055A 一臺(tái);超高頻毫伏表 DA22A 一臺(tái);頻率特性測(cè)試儀 BT3C 一臺(tái);直流穩(wěn)壓電源 HY17112 一臺(tái);數(shù)字示波器 TDS210 一臺(tái).第4頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二實(shí)驗(yàn)任務(wù)與要求基本命題基本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)線路及說(shuō)明 實(shí)驗(yàn)線路見(jiàn)圖1，使用12V供電，振蕩器三極管用9018，變?nèi)莨苡?CC1D。Rw2、R3、R4組

3、成變?nèi)莨艿闹绷髌珘弘娐?，ZL為軛流電感，R為隔離電阻，調(diào)制信號(hào)經(jīng)C5耦和至變?nèi)荻O管，該電路變?nèi)莨茉诤线m的靜偏壓下便可實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻。第5頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二圖1.變?nèi)莨苷{(diào)頻振蕩器實(shí)驗(yàn)電路圖如下：第6頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，可分析下述內(nèi)容: a：變?nèi)莨莒o偏壓對(duì)調(diào)頻振蕩器的影響。 b：調(diào)制電壓對(duì)變?nèi)莨艿挠绊憽?2.用萬(wàn)用表判斷振蕩器是否起振 a：若UbUe 0，振蕩器工作在丙類，振蕩很強(qiáng)。 b：若UbUe=00.4V,也起振,工作在甲乙類。 c: 若UbUe=0.5V0.7V,振蕩器可能起振,

4、也可能不起振。 判斷法：可短路LC回路，測(cè)量Ue的變化，短路后Ue，說(shuō)明原來(lái)已起振，否則不起振。第7頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二3.電路調(diào)整：調(diào)整振蕩器的工作點(diǎn)為13mA，在輸出端用示波器觀察波形，使波形無(wú)失真，幅度最大，記下此時(shí)三極管的各極直流電壓。 4.靜態(tài)調(diào)制特性的測(cè)量 a.變?nèi)莨芷珘簭淖钚≈档阶畲笾担g隔0.5V，Cc51pF測(cè)出相應(yīng)f的變化，作出f EQ曲線。 b.改變變?nèi)莨艿鸟詈想娙軨c,取Cc = 100pF,重復(fù)上述步驟。 c.描繪Cc為不同值時(shí)的靜態(tài)調(diào)制特性。 第8頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二5.LC調(diào)頻電路實(shí)驗(yàn) a.接

5、通電源調(diào)節(jié)Rw2，在變?nèi)莨艿呢?fù)端用萬(wàn)用表測(cè)試電壓，使變?nèi)莨艿钠珘簽?V。 b.用示波器和數(shù)字頻率計(jì)在輸出端分別觀測(cè)頻率，在波形最大不失真的情況下，調(diào)電感L，使振蕩頻率為10MHz。 c.輸入1KHz的正弦調(diào)制信號(hào)（用EE1641產(chǎn)生），慢慢增加其幅度，用示波器在輸出端觀察振蕩波形（如有頻譜儀則可觀察調(diào)制頻偏）。將調(diào)制波形換為方波，輸出如何。第9頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二 a.用頻譜儀觀測(cè)調(diào)頻信號(hào)，記下不同調(diào)制電壓所對(duì)應(yīng)的頻偏大小，并計(jì)算調(diào)制靈敏度的數(shù)值。 b.改變Cc，觀測(cè)頻偏與接入系數(shù)的關(guān)系（測(cè)試時(shí)應(yīng)同等條件，即偏壓相同，調(diào)制電壓相同）。6. 動(dòng)態(tài)調(diào)制特性的測(cè)量

6、（選做）第10頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二 7.改變調(diào)制信號(hào)頻率，觀察調(diào)頻波的變化情況。 8.改變偏置電壓大小，觀察調(diào)頻波的變化情況。 第11頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二擴(kuò)展命題1. 當(dāng)變?nèi)莨芷珘哼x在靜態(tài)調(diào)制特性的線性端中間，調(diào)制信號(hào)比較小，與偏壓選在非線性段，而調(diào)制信號(hào)較大時(shí)，得到的調(diào)制波經(jīng)解調(diào)后，試分析這兩種波形有什么差別？用實(shí)驗(yàn)說(shuō)明。2.如何減小調(diào)頻波的非線性失真 ？3.鑒頻特性曲線的測(cè)量（S型鑒頻特性曲線） 實(shí)驗(yàn)箱鑒頻電路為集成差動(dòng)峰值鑒頻器，其原 理參見(jiàn)文獻(xiàn)3P228P230。曲線測(cè)量可用兩種方法: a.逐點(diǎn)法第12頁(yè)，共35頁(yè)

7、，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二 b.掃頻法（也稱連續(xù)法） 本實(shí)驗(yàn)建議用連續(xù)法，測(cè)量時(shí)將掃頻輸出加到實(shí)驗(yàn)板輸入端，用直通測(cè)試電纜（不帶檢波探頭）連至掃頻儀輸入端，合適調(diào)整衰減及中心頻率度盤，即可觀測(cè)特性曲線。4.將調(diào)頻振蕩器和鑒頻電路相連，并接上低頻放大電路，改變調(diào)制頻率（音頻），聽(tīng)聲音的變化情況，并用示波器雙蹤觀察調(diào)制信號(hào)及調(diào)頻信號(hào)。 完成上述測(cè)試內(nèi)容,整理文檔,寫出規(guī)范的實(shí)驗(yàn)報(bào)告 第13頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二實(shí)驗(yàn)說(shuō)明及思路提示變?nèi)莨苷{(diào)頻原理 變?nèi)莨芟喈?dāng)一壓控電容，其結(jié)電容隨所加的反向偏壓而變化。調(diào)制時(shí)將直流和調(diào)制信號(hào)同時(shí)加入，則其結(jié)電容在直流偏

8、壓所定的電容基礎(chǔ)上隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化，因?yàn)樽內(nèi)莨艿慕Y(jié)電容是回路電容的一部分，所以振蕩器的振蕩頻率必隨調(diào)制信號(hào)而變化，從而實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻。相關(guān)原理參見(jiàn)文獻(xiàn)3P201P210。第14頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)考慮 對(duì)調(diào)頻振蕩器的設(shè)計(jì)首先要考慮主振級(jí)電路，對(duì)主振級(jí)電路的設(shè)計(jì)請(qǐng)參考實(shí)驗(yàn)二振蕩器實(shí)驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容。在主振電路設(shè)計(jì)完成后，然后考慮調(diào)制電路的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)任務(wù)有：選擇變?nèi)荻O管，并確定工作點(diǎn)；選擇線路，確定變?nèi)荻O管的接入系數(shù)，確定調(diào)制信號(hào)電壓；驗(yàn)算中心頻率偏移量和非線性失真系數(shù)等。 1. 變?nèi)莨艿倪x擇和工作點(diǎn)的確定：PN結(jié)的結(jié)電容隨所加的電壓而變化，因此

9、接到回路中能實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。選管時(shí)，要選用截止頻率高，有足夠高的反向擊穿電壓和反向電流小。變?nèi)莨苌霞拥姆聪蚱珘涸酱?Q值越高,但要求調(diào)制信號(hào)電壓U也第15頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二 越大。一般Cj U壓容特性曲線的線性段。2. 選擇線路，確定接入系數(shù)：可根據(jù)頻偏的大小和對(duì)頻率的穩(wěn)定度的要求來(lái)選。若要求的頻偏不大，希望變?nèi)莨苌系淖冾l電壓小，往往采用部分接入，接入系數(shù)取得小。 根據(jù)Pc=Cc/(Cc+Cj0)選定，可計(jì)算出耦合電容Cc. 。3. 求出在滿足頻偏要求下的m值 由 ，求出A1 第16頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二 取=1/2 ，由 可算

10、出m值 調(diào)制電壓 4. 計(jì)算非線性失真系數(shù)Kf 第17頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二 調(diào)頻振蕩器的頻率調(diào)制特性 1.靜態(tài)調(diào)制特性：它是指振蕩頻率f隨變?nèi)莨苤绷髌珘篣D的變化特性，即f=(UD)曲線，如圖2所示。由特性曲線可見(jiàn)，f隨偏壓的變化不是直線，振蕩頻率的變化就不能正確地反映調(diào)制信號(hào)的變化，引入了非線性失真。為了減小失真 變?nèi)莨艿钠珘簯?yīng)選在線性段的中點(diǎn)。為了改 善調(diào)制特性，可適當(dāng)配置電容，可在一定范圍內(nèi)獲得較好的靜態(tài)調(diào)制特性，調(diào)整方法是改善圖3中的Cc和Co。第18頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二圖2. 靜態(tài)調(diào)制特性曲線如下：第19頁(yè)，共3

11、5頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二 圖3.調(diào)制特性的改善電路如下：第20頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二 一般Cc取值較大,Co取值較小(由幾個(gè)P到幾十個(gè)P),Cc取值接近Cj（變?nèi)荻O管結(jié)電容）的高端，遠(yuǎn)大于Cj的低端,Cc的變化主要影響靜態(tài)調(diào)頻特性低端的曲線形狀,其變化如圖4所示。 假設(shè)Cc足夠大且保持不變，改變Co的值，由于Co的值接近于Cj的低端值，因此改變Co，主要影響靜態(tài)特性高端曲線形狀，其變化如圖5所示，適當(dāng)調(diào)節(jié)Cc、Co的大小，可得到線性較好的靜態(tài)調(diào)制特性。第21頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二圖4.Cc對(duì)靜態(tài)調(diào)制特

12、性的影響如下：第22頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二圖5.C0對(duì)靜態(tài)調(diào)制特性的影響如下：第23頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二2.動(dòng)態(tài)調(diào)制特性當(dāng)變?nèi)荻O管靜態(tài)工作點(diǎn)確定后，加入調(diào)制信號(hào)U，這時(shí)振蕩頻率隨調(diào)制信號(hào)U而變化，即fU曲線稱為動(dòng)態(tài)特性曲線，如圖6所示, 此曲線可確定頻率調(diào)制器的調(diào)制靈度和最大線性頻偏。測(cè)量動(dòng)態(tài)調(diào)制特性的儀器連接圖如圖7(a)所示.若無(wú)頻偏儀，則可借助于鑒頻器間接測(cè)量，見(jiàn)圖7(b)所示. 第24頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二圖6.動(dòng)態(tài)調(diào)制特性曲線如下：第25頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)

13、15分，星期二圖7(a).動(dòng)態(tài)調(diào)制特性測(cè)試方框圖：第26頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二圖7(b).動(dòng)態(tài)調(diào)制特性測(cè)試方框圖：第27頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)指標(biāo)： 振蕩器中心頻率 fo = 10 MHz 頻率穩(wěn)定度 f/f0110-4 調(diào)制信號(hào)頻率 F = 1KHz 最大頻偏 fm50KHz 調(diào)頻波非線性失真系數(shù) Kf10% 輸出電壓 U0 0.3Vp-p第28頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二1.選擇電路形式： 如圖1，即振蕩器用頻率穩(wěn)定度高的西勒振蕩器，變?nèi)莨懿捎貌糠纸尤搿?.振蕩回路計(jì)算： 有關(guān)三端

14、LC振蕩器內(nèi)容請(qǐng)參照實(shí)驗(yàn)2，因電感L可調(diào)，故f0=10MHz情況下，上節(jié)設(shè)計(jì)用的C1=200PF，C2=510PF，C3=100PF，C4=51等參數(shù)保持不變。3.調(diào)制電路的設(shè)計(jì) ：變?nèi)莨苓x用2CC系列即可（2CC系列管參數(shù)請(qǐng)見(jiàn)附錄），并設(shè)其EQ=4V（表示反偏）時(shí)，Cj050pF, =1/2. 第29頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二 *實(shí)測(cè)時(shí)，靜態(tài)下通過(guò)替代法得到Cj0的大小(即頻率不變用一標(biāo)準(zhǔn)電容替代)。部分接入，特選接入系數(shù)Pc=0.5 故由 有Cc=50PF，取標(biāo)稱值51PF.部分接入，則回路總電容根據(jù)最大頻偏fm求m及調(diào)制電壓由 可得A1 =0.0612因 =

15、1/2, 由 可得m = 0.12第30頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二 根據(jù)m 的定義:m=U/(EQ+U)可得 U=mEQ/(1-m)=0.55V估算調(diào)制靈敏度 SFM=fm/U=50kHz/0.55V=91kHz/V計(jì)算失真度 KfA2/A1=1.5% 若靜態(tài)EQ = 4V，則R2Vcc/ (R1+R2)=4V 取R2 = 6.8K，R1 =13.6 K 實(shí)際用R W 2 = 22 K電位器和R1= 6.8 K串聯(lián) 其它元件：耦合電容C5取10F，C4取0.01F, 扼流圈ZL取470H,隔離電阻R取39 K。綜上設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試電路見(jiàn)圖1。 第31頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)15分，星期二仿真分析 對(duì)圖1電路可作如下仿真，僅供參考。 仿真條件:L=2.2H，變?nèi)莨躆V2205、三極管Q2N2222.1.調(diào)頻波形：見(jiàn)圖8（該波形僅供參考，與示波器測(cè)試結(jié)