變?nèi)莨苷{(diào)頻和鑒頻

變?nèi)莨苷{(diào)頻和鑒頻第1頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

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(chēng)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)，2023年，2月20日，星期一試驗(yàn)任務(wù)與要求實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私庾內(nèi)荻O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)，2023年，2月20日，星期一實(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BT－3C一臺(tái);直流穩(wěn)壓電源HY1711－2一臺(tái);數(shù)字示波器TDS210一臺(tái).第4頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一實(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(xiàn)路及說(shuō)明

實(shí)驗(yàn)線(xiàn)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組成變?nèi)莨艿闹绷髌珘弘娐罚琙L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(xiàn)性調(diào)頻。第5頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖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)，2023年，2月20日，星期一

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?.用萬(wàn)用表判斷振蕩器是否起振

a：若Ub－Ue<0，振蕩器工作在丙類(lèi)，振蕩很強(qiáng)。

b：若Ub－Ue=0～0.4V,也起振,工作在甲乙類(lèi)。

c:若Ub－Ue=0.5V～0.7V,振蕩器可能起振,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)，2023年，2月20日，星期一3.電路調(diào)整：調(diào)整振蕩器的工作點(diǎn)為1～3mA，在輸出端用示波器觀(guān)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?，間隔0.5V，Cc＝51pF測(cè)出相應(yīng)f的變化，作出f

～

EQ曲線(xiàn)。

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)，2023年，2月20日，星期一5.LC調(diào)頻電路實(shí)驗(yàn)

a.接通電源調(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(guān)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(guān)察振蕩波形（如有頻譜儀則可觀(guān)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)，2023年，2月20日，星期一

a.用頻譜儀觀(guān)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(guān)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（選做）第10頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一7.改變調(diào)制信號(hào)頻率，觀(guān)察調(diào)頻波的變化情況。

8.改變偏置電壓大小，觀(guān)察調(diào)頻波的變化情況。

第11頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一擴(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(xiàn)性端中間，調(diào)制信號(hào)比較小，與偏壓選在非線(xiàn)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(xiàn)性失真

？3.鑒頻特性曲線(xiàn)的測(cè)量（S型鑒頻特性曲線(xiàn)）

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)〔3〕P228～P230。曲線(xiàn)測(cè)量可用兩種方法:a.逐點(diǎn)法第12頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

b.掃頻法（也稱(chēng)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(pán)，即可觀(guān)測(cè)特性曲線(xiàn)。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(guān)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(xiě)出規(guī)范的實(shí)驗(yàn)報(bào)告

第13頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一實(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)〔3〕P201～P210。第14頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一實(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(xiàn)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(xiàn)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UΩ也第15頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

越大。一般Cj

～U壓容特性曲線(xiàn)的線(xiàn)性段。2.選擇線(xiàn)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(mǎn)足頻偏要求下的m值

由，求出A1

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取γ=1/2，由

可算出m值

調(diào)制電壓

4.計(jì)算非線(xiàn)性失真系數(shù)Kf

第17頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

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=φ(UD)曲線(xiàn)，如圖2所示。由特性曲線(xiàn)可見(jiàn)，f隨偏壓的變化不是直線(xiàn)，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(xiàn)性失真。為了減小失真變?nèi)莨艿钠珘簯?yīng)選在線(xiàn)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)，2023年，2月20日，星期一圖2.靜態(tài)調(diào)制特性曲線(xiàn)如下：第19頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

圖3.調(diào)制特性的改善電路如下：第20頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)性較好的靜態(tài)調(diào)制特性。第21頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖4.Cc對(duì)靜態(tài)調(diào)制特性的影響如下：第22頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖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)，2023年，2月20日，星期一2.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)UΩ，這時(shí)振蕩頻率隨調(diào)制信號(hào)UΩ而變化，即Δf~UΩ曲線(xiàn)稱(chēng)為動(dòng)態(tài)特性曲線(xiàn)，如圖6所示,此曲線(xiàn)可確定頻率調(diào)制器的調(diào)制靈度和最大線(xiàn)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)，2023年，2月20日，星期一圖6.動(dòng)態(tài)調(diào)制特性曲線(xiàn)如下：第25頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖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)，2023年，2月20日，星期一圖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)，2023年，2月20日，星期一設(shè)計(jì)計(jì)算

設(shè)計(jì)指標(biāo)：振蕩器中心頻率

fo

=10MHz

頻率穩(wěn)定度Δf/f0≤1×10-4

調(diào)制信號(hào)頻率F=1KHz

最大頻偏Δfm≥±50KHz

調(diào)頻波非線(xiàn)性失真系數(shù)

Kf≤10%

輸出電壓U0≥0.3Vp-p第28頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.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)，Cj0＝50pF,γ=1/2.第29頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

*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(chēng)值51PF.部分接入，則回路總電容根據(jù)最大頻偏Δfm求m及調(diào)制電壓由可得A1=0.0612因γ=1/2,由可得m=0.12第30頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

根據(jù)m的定義:m=UΩ/(EQ+UΩ)可得

UΩ=m×EQ/(1-m)=0.55V估算調(diào)制靈敏度

S’FM=Δfm/UΩ=50kHz/0.55V=91kHz/V計(jì)算失真度

Kf≈A2/A1=1.5%

若靜態(tài)EQ=4V，則R2×Vcc/(R1+R2)=4V

取R2=6.8KΩ，R1=13.6KΩ

實(shí)際用RW2=22KΩ電位器和R1=6.8KΩ串聯(lián)其它元件：耦合電容C5取10μF，C4取0.01μF,扼流圈ZL取470μH,隔離電阻R取39KΩ。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)，2023年，2月20日，星期一仿真分析對(duì)圖1電路可作如下仿真，僅供參考。仿真條件:L=2.2