高频实验九 电容耦合相位鉴频器实验报告

实验九 电容耦合相位鉴频器实验

一．实验目的

1. 进一步学习掌握频率解调相关理论。 1. 了解电容耦合回路相位鉴频器的工作原理。 3. 了解鉴频特性（S 形曲线的调试与测试方法）。

二、实验使用仪器

1．电容耦合相位鉴频器实验板 2．100MH 泰克双踪示波器 3. FLUKE 万用表 4. 高频信号源

三、实验基本原理与电路 1. 实验基本原理

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，所以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。

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-频率特性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转换为两个电压之间的相位变化，再将这相位变化转换为对应的幅度变化，然后利用幅度检波器检出幅度的变化。

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的检波电路完全对称，两个检波电路的电压传输系数完全相等，检波后的输出信号为两个检波电路的输出电压差。即034D D U U U =-

当瞬时频率0f f =时, 2U 比1U 滞后90°，但|3D U |＝|4D U |，这时，鉴频器输出为零。当0f f >时, 2U 滞后于1U 的相角小于90°，|3D U |>|4D U |，鉴频器的输出大于零。当0f f <时，2U 滞后于1U 的相角大于90°，

|3D U |<|4D U |，鉴频器的输出小于零。相位鉴频器鉴频特性的线性较好，鉴频灵敏度也较高。

图9-1频率电压转换原理图。

(ω<ω0)U 2(ω=ω0)

(ω>ω0)

.

U 1..

U 2

.2U 2.

2

..

U 1

.U 2

.2

U 2.

2

.

.

U 2

.2

U 2.

2

(a)

(b)(ω=ω0)(c)(ω>ω0)

(d)(ω<ω0)

图9-1频率电压转换原理图。

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，其比例系数称为鉴频跨导。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，称为鉴频特性曲线。它的中部接近直线部分的斜率即为鉴频跨导。它代表每单位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）鉴频灵敏度

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

从上图的鉴频特性曲线中可以看出，只有特性曲线中间一部分的线性度较好，我们称2m f ?为频带宽度。一般，要求2m f ?大于输入调频波频偏的两倍，并

留有一定的余量。

（4

）对寄生调幅应有一定的抑制能力。

图9-3 鉴频特性曲线

2. 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9-2。

C1

R2

T

C8

R5

LED1

+12

C7

R4

R8

R3

C3

C2

CV1

L1

C4

C5L2

CV2 CV3

D3

D4

R6

R7

C6

RW1

D2D1 R1

电容耦合相位鉴频

K TP2INT

TP4

OUT

TP1

TP3

A7-0808

图9-2 电容耦合相位鉴频器实验电路

四、实验内容

1．调频-鉴频过程观察：用示波器观测调频器输入、输出波形，鉴频器输入、输出波形；

2．鉴频特性（S 形曲线）观察和测量；

3．观察初级回路电容、次级回路电容、耦合电容变化对FM波解调的影响；

4．观察初级回路电容、次级回路电容、耦合电容变化对S形特性曲线的影响。

五、实验步骤及数据记录与分析

1.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。

2.调频-鉴频过程观察

用示波器观测调频器输入、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（示波器监视），中心频率为10.7M，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，如果波形不好，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。

CH2(下方波形)为调频模块的输入信号波形，CH1（上方波形）为鉴频输出信号（OUT）波形。可以看出两者频率相等，波形基本相同，但两者之间存在一定的相位差。

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。

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大。由示波器可以看出，随着调制信号幅度从2.08V 增大到3.08V ，频器输出信号

幅度也从880mV 增大到了 1.32V ，但两者的频率都保持在1KHz 左右。由

f ?=021

f -

t C C m Ωcos 0

知幅度增大会增大输出的频偏，而由鉴频的原理知频偏越大反映到输出也就越大。所以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大。

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。

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小。在调制信号幅度保持为2.08mV的情况下，将调制信号频率由1KHz增大到4KHz的过程中，鉴频器输出信号幅度也随之由880mV减小到360mV。输出电压V反映了输入信号瞬时频率的频偏△f，所以当输入信号的频率增大，频偏变化的时间变得很小，在△t的时间里包含的频率变化量就会减小，而△f的减小直接导致了输出解调信号幅度的减小。

3）观察当在变容二极管调频器模块上增大调制信号频率，则鉴频器输出信号频率的变化，并记录。

在变容二极管调频器模块上增大调制信号频率，则鉴频器输出信号频率的变大。并且两者频率一致。

调制信号频率

鉴频器输出信号频率

3．鉴频特性（S形曲线）观察和测量（选做）

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，观测鉴频特性曲线（S曲线），调整容耦合回路相位鉴频器模块的次级回路电容CV2，使S曲线形状较好，即鉴频灵敏度、频带宽度、线性度最好。

（-△Hz范围部分曲线未入屏）用高频信号源产生一个高频载波，频率为10.7M，并微调其频率使得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，记录此时的输出直流电压幅度V，按照此方法记录20个点，然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，记录此时的输出直流电压幅度V，按照此方法记录20个点。然后绘制S形曲线。

以10.80MHz作为△0Hz，记录-△200KHz到△200KHz每隔10KHz的输出直流电压幅度（V）如下：-4.80，-4.72，-4.64，-4.56，-4.48，-4.32，-4.16，-4，-3.76，-3.6，-3.28，-3.04，-2.72，-2.4，-2.08，-1.76，-1.36，-1.04，-0.64，-0.32，0，0.46，0.83，1.20，1.58，1.96，2.32，2.72，3.12，3.44，3.76，4.08，4.32，4.56，4.80，4.96，5.20，5.28，5.44，5.52，5.60。

绘制鉴频特性S型曲线如下：

测得鉴频特性S型曲线与理论曲线图形基本吻合。在--△100KHz到+△100KHz之间，特性都近似于线性状态。

六、实验小结与体会

1．频谱分析仪上观察到的鉴频器的S形曲线上在某些区间段有起伏的小峰，不像画出实际测量的鉴频器的S形曲线那么平滑。可能是由于实际测量的鉴频器的S形曲线是每隔一段频率取样描点然后用平滑曲线连接得到的，所以较为平滑。

2. 很多时候鉴频输出的幅度比较小，要注意调整示波器才能够得到比较好的

波形。