实验六和七(调频及解调)

实验六

变容二极管调频器

一、实验目的

1．通过实验进一步掌握调频原理。

2．了解变容二极管调频器电路原理及电路中元器件的作用。3．了解调频器调制特性及测量方法。

4．观察寄生调幅现象，了解其产生原因及消除方法.5．进一步掌握利用调制度测量仪测量频偏的技术。

二、预习内容

1．复习频率调制的原理

2．复习变容二极管的非线性特性，及变容二极管调频振荡器调制特性。3．复习角度调制的原理和变容二极管调频电路有关资料。4．复习调制度测量仪测量频偏的技术。

三、实验原理

频率调制和相位调制是被广泛采用的两种基本调制方式。其中，频率调制（Frequency Modulation）简称调频，它是使载波信号的频率按调制信号规律变化的一种调制方式；相位调制（Phase Modulation）简称调相，它是使载波信号的相位按调制信号的规律变化的一种调制方式。两种调制方式都表现为载波信号的瞬时相位受到调变，故统称为角度调制（Angle Modulation），简称调角。

调角波包含调频波和调相波，它们都是等幅的高频振荡，要传送的信息分别反映在高频振荡的频率和相位变化上。要从调角波中解调出原调制信号，必须采用频率检波器和相位检波器。从调频中检出随角频率变化的调制信号的过程称为频率检波，简称鉴频。从调相波中检出随相位变化的调制信号的过程称为相位检波，简称鉴相。

1．频率调制的基本原理：

设高频载波为u c =U cm cosωc t,调制信号为U Ω(t),则调频信号的瞬时角频率

瞬时相位

??Ω+==t

f c t dt

t u k t dt t t 0

)()()(ωωφ)

()(t u k t f c Ω+=ωω

调频信号

其中k f 为比例系数。

上式表明,调频信号的振幅恒定,瞬时角频率是在固定的载频上叠加一个与调制信号电压成正比的角频率偏移(简称角频偏)Δω(t)=k f u Ω(t),瞬时相位是在随时间变化的载波相位φc (t)=ωc t 上叠加了一个与调制电压积分成正比的相位偏移(简称相偏)Δφ(t)=k f ∫t 0u Ω(t)dt。其最大角频偏Δωm 和调频指数(最大相偏)M f 分别定义为：

若调制信号是单频信号,即u Ω(t)=U Ωm cosΩt,则可写出相应的调频信号：

调频电路的主要性能指标a.调频线性性

调频电路输出信号的瞬时频偏与调制电压的关系称为调频特性。显然,理想调频特性应该是线性的,所以对实际电路可能产生一些非线性失真,应尽量设法使其减小。b.调频灵敏度

单位调制电压变化产生的角频偏称为调频灵敏度。c.最大线性调制频偏(简称最大线性频偏)

实际电路的调频特性是非线性的,其中线性部分能够实现的最大频偏称为最大线性频偏。最大频偏与调频指数和带宽都有密切关系。不同的调频系统要求不同的最大频偏,所以调频电路能达到的最大线性频偏应满足要求。d.载频稳定度

调频电路的载频(即中心频率)稳定性是接收电路能够正常接收而且不会造成邻近信道互相干扰的重要保证。不同调频系统对载频稳定度的要求是不同的,

)

sin cos()

sin cos(t M t U t U k t U u f c cm m

f c cm FM Ω+=ΩΩ

+

=Ωωωmax )(t u k f m Ω=?ωmax

)(?Ω

=t

f

f dt

t u

k M ]

)(cos[0?Ω+=t

f c cm FM dt t u k t U u ω

如调频广播系统要求载频漂移不超过±2kHz,调频电视伴音系统要求载频漂移不超过±500Hz。2．变容二极管调频电路

容二极管调频电路是广泛采用的一种直接调频电路。变容二极管调频电路是将受调制信号控制的变容二极管接入高频放大器的调谐回路中，当变容二极管结电容调制信号规律变化时，回路的谐振频率发生变化，当载波通过回路时，回路失谐而产生频移，该频移随调制信号规律变化，于是就实现调频。图1-6-1为变容二极管构成的调频电路，该调频电路即为振荡器电路，V1、C6、C7、L2、Dc 等构成LC 振荡电路，R1,R3和R P 1为变容二极管提供静态时的反向直流偏置电压，调节R P 1可改变容二极管静态反向偏置电压大小，从而改变变容二极管的结电容，即可改变振荡器电路的振荡频率（即载波频率）。调制信号从IN 处加入到电路中，调制信号的变化同样改变变容二极管反向电压即改变变容二极管的结电容，从而改变振荡器频率，使电路输出的振荡信号的频率随调制信号的变化而变化，实现频率调制。三极管V3为射极跟随器，以提高调频器带负载的能力。

四、实验仪器和设备

1．双踪示波器

2．数字频率计

图1-6-1变容二极管构成的调频振荡器

3．函数信号发生器4．调制度测量仪5．数字万用表

6．高频电路实验学习机

五、实验内容及步骤：

实验电路见图1-6-11.静态调制特性测量

输入端不接音频信号，将频率计接到调频器的F 端。C3(=100pf)电容分接与不接两种状态,调整R P 1使Ed =4V 时f 0=6.5MHz，然后重新调节电位器R P 1，使Ed 在0.5～8V 范围内变化，将对应的频率填入表1.8.1。

表1.6.1

Ed(V)0.5

1

2

3

4

5

6

7

8

f 0(MHz)

接C3不接C3

2.动态测试：(1)C3电容不接测试

调R P 1使Ed=4V 时，调R P 2使f 0=6.5MHz,自IN 端口输入频率f=2KHZ 的音频信号V m ，输出端接至调制度测试仪，通过调制度测试仪测量输出调频波的上下频偏的大小，观察上下频偏与音频信号V m 的关系。将所测量的对应的频偏值填入表1.8.2。

表1.6.2

V m (V)0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

不接C3Δf(MHz)上下接C3

Δf(MHz)

上下

(2)接上C3电容后测试

方法同上，将对应的频偏填入表1.6.2。

(3)观察寄生调幅现象

用示波器观察输出振荡波形，并记录波形和幅值，并用调制度测试仪测量寄生调幅的调幅系数，分析产生寄生调幅的原因找出消除方法。

六、实验报告要求

1．整理实验数据

2．在同一坐标纸上画出静态调制特性曲线，并求出其调制灵敏度S，说明曲线斜率受哪些因素的影响。

3．画出实际观察到的调频波波形，并说明频偏变化与调制信号振幅的关系。

4．画出动态调制特性曲线，说明输出波形畸变的原因。

实验七

调频波解调实验

一、实验目的：

1．进一步加深对频率解调电路原理的理解，熟悉相位鉴频电路的基本工作原理。2．了解鉴频特性曲线(S 曲线)的正确调整及测试方法。

3．将变容二极管调频器与相位鉴频器两实验板进行联机试验，进一步了解调频和解

调全过程及整机调试方法。

4．熟练掌握扫频仪等高频仪器的测量技巧、调试手段及方法。

二、预习要求

1．复习调频信号的解调原理。

2．认真阅读实验内容，预习有关相位鉴频的工作原理，以及典型电路和实用电路。3．分析初级回路、次级回路和耦合回路有关参数对鉴频器工作特性(S 曲线)的影响。

三、实验原理

鉴频的方法很多，根据波形变换的不同特点可以分为四种：①斜率鉴频器;②相位鉴频器;③脉冲计数鉴频器;④锁相鉴频器。本实验就是采用相位鉴频器实现调频波的解调。相位鉴频器实现模型如图1-7-1所示。

图1-7-1相位鉴频器实现模型

相位鉴频器是模拟调频信号解调的一种基本的解调电路，它具有鉴频灵敏度高，解调线性好等优点。它由两部分组成：一是将调频信号的瞬时频率变化变换到附加相移上的频相转换网络；二是检出附加相移变化的相位检波器。鉴频电路的主要性能指标a．鉴频特性

鉴频电路输出低频解调电压与输入调频信号瞬时频偏的关系称为鉴频特性（S 曲

u o (t )

线）,理想的鉴频特性应是线性的。实际电路的非线性失真应该尽量减小。

b．鉴频线性范围

由于输入调频信号的瞬时频率是在载频附近变化,故鉴频特性曲线位于载频附近,其中线性部分称为鉴频线性范围。

c．鉴频灵敏度

在鉴频线性范围内,单位频偏产生的解调信号电压的大小称为鉴频灵敏度S

。

d 相位鉴频器电路如图1-7-2所示，差分对管v1、v2与c6、L1、CT1等组成频相转换网路，D1、D2、L2、CT2、R12等组成相位检波器，调频信号从IN端输入，经过本相位鉴频器电路，从OUT输出解调信号。

图1-7-2相位鉴频器

四、实验仪器和设备

1．双踪示波器

2．扫频仪

3．函数信号发生器

4．数字频率计

5．数字万用表

6．高频电路实验学习机

五、实验内容及步骤

实验电路见图1-7-2。

1.用扫频仪调整鉴频器的鉴频特性。

实验条件:将实验电路中E、F、G 三个接点分别与半可调电容C T 1、C T 2、C T 3连接。

将扫频仪输出信号接入实验电路输入端IN，其输出信号不宜过大，一般用30db 衰减器，扫频频标用外频标，外频标源采用高频信号发生器，其输出频率调到6.5MHz。

(1).调整波形变换电路的回路频率。

将扫频仪输入检波头插入测式孔A，耦合电容C T 3调到最小，此时显示屏将显示一谐振曲线图形。调C T 1使谐振曲线的谐振频率为6.5MHZ，此时频标应在曲线顶峰上，再加大耦合电容C T 3的容量，输入检波头插入测试孔B，此时显示屏幕出现带凹坑的耦合谐振曲线图形，调C T 1，C T 2，C T 3使曲线6.5MHz 频标出现在中心点，中心点两边频带对称。

注：此处扫频仪检波器探头应为高阻抗探头。

(2).调整鉴频特性S 型

扫频仪输入检波探头改用双夹子电缆线，接至鉴频器输出端OUT 即可看到S 型曲线，参见图1-7-3，如曲线不理想，可适当调C T 1上下对称；调C T 2曲线为6.5MHz；调C T 3使f 0中心点附近线性度。调好后，记录上、下二峰点频率和二峰点高度格数,即f max 、f min 、V m 、V n 。

图8-3鉴频特性

2.用高频信号发生器逐点测出鉴频特性

E 、

F 、

G 三个接点分别与C5、C8、C9连接，输入信号改接高频信号发生器，输入电压约为50mv ，用万用表测鉴频器的输出电压，在5.5MHz ～7.5MHz 范围内，

图1-7-3鉴频特性

以每格0.2MHz 条件下测得相应的输出电压。并填入表1.7.1。

表1.7.1

f(MHz) 5.5

5.7

5.9

6.1

6.3

6.5

6.7

6.9

7.1

7.3

7.5

V 0(mV)

找出S 曲线零点频率f 0、正负两点频率fmax,、fmin 及Vm 、Vn 。鉴频曲线的灵敏度可用以下公式计算MHz

f f

V S 5.600=??=

。再将E 、F 、G 三个接点分别与C T 1、C T 2、

C T 3连接，重复以上步骤。根据以上数据，在坐标纸上逐点描绘出两条频率－电压S 曲线，并与扫频仪观察结果相比较。3.观察回路C T 1、C T 2、C T 3对S 曲线的影响。(1).调整电容C T 2对鉴频特性的影响。

记下C T 2＞C T 2-0或C T 2＜C T 2-0的变化并与C T 2=C T 2-0曲线比较，再将C T 2调至C T 2-0正常位置。注:C T 2-0表示回路谐振时的电容量。(2).调C T 1重复(1)的实验

(3).调C T 3较小的位置，微调C T 1、C T 2得S 曲线，记下曲线中点及上下两峰的频率（f 0、f min 、f max ）和二点高度格数V m 、V n ，再调C T 3到最大，重新调S 曲线为最佳，记录：f 0′、f min 、f max 和V ′m 、V ′n 的值。定义：峰点带宽

BW=f max -f min 曲线斜率

S=(V m -V n )/BW

比较C T 3最大、最小时的BW 和S 。4.将调频电路与鉴频电路连接。

将调频电路的中心频率调为6.5MHz ，鉴频器中心频率也调谐在6.5MHz ，调频输出信号送入鉴频器输入端，将f=2KHz,V m =400mV 的音频调制信号加至调频电路输入端进行调频。

用双踪示波器同时观测调制信号和解调信号，比较二者的异同，如输出波形不理想可调鉴频器C T 1、C T 2、C T 3。将音频信号加大至V m =800mV ，1000mV ……观察波形变化，分析原因。

五、实验报告要求：

1.整理实验数据，画出鉴频特性曲线。

2.分析回路参数对鉴频特性的影响。

3.分析在调频电路和鉴频电路联机实验中遇到的问题及解决办法，画出调频输入和鉴频输出的波形，指出其特点。