正交鉴频器设计实验报告(demo)

16MHz 调频接收机的设计

无43 孙忆南2004011007

第一部分：正交鉴频器的设计装调

设计指标与要求：

使用MC1496 设计正交鉴相鉴频器，能够解调50mV e.m.f，调制信号1kHz，频偏20kHz，载频为1.709MHz 的调频信号，对于寄生调幅的抑制没有要求。提供的主要器件为MC1496，LM741，10x10 型50uH中周。

一、实验目的：

1．加深对相乘器工作原理的认识；

2．掌握正交鉴相鉴频器的工程设计方法；

3．掌握用频率特性测试仪调试移相网络和鉴频特性曲线的方法。

二、正交鉴频器的电路设计

2．1 正交鉴频器的工作原理

常见的鉴频器有双失谐鉴频器，比例鉴频器，正交鉴相鉴频器等。其核心都是将调频波转化为调频调幅波或调频调相波。其中，正交鉴相鉴频器性能较好，便于集成化，应用逐渐广泛，其他两种形式一般只在过去的分立元件电路中应用。

正交鉴相鉴频器由移相网络和鉴相器构成。

2．2 移相网络

使用LC 谐振回路构成的移相网络。如图1 所示。

图1 图2

由电路分析，可以知道：≈)(jf H 常数，0022)(f f f Q f --≈

πϕ，)

(21210C C L f +=π完成了调频波到调频调相波的转换。 由 f 0 =1.704MHz ，L = 50μH ，计算得到C 1 ≈170 pF 。取C2=8.2pF 。

2．3 鉴相器

采用模拟相乘器构成。常用的模拟相乘器有LM1496。内部电路见图2。LM1496 内部没有偏置电路，需要外接，偏置电路见图3。Q9,Q8,Q7 构成镜像电流源，由5脚设置工作电流，一般为1mA 。外接电阻Ω=Ω--=k I V R S EE 8.65007

.08。1，4脚经小电阻接地，电位为0。

8，10脚接到R9,R14分压，电位为+6V 。输出端负载电阻取3.3K ，电位约为8.7V 。由此，可以判断各个晶体管均工作在放大区。2,3脚之间为增益调整电阻，取1K ，为中等的增益。

图3

2．4 移相网络和鉴相器的连接

对于 LM1496，1,4脚的输入阻抗较高，8,10脚的输入阻抗较低，因此将移相网络的输出接至1,4脚，这样对于移相网络的Q 值影响较小。由于乘法器的每个端均为双端平衡输入，因此将8脚，4脚交流接地，转为单端输入。1,4脚的输入利用了L1作为直流通路，避免了较小的偏置电阻R3的影响。

2．5 低放和电源

低放采用LM741接成差分放大器的形式，和LM1496 采用直流耦合，这样便于调试鉴相器的平衡。低放输入端采用简单的一阶RC 滤波，截止频率为

kHz p

k RC f c 104700*3.3*2121≈==ππ

低放的增益取为5倍，较低，以保证足够的动态范围。

电源采用7808三端稳压器，产生+8V 电压，供运放使用。该三端稳压器也可不用，使运放使用+12V，-8V 的不平衡的供电也是可以的。

三、电路调试与测试结果

3．1 调节W1，W2 使相乘器两输入端直流平衡。

3．2 调相移网络相移90度。

(1) 粗调：用扫频仪观察移相网络的谐振特性，调节L1使得谐振频率为中频频率。必要时，调整谐振电容C1的容量。实验中，加大C1至220pF。

(2) 细调：用信号发生器输入载频中心频率，细调L1，使运放输出电压为0，不经输出耦合电容。

3．3 测量鉴频器S 曲线

测试方法：(1) S 曲线图形：使用扫频仪测量。

(2) 零点频率，上下峰点频率、幅度：使用信号发生器和数字万用表点频法测量。

(3) 最大不失真频偏，使用信号发生器输出调频波，用示波器观察鉴频输出。

测量(2)(3)两项：信号发生器输出幅度为50mv e.m.f

3．3．1移相网络不并联电阻，R4 为无穷大。

零点频率：1.704MHz

上峰点频率，幅度：1.734MHz, 3.17V

下峰点频率，幅度：1.684MHz, -3.07V

最大不失真频偏：17kHz

鉴频灵敏度：158mV/kHz

3．3．2 移相网络并联10K 电阻，R4=10K。

零点频率：1.701MHz

上峰点频率，幅度：1.751MHz, 1.63V

下峰点频率，幅度：1.659MHz, -1.61V

最大不失真频偏：34kHz

鉴频灵敏度：38mV/kHz

3．3．3 为了满足设计要求：能无失真解调频偏20kHz信号。调整R4=18K。取得较好的效果。

零点频率：1.704MHz

上峰点频率，幅度：1.745MHz 2.07V

下峰点频率，幅度：1.663MHz, -2.05V

最大不失真频偏为25kHz

鉴频灵敏度：73mV/kHz

3．3．4调整移相网络参数，使得中频频率处的相移不为90 度。

对两种情况进行了实验：

(1) 减小C 20pF，使移相网络谐振频率偏移中频较大。不加回路阻尼电阻R4，测得零点频率1.784MHz；上峰点频率，幅度：1.809MHz, 3.31V；下峰点频率，幅度：1.761MHz, -3.12V。S 曲线在频率上发生偏移，形状基本不变。加入1.704MHz的调频信号，因为完全处在S 曲线的外侧，输出波形很小，且有失真。

(2) 微调L1，使谐振频率略有偏移。零点频率：1.710MHz，上峰点频率：1.739MHz，下峰点频率：1.690MHz。加入1.704MHz 的调频信号，并从零开始加大频偏，当频偏较小时，输出波形基本无失真，但是明显的叠加一个直流分量，这是因为载频已经偏离了S 曲线的对称中心。频偏加大后，由于单侧已经达到S曲线的峰顶，所以波形发生不对称的失真，最大不失真频偏为7.5KHz，明显减小。

3．3．5 解调信号输出

谐振回路并联18kHz调Q电阻。输入为解调50mV e.m.f，调制信号1kHz，频偏20kHz，载频为1.704MHz 的调频信号。输出波形如下图：

解调出的信号波形无失真，满足设计要求。

四、实验结论与体会

1．完成了正交鉴相鉴频器的设计，指标满足设计要求。

2．通过对相移网络不同参数的实验，可以知道：减小调Q电阻R4，可以降低相移网络的Q值，可以展宽解调S曲线的线性范围，可以无失真的解调更高频偏的信号，改善中心频率处的线性，同时会使鉴频灵敏度下降。调节谐振回路C1,L1，可以改变鉴频器的中心频率。