0202實(shí)驗(yàn)四 調(diào)頻器與鑒頻器、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解變?nèi)荻O管調(diào)頻的原理。掌握調(diào)頻器靜態(tài)調(diào)制特性的測(cè)試方法。了解和掌握比例鑒頻器的工作原理及調(diào)整測(cè)試方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1. 變?nèi)荻O管調(diào)頻的實(shí)驗(yàn)原理設(shè)調(diào)制信號(hào)為|u(t)Ucost一個(gè)未調(diào)的高頻振蕩可表示為Uo(t)UoCOS(t) (4-1)它的總的相角為 (t) 0(t) 0 (4-2)如果讓高頻振蕩的角頻率隨某一調(diào)制信號(hào)的大小而改變，則高頻振蕩角頻率較之未調(diào)制時(shí)的角頻率有一個(gè)與調(diào)制信號(hào)大小成正比的增量?？捎孟率奖硎荆?t) 0 (t) 0 COSt (4-3)式中30為未調(diào)制時(shí)的角頻率，厶3(t)為受調(diào)制后的角頻率增量。對(duì)于調(diào)頻振蕩有兩個(gè)很重要的指標(biāo)，即頻率偏移和調(diào)頻指數(shù)，前者是指調(diào)頻振蕩頻率變化時(shí)偏離中心頻率的數(shù)值，而后者是指頻率偏移對(duì)調(diào)制信號(hào)頻率的比值，如果調(diào)制信號(hào)的幅度和形狀是上下對(duì)稱(chēng)的，并以3max和3min表示最大和最小角頻率偏移， 則調(diào)頗信號(hào)的中心角頻率30為maxmin(4-4)maxmin(4-4)而最大頻偏為00maxminmaxmin2(4-5)mf調(diào)頻指數(shù)為(4-6)因?yàn)?而最大頻偏為00maxminmaxmin2(4-5)mf調(diào)頻指數(shù)為(4-6)因?yàn)?(t)是時(shí)間的函數(shù)，因此巳調(diào)振蕩的總相角是3(t)在o—t時(shí)間內(nèi)的積分:(t)t0(t)dtt0[ 0(t)]dt(4-7)將式4-3代入式4-7得:(t) 0tt(t)dt0tsint由此得到:o(t) 0tt(t)dt0tsint由此得到:otmfsint(4-8)u(t)Umsin[0t(mifSint。)](4-9)顯然，上式包含了中心頻率3 0和頻率增量msinQt兩個(gè)部分。如何使一個(gè)高頻振蕩器不僅產(chǎn)生中心頻率3 0的振蕩，而且還能產(chǎn)生一個(gè)隨調(diào)制信號(hào)幅度大小而變化的頻率增量呢我們知道，當(dāng)變?nèi)荻O管加反向偏置后，結(jié)電容將隨偏置電壓而變化，它的電容量與所加反向偏置電壓有如下關(guān)系：CD C0(1E/V°)n(4-10)11式中G—零偏置時(shí)的電容量，E—外加反向電壓,Ce+Vd—二極管閥電壓，對(duì)于硅管約為， n—變?nèi)莨艿碾娙葑兓笖?shù)，對(duì)用作調(diào)頻的超突變結(jié)變?nèi)莨軄?lái)說(shuō)，n>,甚至可達(dá)到7,這可以在手冊(cè)上查到。變?nèi)莨艿膲喝萏匦砸?jiàn)圖4-1。如果用EE0Vsint代入式0圖4-1 壓容特性(4-10)中，貝UCD的表達(dá)式可表示為CoCD n11—(EoVsint)

VdCoE

vdnVsint1Eo/VdVdConEoVd1nVsintEo Vdcdon1 mcsint(4-11)式中Cdo(1CoEo/Vd)n是靜態(tài)偏置Eo時(shí)的結(jié)電容;mc是靜態(tài)調(diào)制系數(shù)。VdE如果將變?nèi)莨芙尤胝袷幓芈罚瑒t振蕩器的角頻率為式中_1_「LCd.LCdo(1n/2mcsint)n/2 “ 、o(1mcsint)(4-12)■/LCdo為振蕩器的中心頻率,當(dāng)n取2時(shí)，從上式可看出能得到線性調(diào)制。當(dāng)然，能否得到線性調(diào)制并不簡(jiǎn)單取決于 n值，還與變?nèi)莨芩臃聪蚱秒妷?，和變?nèi)莨艽?lián)或并聯(lián)電阻值以及高頻振蕩電壓的大小有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)用改進(jìn)的電容三點(diǎn)式振蕩電路，其原理電路如圖4-2所示。圖中Cd，C4,G,G,G9，C10，L2和晶體管Q組成電容三點(diǎn)式振蕩電路。R2，R，W和穩(wěn)壓管D給變?nèi)莨芴峁┲绷髌?。R給變?nèi)莨芤粋€(gè)直流通路。因?yàn)轭l偏的大小取決于調(diào)制信號(hào)幅度的大小，而于調(diào)制頻率無(wú)關(guān)，這樣我們可以假定調(diào)制信號(hào)的頻率趨向零。用另一直流穩(wěn)壓電源，使 E)=Vq，測(cè)出Eo-f曲線，再在曲線上選取線性較好的

線性較好的圖4-3 調(diào)頻振蕩器的靜態(tài)調(diào)制特性?鑒頻器的實(shí)驗(yàn)原理鑒頻器的任務(wù)是將頻率的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化，即將幅度受限制的調(diào)頻信號(hào)通過(guò)微分網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生一個(gè)比例于調(diào)頻信號(hào)瞬時(shí)頻率的包絡(luò)調(diào)制成分。然后使這個(gè)幅度變化的調(diào)頻信號(hào)通過(guò)幅度解調(diào)器，以選出一個(gè)比例于3 ⑴的信號(hào)，由于(t) 0 (t),一旦3(t)選出后，厶3⑴就可用減去30取得，或使3 (t)通過(guò)咼通網(wǎng)絡(luò)濾去3 0項(xiàng)。因此很明顯，為了完成頻率解調(diào)的任務(wù)，鑒頻器需要一個(gè)微分網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)幅度檢波器和一個(gè)高通濾波器。本實(shí)驗(yàn)采用的電路如圖 4-4a所示，圖4-4b是它的等效電路。在圖中，我們假設(shè)電路是對(duì)稱(chēng)的，即C2o=C2i,Ri5=R6,Kdi=Ki2(Kd為檢波器的傳輸系數(shù))，以及初次中，我們假設(shè)電路是對(duì)稱(chēng)的，即回路Q(chēng)值相等，諧振頻率相等,于是加到兩個(gè)檢波二極管上的電壓分別為VD1 V1軌2當(dāng)外加信號(hào)頻率改變時(shí),V和V2之間的相位將隨之改變。由圖4-4可看到VC20=K回路Q(chēng)值相等，諧振頻率相等,于是加到兩個(gè)檢波二極管上的電壓分別為VD1 V1軌2當(dāng)外加信號(hào)頻率改變時(shí),V和V2之間的相位將隨之改變。由圖4-4可看到VC20=Kd1Vd1 V C21=Ki2V)2VC20 Kd1 VD1 VD1VC21 Kd2VD2 VD2(4-13)因?yàn)閂r15=Vr16,又假定電壓方向如高頻等效電路所示，可得:VC20 V0 VC21 V0(4-14)式中Vo為鑒頻器輸出電壓，即1Vo2Vc20Vc21或Vo1廠VD2(4-15)由于VC20VD1Vc21,且Vc21VD2VC22 VC20可得(4-16)VC221可得(4-16)VC221Vdi/Vd2圖4-4a鑒頻器實(shí)驗(yàn)原理圖 圖4-4b鑒頻器等效電路將Vc20 VC22VC21代入式(4-15)可得Vo1二VVo1二VC20 VC212VC222VC21(4-17)再將式（4-16）代入（4-17）,于是有Vo12Vo12VC2211Vd1/Vd2(4-18)V%V本身的大小，僅取決于它V%V本身的大小，僅取決于它比轉(zhuǎn)器fXf \i \<、!fv\ zf、1\/7限幅作用，就是對(duì)寄生調(diào)幅有一定的抑制能力。由式（4-18）可見(jiàn)鑒頻器輸出電壓的大小并不決定于們的比值Vd1、，，故稱(chēng)比例鑒頻器。我們知道/VD2相位鑒頻器的輸出電壓為 Vo KdVD1VD2，由此知道比例鑒頻器的輸出要比相位鑒頻器小一半。但比例鑒頻器有它的優(yōu)點(diǎn)，即它具有自圖4-5比例鑒頻器的鑒頻特性曲線（實(shí)線）比例鑒頻器的自限幅作用可以這樣來(lái)解釋?zhuān)俣ㄝ斎胄盘?hào)變大，次級(jí)所獲得的信號(hào)電壓也變大，VDi，VD2變大，但由于0>2容量較大（10F）,它的充放電時(shí)間常數(shù)增大，在短時(shí)間內(nèi)VC22維持不變，故相當(dāng)于Rl5,R6減小，它使回路Q(chēng)值降低，次級(jí)信號(hào)下降，這樣就能保持輸出電壓近似不變。比例鑒頻器的鑒頻特性如圖 4-5所示。從圖4-5可看到，當(dāng)信號(hào)頻率等于鑒頻器中心頻率fo時(shí)，鑒頻器輸出為零。當(dāng)信號(hào)頻率向低端或高端偏離中心頻率時(shí)，鑒頻器將得到負(fù)或正的輸出電壓，圖中AB段是鑒頻器的線性工作區(qū)，鑒頻特性俗稱(chēng)鑒頻器的 S曲線。通過(guò)改變兩個(gè)二極管連接的方向或耦合線圈的繞向 （同名端），可以使鑒頻特性反向。當(dāng)回路的Q值過(guò)高，尤其是回路初次級(jí)耦合過(guò)緊，次級(jí)回路 Q值過(guò)高，都會(huì)縮小鑒頻器的線性工作區(qū)。本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)電路如圖 4-6所示。圖4-6調(diào)頻鑒頻器實(shí)驗(yàn)電路圖三、實(shí)驗(yàn)儀器1?頻率特性測(cè)試儀（掃頻儀） 2.雙蹤示波器;?函數(shù)發(fā)生器 4?穩(wěn)壓電源四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟對(duì)照實(shí)驗(yàn)電路圖核對(duì)電路各元件值，調(diào)節(jié) W,觀察變?nèi)莨軐?duì)地電壓的變化范圍。2．測(cè)靜態(tài)調(diào)制特性曲線，即E0-f曲線，E0在TP1處測(cè)，靠改變W1獲得。示波器接射隨器后面的TP2點(diǎn)，（S置“中”）。根據(jù)靜態(tài)調(diào)制特性，選擇最佳工作點(diǎn)電壓，使調(diào)頻振蕩器的中心頻率約為。在調(diào)制信號(hào)輸入端（即電路圖 C的左端）加入1KHz1Vpp正弦波，在TP2點(diǎn)觀察記錄調(diào)頻輸出波形；改變調(diào)制信號(hào)為2KHz、2Vpp,觀察描述載波頻率隨調(diào)制信號(hào)頻率和電壓變化的情形。S置“下”，用掃頻儀BT3D調(diào)整鑒頻器初次級(jí)回路，使在掃頻儀上獲得上下、 左右對(duì)稱(chēng)、中心頻率符合要求的S曲線。當(dāng)中心頻率不符合要求或正負(fù)向峰值不對(duì)稱(chēng)時(shí)，可調(diào)節(jié)初、次級(jí)回路的調(diào)諧元件。由于初次級(jí)回路是相互影響的，因此必須反復(fù)調(diào)節(jié)才能獲得較對(duì)稱(chēng)的S曲線。描繪S曲線，記錄fo、fA、fB值。在鑒頻器輸入端加入土的點(diǎn)頻信號(hào)，測(cè)量 f---Vo關(guān)系曲線。（注意：此時(shí)Vo是直流）f:載波頻率，Vo：鑒頻器輸出電壓。在在鑒頻器輸入端加入調(diào)頻波（信號(hào)源 F20A置FM模式，載頻置為6中測(cè)出的fo值，載波幅度：2Vpp）,測(cè)量Q=1KHz時(shí)的△f---Vo曲線及△f=100KHz時(shí)的Q---Vo曲線。△f:頻率偏移（FMDEVIA）,Q:調(diào)制信號(hào)頻率（FMFREQ）,Vo：鑒頻器輸出電壓，此時(shí)為正弦波。 （△f:50-150KHZ,Q:1-10KHz）S置“上”，用低頻1KHz,1Vpp正弦波作為調(diào)制信號(hào)加至C的左端，調(diào)節(jié)W1C5,記錄鑒頻器輸出的最大不失真波形。五、數(shù)據(jù)處理1、 調(diào)節(jié)W,發(fā)現(xiàn)|E0max|=8.614V,|E0min|=0.7069V所以|E0|€[0.7069V,8.614V]2、測(cè)靜態(tài)調(diào)制特性曲線，即 E0-f曲線：E0/Vf/MHz使用origin作圖如下:6.6-f/MHz■6.0-■I 1 I 1 I 1-9 -6 -3 0E0/V圖一由于頻率與電容值成反比，所以 曰與Vd之間滿足實(shí)驗(yàn)原理所提及的 n次方反比關(guān)系。3、 根據(jù)靜態(tài)調(diào)制特性，選擇最佳工作點(diǎn)電壓，使調(diào)頻振蕩器的中心頻率約為。通過(guò)反復(fù)調(diào)節(jié)W,使得f=，而此時(shí)Eo=4、在調(diào)制信號(hào)輸入端（即電路圖 G的左端）加入1KHz、1Vpp正弦波，在TP2點(diǎn)得到的調(diào)頻輸出波形如圖二所示:I520U/ I520U/ 叩-「： 103Ct/ 4S1'u0工転疾o ts匿?IT貳注I.OUDkH!1DCVpo0DV*圖AgilentT飢nnDC4用值⑴：2迪AgilentT飢nnDC4用值⑴：2迪6,5-HHz我們可以發(fā)現(xiàn)在1KHz1Vpp正弦波加入下，波形出現(xiàn)了極為微小的頻偏，不易察覺(jué)我們可以發(fā)現(xiàn)在改變調(diào)制信號(hào)為2KHz3Vpp在TP2點(diǎn)得到的調(diào)頻輸出波形如圖三所示:1應(yīng)［川1Agilent“if蒼肝2U_bSa/￡*70'IDt1D0C&；'0-1Jj./□C□COft?St2DOOkHi3D0Vi?p*圖三從圖中我們可以很明顯的看到載波波形出現(xiàn)了極為明顯的頻偏，但載波的頻率與電壓均未發(fā)生變化。5、 S置“下”，用掃頻儀BT3D調(diào)整鑒頻器初次級(jí)回路，使在掃頻儀上獲得上下、左右對(duì)稱(chēng)、中心頻率符合要求的S曲線。實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)初、次級(jí)回路的調(diào)諧元件，使得掃頻儀上得到了較為對(duì)稱(chēng)的曲線，曲線圖見(jiàn)附件。通過(guò)讀取掃頻儀上格數(shù)，得到了 fO、fA、fB的數(shù)值：f0=，fA=，fB=6、在鑒頻器輸入端加入土的點(diǎn)頻信號(hào)，測(cè)量 f---Vo關(guān)系曲線。f為載波頻率，通過(guò)示波器讀出，Vo為鑒頻器輸出電壓，由萬(wàn)用表讀出f/MHzEo/Vf/MHzEo/V利用origin作圖如圖四所示:—I.fjji-2-8f/MHz—I.fjji-2-8f/MHz圖四由圖可以讀出f0=,fA=,fB=與通過(guò)掃頻儀獨(dú)處的數(shù)值相比較，相差不大。7、在在鑒頻器輸入端加入調(diào)頻波（信號(hào)源 F20A置FM模式，載頻置為6中測(cè)出的fo值，載波幅度：2Vpp）,測(cè)量Q=1KHz時(shí)的△f---Vo曲線及△f=100KHz時(shí)的Q---Vo曲線。△f:頻率偏移（FMDEVIA）,Q:調(diào)制信號(hào)頻率（FMFREQ）,Vo：鑒頻器輸出電壓，此時(shí)為正弦波。 （△f:50-150KHz,Q:1-10KHz）（1）測(cè)量Q=1KHz時(shí)的△f---Vo曲線△f/KHz5060708090100110120130140150Vo/V利用origin作圖，如圖五所示:

2.4Equationy一a+bxAdj.R-Square0.99741D2.4Equationy一a+bxAdj.R-Square0.99741DValueStandardError0.02618BUQ&O1OBSlope0.015492.49591E-41.60.84080120BLinearFitofB160f/KHz圖五利用origin對(duì)其進(jìn)行線性擬合，可以發(fā)現(xiàn)△ f與Vo之間具有非常好的線性關(guān)系，它們的r=(2)測(cè)量△f=100KHz時(shí)的Q---Vo曲線Q/KHzVo/V利用origin作圖，如圖六所示:88BVTOV0.6BVTOV0.61 ■ 1 1 r4 8 12Q/KHz由圖可以發(fā)現(xiàn)，在前半部分Q與 Vo之間基本呈線性關(guān)系，后半部分則出現(xiàn)了失真，這說(shuō)明△f所取的值偏小，應(yīng)