调频与鉴频电路

一、实验目的

(1)掌握变容二极管调频电路的原理。

(2)了解调频调制特性及测量方法。

(3)熟悉正交及锁相鉴频器的基本工作原理。

(4)了解鉴频特性曲线(S曲线)的正确调整方法。

二、实验仪器

(1)信号源模块 1块

(2)频率计模块 1块

(3)3号板 1块

(4)5号板 1块

(5)双踪示波器 1台

(6)万用表 1块

三、实验原理

1．变容二极管调频电路

调频即为载波的瞬时频率受调制信号的控制。其频率的变化量与调制信号成线性关系。常用变容二极管实现调频。

变容二极管调频电路如图3－5－1所示。

从P3处加入调制信号，使变容二极管的瞬时反向偏置电压在静态反向偏置电压的基础上按调制信号的规律变化，从而使振荡频率也随调制电压的规律变化，此时从P2处输出为调频波(FM)。本电路中使用的BB910型变容二极管，其电压－容值特性曲线见图3－5－2，从图中可以看出，在1到10V的区间内，变容二极管的容值可由35p F到8p F间变化。电压和容值成反比，也就是TP6的电平越高，振荡频率越高。

2．鉴频电路

(1)鉴频特性

鉴频是调频的逆过程，广泛采用的相位鉴频器原理是: 先将调频波经过一个线性移相网络变换成调频调相波，然后再与原调频波一起加到一个相位检波器进行鉴频。因此实现鉴频的核心部件是相位检波器。

相位鉴频器的输出电压VO与调频波瞬时频率f的关系称为鉴频特性(S曲线)，如图3－5－3所示。鉴频器的主要性能指标是鉴频灵敏度Sd和线性鉴频范围2Δfmax。Sd定义为鉴频器输入调频波单位频率变化所引起的输出电压的变化量，通常用鉴频特性曲线VO－f在中心频率f O处的斜率来表示，即Sd=VO/Δf;2Δfmax定义为鉴频器不失真解调调频波时所允许的最大频率线性变化范围。

图3－5－1 变容二极管调频

图3－5－2 BB910型变容二极管特性曲线

图3－5－3 鉴频特性曲线

(2)乘积型相位鉴频器

乘积型相位鉴频器电路如图3－5－4所示。

(3)锁相鉴频器

锁相鉴频器电路如图3－5－5所示。

图3－5－5 锁相鉴频器

四、实验内容

1．变容二极管调频电路

(1)变容二极管调频电路连线

连线框图如图3－5－6所示。

图3－5－6 变容二极管调频接线图

(2)静态调制特性测量

①将3号板S1拨为“01”，S2拨为“01”，将电路连接成LC压控振荡器，P2端先不接音频信号，将频率计接于P1处。

②调节电位器W2，用数字万用表(置于“直流电压”挡)测量变容二极管测试点TP6电压以及对应的输出频率，填入表3－5－1中。

表3－5－1 静态调制特性测量数据记录表

(3)动态测试

①将电位器W2置于某一中值位置，将峰－峰值为4V，频率为1k Hz的音频信号(正弦波)从P2输入。

②在TP6用示波器观察调频信号的波形。调节示波器扫描速度旋钮(向左)，观察并记录寄生调幅现象。

2．鉴频电路

(1)乘积型鉴频器

①按照表3－5－2完成连线。

表3－5－2 乘积型鉴频器连线说明表

②调节1号模块，使高频载波的f C=4．5MHz、Vp－p=500m V，低频调制信号的fΩ=1 m Hz，“AM调制开关”拨到右边，“FM调制开关”拨到左边(此时“FM”指示灯亮)，再顺时针调节“FM频偏”旋钮到最大，将该调频信号从RFOUT1送至5号模块的P2，并将5号模块上SW1拨至4．5MHz。

③用示波器观测TP5，适当调节谐振回路电感T1使输出端获得的低频调制信号的波形失真最小，幅度最大。

④鉴频特性曲线(S曲线)的测量。测量鉴频特性曲线的常用方法有逐点描迹法和扫频测量法、逐点描迹法的操作是: 改变高频信号发生器的输出频率(维持幅度不变)，用数字万用表(置于“直流电压”挡)于TP4处测量对应的输出电压值，填入表3－5－3中，并根据表中测量值描绘S曲线。

表3－5－3 乘积型鉴频器数据记录表

(2)锁相鉴频器

①将S1拨为0010，连线如表3－5－4所示。

表3－5－4 锁相鉴频器连线说明表

②调节1号模块，使高频载波的f C=4．5MHz、Vp－p=500m V，低频调制信号的fΩ=1 k Hz，“AM调制开关”拨到右边，“FM调制开关”拨到左边(此时“FM”指示灯会亮)，再顺时针调节“FM频偏”旋钮旋到最大，将该调频信号从RFOUT1送至5号模块的P7。

③用示波器在TP7处观测解调信号，并与调制信号进行对比。

④改变调制信号的波形和频率，观察解调信号的变化，并与调制信号进行对比。

五、实验报告要求

(1)在坐标纸上画出静态调制特性曲线，并求出其调制灵敏度，说明曲线斜率受哪些因素的影响。

(2)根据实验数据绘出鉴频特性曲线。