高频-电容耦合相位鉴频器

相位鉴频器实验 121180166 赵琛 第 1 页 共 8 页 实验九实验九 电容耦合相位鉴频器实验电容耦合相位鉴频器实验 121180166121180166 赵琛赵琛 一 实验目的一 实验目的 1 进一步学习掌握频率解调相关理论 1 了解电容耦合相位鉴频器的工作原理 3 测量鉴频曲线 S形曲线的测试方法 二 实验使用仪器二 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三 实验基本原理与电路 1 实验基本原理实验基本原理 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 对于调频波的解调电路来说 是从调频波中取出原调制信号 即输出电 压与输入信号的瞬时频率偏移成正比 又称为鉴频器 对于调相波的解调电路 是从调相波中取出原调制信号 即输出电压 与输入信号的瞬时相位偏移成正比 又称为鉴相器 实现调频信号解调的鉴频电路可分为三类 第一类是调频 调幅调频变换 型 这种类型是先通过线性网络把等幅调频波变换成振幅与调频波瞬时频率成 正比的调幅调频波 然后用振幅检波器进行振幅检波 第二类是相移乘法鉴频 型 这种类型是将调频波经过移相电路变成调相调频波 其相位的变化正好与 调频波瞬时频率的变化成线性关系 然后将调相调频波与原调频波进行相位比 较 通过低通滤波器取出解调信号 因为相位比较器通常用乘法器组成 所以 称为相移乘法鉴频 第三类是脉冲均值型 这种类型是把调频信号通过过零比 相位鉴频器实验 121180166 赵琛 第 2 页 共 8 页 较器变换成重复频率与调频信号瞬时频率相同的单极性等幅脉冲序列 然后通 过低通滤波器取出脉冲序列的平均值 这就恢复出与瞬时频率变化成正比的信 号 根据工作原理鉴频器可分为 斜率鉴频器 参差调谐鉴频器 相位鉴频器 比例鉴频器 脉冲计数式鉴频器 锁相鉴频器等 压电陶瓷鉴频器是一种具有移相鉴频特性的的滤波元件 主要用在电 视机或录像机伴音中频放大或解调电路中以及 FM 调频收音机 的鉴频器电路 中 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 图 9 1 是频率电压转换原理图 0 U1 U2 2 U2 2 U1 U2 2 U2 2 U2 2 U2 2 a b 0 c 0 d 0 ff 2 U 1 U 3D U 4D U 鉴频器的输出大于零 当时 滞后于的相角大于 90 0 ff 2 U 1 U 3D 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 4D U 也较高 四 实验内容四 实验内容 1 在实验箱主板上插上实验用电容耦合回路相位鉴频器耦合回路相位鉴频器和变容二极管调频容二极管调频 器模块器模块 接通实验箱上电源开关电源指标灯点亮 2 调频调频 鉴频过程观察鉴频过程观察 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 将变容二极管调频模块的输入信号波形与鉴频输出信号 OUT 波形画在 实验报告纸上并作比较 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 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 改变调制信号幅度 改变调制信号幅度 第一组 反偏电压第一组 反偏电压 2V2V 频率 频率 1KHz1KHz 调制电压幅度 V12345 输出信号幅度 V0 3400 6441 041 662 18 相位鉴频器实验 121180166 赵琛 第 6 页 共 8 页 第二组 反偏电压 6V6V 频率 1KHz1KHz 调制电压幅度 V12345 输出信号幅度 V0 6301 221 812 403 15 第三组 反偏电压 10V10V 频率 1KHz1KHz 调制电压幅度 V12345 输出信号幅度 V0 5361 051 532 002 44 改变调制信号频率 改变调制信号频率 第一组 反偏电压第一组 反偏电压 2V 信号幅度 信号幅度 2V 调制电压频率 KHz12345 输出信号幅度 V0 6800 4880 3680 2920 244 第二组 反偏电压第二组 反偏电压 6V 信号幅度 信号幅度 2V 调制电压频率 KHz12345 输出信号幅度 V1 220 9680 7240 5640 450 第三组 反偏电压第三组 反偏电压 10V 信号幅度 信号幅度 2V 调制电压频率 KHz12345 输出信号幅度 V1 060 6880 4840 3640 288 数据分析 1 如果调制电压幅度越大 那么最大频偏会增大 而在鉴频器正常工作的区 间内 随着最大频偏的增大 输出的电压值也会增大 且两者基本成线性关系 这符合理论 在不同反偏电压情况下 这点都得到了验证 2 随着频率的增加 我们可以看到输出幅值在减小 这说明随着输入信号 频率增大 频偏变化的时间变得很小 在 t 时间里面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 反偏电压和输出幅度之间并没有很明显的关系 相对来说反偏电压 6V 时 候幅度最大 我想这是 1 因为在 6V 的时候 在失真和灵敏度之间相对有一个 最合适的值 从而能得到最好的波形 2 在调节完反偏电压之后每次都需要重 新对鉴频器进行调节 每次不同的调节都会使得幅度有一定变化 因此幅值和 相位鉴频器实验 121180166 赵琛 第 7 页 共 8 页 反偏电压没有明确的关系 3 鉴频特性 鉴频特性 S 形曲线 观察和测量形曲线 观察和测量 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输入端 扫频器输入 端接在电容耦合回路相位鉴频器输出输出端 观测鉴频特性曲线 S 曲线 调整 电容耦合相位鉴频器模块的次级回路电容 CV2 CV3 使鉴频器 S 曲线形状较 好 此时鉴频的灵敏度 鉴频的频带宽度 线性度最好 用高频信号源产生一个高频载波 频率为 10 7M 幅度有效值在 1V 左右 调整鉴频器使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 用万用表测量并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 用万用表测量并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 分析 如图所示我们可以看到 是一条比较良好的 S 型曲线 并且和下图用扫 频功能显示的鉴频特性基本相符 说明实验较为成功 相位鉴频器实验 121180166 赵琛 第 8 页 共 8 页 扫频产生的 s 型曲线 对于扫频曲线 我们以 10 0MHz 为开始频率 11 4MHz 为结束频率 时间 10ms 得到如图所示图像 从图像中我们可以清晰地看到 在 10 6 10 85MHz 之间线性度较好 这也说明 s 型曲线并不是在非线性段完全对称 这 也验证了我在实际测量中得到结果 在频率大于中心频率处线性度相对更