二極管比例鑒頻器.doc

高頻實(shí)驗(yàn)報(bào)告（四）二極管比例鑒頻器 組員 座位號(hào) 16 實(shí)驗(yàn)時(shí)間 周一上午 目錄一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、實(shí)驗(yàn)原理3三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容53.1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備53.2電路調(diào)整53.3鑒頻過(guò)程觀察5四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求64.1基本要求64.2提高要求6五、實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)6六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄76.1基本要求部分76.2提高要求部分9一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握二極管比例鑒頻器的工作原理和電路特點(diǎn)。2. 掌握二極管鑒頻電路的調(diào)試過(guò)程，了解其中各諧振回路對(duì)于鑒頻特性的影響。3. 了解鑒頻電路中各關(guān)鍵點(diǎn)的波形特征。4. 了解比例鑒頻器的自限幅特性。二、 實(shí)驗(yàn)原理從調(diào)頻信號(hào)中將調(diào)制信號(hào)分解出來(lái)的電路稱(chēng)為頻率解調(diào)電路或鑒頻電路，簡(jiǎn)稱(chēng)鑒頻器。本設(shè)計(jì)使用常用的鑒頻電路“比例鑒頻器”，如圖4.1所示。圖中初級(jí)回路和次級(jí)回路都調(diào)諧到本實(shí)驗(yàn)所選擇的中心頻率上，為使電路對(duì)稱(chēng)，還應(yīng)選擇二極管，特性盡可能一致。調(diào)頻信號(hào)在圖4.1中加到初級(jí)回路兩端，鑒頻器輸出電壓由檢波負(fù)載電容、的中點(diǎn)（即接線(xiàn)柱端)對(duì)地輸出。圖4.1 比例鑒頻頻器電路可將圖4.1 改畫(huà)成圖4.2的等效電路。圖4.2 比例鑒頻器等效電路輸出電壓 （4-1）其中，為兩個(gè)檢波器輸出電壓的比值； （4-2）其中； （4-3）這種鑒頻器的輸出電壓除了與鑒頻器中兩個(gè)檢波器輸出電壓和之和有關(guān)外，還與兩個(gè)檢波器輸出電壓和的比值有關(guān)。比例鑒頻器的輸出電壓隨輸入信號(hào)頻率的變化情況如圖4.3中實(shí)線(xiàn)所示。圖4.3鑒頻特性曲線(xiàn)一般稱(chēng)它為“鑒頻特性曲線(xiàn)”或簡(jiǎn)稱(chēng)鑒頻器“S曲線(xiàn)”。曲線(xiàn)表明在一定頻率范圍內(nèi)，鑒頻器輸出電壓與輸入信號(hào)頻率有線(xiàn)性的比例關(guān)系。鑒頻特性曲線(xiàn)也可能是圖4.3中虛線(xiàn)情況，這取決于鑒頻器中線(xiàn)圈及二極管的接法。但不管哪種形式，并不影響鑒頻器工作性能。鑒頻特性曲線(xiàn)線(xiàn)性部分（即在附近)的斜率(以表示)稱(chēng)為鑒頻器的鑒頻靈敏度，即 （4-4）在圖4.2中，將電容的容量取得足夠大，則由于大電容的濾波作用，使得當(dāng)鑒頻器輸入信號(hào)幅度有較快變化時(shí)(即有寄生調(diào)幅)，兩端電壓仍可保持不變。這樣，鑒頻器輸出電壓將只與比值有關(guān)，而的大小又只與輸入信號(hào)的頻偏有關(guān)。因此，比例鑒頻器不但能有效地從調(diào)頻信號(hào)中取出調(diào)制信號(hào)（實(shí)現(xiàn)了鑒頻），而且還能抑制調(diào)頻信號(hào)中的寄生調(diào)幅。三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3.1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備根據(jù)實(shí)驗(yàn)提供的參數(shù)，計(jì)算C3A和C4A的值，選擇合適的電容器插入實(shí)驗(yàn)板。在實(shí)驗(yàn)板上R5的位置，插入51W的電阻。在實(shí)驗(yàn)板上R11的位置，插入10kW的電阻。接通實(shí)驗(yàn)板電源，實(shí)驗(yàn)板上的電源指示發(fā)光二極管點(diǎn)亮。3.2電路調(diào)整一、將信號(hào)發(fā)生器輸出1（Output 1）連接到比例鑒頻器的輸入（J1）上，輸出掃頻信號(hào)。將比例鑒頻器的輸出（J2）連接到示波器輸入端。二、用示波器觀察S曲線(xiàn)。若無(wú)法看到S曲線(xiàn)，或者S曲線(xiàn)的中心頻率偏離10.7MHz太遠(yuǎn)，則應(yīng)檢查C3A和C4A的容量是否選擇正確。若S曲線(xiàn)的中心頻率接近10.7MHz，則可以縮小信號(hào)發(fā)生器的掃頻寬度為500kHz，作進(jìn)一步的調(diào)整。三、調(diào)節(jié)C3B和C4B，使得S曲線(xiàn)的中心頻率精確等于10.7MHz，且有良好的對(duì)稱(chēng)性和線(xiàn)性。記錄S曲線(xiàn)的形狀和參數(shù)。3.3鑒頻過(guò)程觀察一、將信號(hào)發(fā)生器輸出1（Output 1）連接到比例鑒頻器的輸入（J1）上。將比例鑒頻器的輸出（J2）連接到示波器輸入端。二、將輸出信號(hào)模式設(shè)為為FM，載波頻率為10.7MHz，調(diào)制頻率為1kHz，最大頻偏為160kHz，輸出幅度為2mV。三、調(diào)節(jié)示波器，使能夠觀察到鑒頻輸出波形，即頻率為1kHz的正弦波。此時(shí)若改變信號(hào)發(fā)生器的調(diào)制頻率，可以觀察到鑒頻器輸出信號(hào)的頻率改變。四、改變信號(hào)發(fā)生器的輸出載頻信號(hào)幅度，則鑒頻器輸出信號(hào)幅度亦會(huì)相應(yīng)改變。從輸出載頻幅度等于6dBm開(kāi)始，逐點(diǎn)記錄輸入輸出的幅度，直至輸出載頻幅度達(dá)到40dBm止。四、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求4.1基本要求一、完成電路計(jì)算和調(diào)試，觀察和記錄S曲線(xiàn)，觀察和記錄輸出波形。二、根據(jù)S曲線(xiàn)，計(jì)算比例鑒頻器的鑒頻寬度和鑒頻跨導(dǎo)。鑒頻寬度，鑒頻跨導(dǎo)。式中，fmax、fmin分別是S形曲線(xiàn)的上、下峰點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率；Vmax、Vmin分別是S形曲線(xiàn)的上、下峰點(diǎn)對(duì)應(yīng)的幅度值。三、記錄比例鑒頻器的自限幅特性，畫(huà)出比例鑒頻器的輸入幅度輸出幅度關(guān)系曲線(xiàn)。4.2提高要求一、逐步增大輸入調(diào)頻信號(hào)的最大頻偏，觀察鑒頻器的輸出信號(hào)波形，直至出現(xiàn)明顯的失真。記錄并解釋上述現(xiàn)象。二、在T1諧振回路兩端加接R4以改變其Q值，觀察比例鑒頻器的S曲線(xiàn)形狀的改變。記錄并解釋上述改變。三、通過(guò)改變C3和C4，分別改變T1諧振回路和T2諧振回路的諧振情況，觀察它們對(duì)于S曲線(xiàn)形狀的影響。記錄并解釋上述結(jié)果。五、 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路：T1：1-2,14T；2-3,7T；4-5,7T；T2：1-2,8T；2-3,8T；4-5,1T LT1 (1-3)+LT2(4-5) 4mH；LT2 (1-3) 2.1mH圖4.4比例鑒頻器實(shí)驗(yàn)電路因?yàn)?，根?jù)，計(jì)算得到，因此，取瓷片電容，可調(diào)電容； 取瓷片電容, 可調(diào)電容。六、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄與分析6.1基本要求部分1. S曲線(xiàn)記錄輸入：掃頻信號(hào)，中心頻率10.7MHz,掃頻寬度0.8MHz（10.3 MHz -11.1 MHz），輸出幅度20mV。 輸出S曲線(xiàn)：2. 鑒頻寬度和鑒頻跨導(dǎo)的計(jì)算 所需數(shù)據(jù)并不是直接從S曲線(xiàn)上讀出，而是采用正弦波輸入，改變其頻率，看輸出電平。記錄Vmax 和Vmin所對(duì)應(yīng)的 f。輸入： 正弦波信號(hào)，幅度Vipp=1V輸出： f=10.7MHz，對(duì)應(yīng)Vo= -4.62mV fmin=10.52MHz，對(duì)應(yīng)Vmin= -592mV fmax=10.92MHz，對(duì)應(yīng)Vmax= 608mV所以得鑒頻寬度： 鑒頻跨導(dǎo)：3. FM鑒頻波形輸入：模式為FM，載波頻率10.7MHz，調(diào)制頻率1kHz，最大頻偏160 kHz輸出波形：可以看到，鑒頻得到的信號(hào)頻率為1.001kHz，但是幅度較小。4. 自限幅特性輸入：FM波，載波頻率10.7MHz，最大頻偏160kHz輸入幅度（V）輸出幅度（mV） Vipp0.10.20.30.40.50.6Vopp20.823.224.825.62828.8Vipp0.70.80.91.01.21.4Vopp3031.23233.641.643.2Vipp1.61.82.02.22.42.6Vopp46.448.851.254.457.660.8Vipp2.83.03.23.43.63.8Vopp6467.269.673.676.880.8Vipp4.04.24.44.64.85.0Vopp83.288.89293.693.694.4Vipp5.25.45.65.86.06.2Vopp94.49288.8848076可以看到當(dāng)輸入幅度超過(guò)1V時(shí)，輸出幅度變化十分緩慢。經(jīng)MATLAB擬合，得到自限幅特性曲線(xiàn)： 6.2提高要求部分1. 增大頻偏，觀察輸出波形輸入：FM波，載波頻率10.7MHz，輸入幅度1V。輸出波形記錄如下： 頻偏為160KHz，此時(shí)波形無(wú)失真之后逐漸加大頻偏，波形均無(wú)失真 頻偏為210kHz此時(shí)波形底部開(kāi)始出現(xiàn)失真頻偏為240kHz底部明顯失真之后失真越來(lái)越明顯分析：之前已經(jīng)計(jì)算過(guò)，本電路鑒頻寬度為0.4MHz，所以在此范圍內(nèi)，鑒頻效果較好，超出此范圍，就會(huì)出現(xiàn)失真。所以理論上頻偏為200kHz時(shí)會(huì)出