二極管比例鑒頻器.doc

高頻實驗報告（四）二極管比例鑒頻器 組員 座位號 16 實驗時間 周一上午 目錄一、實驗目的3二、實驗原理3三、實驗內(nèi)容53.1實驗準備53.2電路調(diào)整53.3鑒頻過程觀察5四、實驗報告要求64.1基本要求64.2提高要求6五、實驗參數(shù)設計6六、實驗結果記錄76.1基本要求部分76.2提高要求部分9一、 實驗目的1. 掌握二極管比例鑒頻器的工作原理和電路特點。2. 掌握二極管鑒頻電路的調(diào)試過程，了解其中各諧振回路對于鑒頻特性的影響。3. 了解鑒頻電路中各關鍵點的波形特征。4. 了解比例鑒頻器的自限幅特性。二、 實驗原理從調(diào)頻信號中將調(diào)制信號分解出來的電路稱為頻率解調(diào)電路或鑒頻電路，簡稱鑒頻器。本設計使用常用的鑒頻電路“比例鑒頻器”，如圖4.1所示。圖中初級回路和次級回路都調(diào)諧到本實驗所選擇的中心頻率上，為使電路對稱，還應選擇二極管，特性盡可能一致。調(diào)頻信號在圖4.1中加到初級回路兩端，鑒頻器輸出電壓由檢波負載電容、的中點（即接線柱端)對地輸出。圖4.1 比例鑒頻頻器電路可將圖4.1 改畫成圖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檢波器輸出電壓和之和有關外，還與兩個檢波器輸出電壓和的比值有關。比例鑒頻器的輸出電壓隨輸入信號頻率的變化情況如圖4.3中實線所示。圖4.3鑒頻特性曲線一般稱它為“鑒頻特性曲線”或簡稱鑒頻器“S曲線”。曲線表明在一定頻率范圍內(nèi)，鑒頻器輸出電壓與輸入信號頻率有線性的比例關系。鑒頻特性曲線也可能是圖4.3中虛線情況，這取決于鑒頻器中線圈及二極管的接法。但不管哪種形式，并不影響鑒頻器工作性能。鑒頻特性曲線線性部分（即在附近)的斜率(以表示)稱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，使得當鑒頻器輸入信號幅度有較快變化時(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，而的大小又只與輸入信號的頻偏有關。因此，比例鑒頻器不但能有效地從調(diào)頻信號中取出調(diào)制信號（實現(xiàn)了鑒頻），而且還能抑制調(diào)頻信號中的寄生調(diào)幅。三、 實驗內(nèi)容3.1實驗準備根據(jù)實驗提供的參數(shù)，計算C3A和C4A的值，選擇合適的電容器插入實驗板。在實驗板上R5的位置，插入51W的電阻。在實驗板上R11的位置，插入10kW的電阻。接通實驗板電源，實驗板上的電源指示發(fā)光二極管點亮。3.2電路調(diào)整一、將信號發(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。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。若無法看到S曲線，或者S曲線的中心頻率偏離10.7MHz太遠，則應檢查C3A和C4A的容量是否選擇正確。若S曲線的中心頻率接近10.7MHz，則可以縮小信號發(fā)生器的掃頻寬度為500kHz，作進一步的調(diào)整。三、調(diào)節(jié)C3B和C4B，使得S曲線的中心頻率精確等于10.7MHz，且有良好的對稱性和線性。記錄S曲線的形狀和參數(shù)。3.3鑒頻過程觀察一、將信號發(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、將輸出信號模式設為為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。此時若改變信號發(fā)生器的調(diào)制頻率，可以觀察到鑒頻器輸出信號的頻率改變。四、改變信號發(fā)生器的輸出載頻信號幅度，則鑒頻器輸出信號幅度亦會相應改變。從輸出載頻幅度等于6dBm開始，逐點記錄輸入輸出的幅度，直至輸出載頻幅度達到40dBm止。四、 實驗報告要求4.1基本要求一、完成電路計算和調(diào)試，觀察和記錄S曲線，觀察和記錄輸出波形。二、根據(jù)S曲線，計算比例鑒頻器的鑒頻寬度和鑒頻跨導。鑒頻寬度，鑒頻跨導。式中，fmax、fmin分別是S形曲線的上、下峰點對應的頻率；Vmax、Vmin分別是S形曲線的上、下峰點對應的幅度值。三、記錄比例鑒頻器的自限幅特性，畫出比例鑒頻器的輸入幅度輸出幅度關系曲線。4.2提高要求一、逐步增大輸入調(diào)頻信號的最大頻偏，觀察鑒頻器的輸出信號波形，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曲線形狀的改變。記錄并解釋上述改變。三、通過改變C3和C4，分別改變T1諧振回路和T2諧振回路的諧振情況，觀察它們對于S曲線形狀的影響。記錄并解釋上述結果。五、 實驗參數(shù)設計實驗電路：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比例鑒頻器實驗電路因為，根據(jù)，計算得到，因此，取瓷片電容，可調(diào)電容； 取瓷片電容, 可調(diào)電容。六、 實驗結果記錄與分析6.1基本要求部分1. S曲線記錄輸入：掃頻信號，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：2. 鑒頻寬度和鑒頻跨導的計算 所需數(shù)據(jù)并不是直接從S曲線上讀出，而是采用正弦波輸入，改變其頻率，看輸出電平。記錄Vmax 和Vmin所對應的 f。輸入： 正弦波信號，幅度Vipp=1V輸出： f=10.7MHz，對應Vo= -4.62mV fmin=10.52MHz，對應Vmin= -592mV fmax=10.92MHz，對應Vmax= 608mV所以得鑒頻寬度： 鑒頻跨導：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可以看到當輸入幅度超過1V時，輸出幅度變化十分緩慢。經(jīng)MATLAB擬合，得到自限幅特性曲線： 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，此時波形無失真之后逐漸加大頻偏，波形均無失真 頻偏為210kHz此時波形底部開始出現(xiàn)失真頻偏為240kHz底部明顯失真之后失真越來越明顯分析：之前已經(jīng)計算過，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，就會出現(xiàn)失真。所以理論上頻偏為200kHz時會出