高頻實(shí)驗(yàn)三四

1、一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 掌握變?nèi)荻O管調(diào)頻的工作原理。2、 能夠測量變?nèi)荻O管的CjV特性曲線。3、 能夠測量調(diào)頻信號的頻偏及調(diào)制靈敏度。二、實(shí)驗(yàn)原理調(diào)頻是把要傳送的信息(例如語言、音樂)作為調(diào)制信號去控制高頻載波的瞬時(shí)頻率，使瞬時(shí)頻率按照調(diào)制信息的規(guī)律變化。調(diào)制信號為，載波信號為，高頻載波的瞬時(shí)頻率跟隨的變化而變化，即(6-1)則調(diào)頻波為： (6-2)式中為調(diào)頻指數(shù)， 為最大角頻偏，為調(diào)頻靈敏度。最常用的方法是利用變?nèi)荻O管的特性直接產(chǎn)生調(diào)頻波，原理電路如圖6-1所示。圖6-1 變?nèi)荻O管調(diào)頻原理電路變?nèi)荻O管的靜態(tài)工作電壓為，調(diào)制信號為，結(jié)電容為：(6-3)式中為靜態(tài)結(jié)電容。為電容調(diào)制度，表示電

2、容受調(diào)制信號調(diào)變的程度。為勢壘壓(硅管為0.7V，鍺管為0.3V)。為結(jié)電容變化指數(shù)。二極管通過耦合電容并聯(lián)在回路，總電容為，瞬時(shí)振蕩頻率滿足： (6-4)振蕩頻率隨調(diào)制電壓線性變化，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。IN81為調(diào)制信號輸入端，TT82為調(diào)制信號輸出端。R81、R82、W81、R83組成變?nèi)荻O管直流偏壓電路。C83、C84、C812組成變?nèi)荻O管的不同接入系數(shù)。IN81為調(diào)制信號輸入端，L84、C88、C87、C89、C85和振蕩管組成LC調(diào)制電路。使用12V供電，振蕩器Q81使用3DG12C，變?nèi)莨苁褂肂b910，Q82為隔離緩沖級。主振頻率f0，最大頻偏fm =±20KHz。圖6-

3、2 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路三、實(shí)驗(yàn)儀器1、變?nèi)荻O管調(diào)頻模塊 DYT3000GP-03(左) 2、低頻信號源 DYT3000GP-09 3、 頻率計(jì) DYT3000GP-084、20MHz雙蹤模擬示波器 一臺(tái)5、頻譜儀(選做) 一臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 4.1 連接J82、J84組成LC調(diào)頻電路。接通電源，調(diào)節(jié)W81，使變?nèi)荻O管D81的反向偏壓為V；調(diào)節(jié)W82使Q81靜態(tài)工作點(diǎn)Ueq=2V。調(diào)節(jié)L84，使振蕩頻率為10.7MHz，Vp-p=300mV左右，用示波器和頻率計(jì)在TT82處觀察振蕩波形。 4.2從IN81處輸入1KHz正弦信號作為調(diào)制信號(信號由低頻信號源提供，頻率由零逐漸增大。用示波器在TT

4、82處觀察振蕩波形變化,如果有頻譜儀則可以用頻譜儀觀察調(diào)制頻偏)，此時(shí)觀測到一條正弦?guī)А?4.3分別接J81、J83重做實(shí)驗(yàn)2。 4.4用頻譜儀觀察調(diào)頻信號(接入變?nèi)荻O管,即連J84，斷開J85)，記下不同的V對應(yīng)的不同的f，計(jì)算調(diào)制靈敏度。 4.5觀察頻偏與接入系數(shù)的關(guān)系(斷開J85，連接J84)。在直流偏置電壓和調(diào)制信號相同的情況下，分別連接J81、J83測試頻偏， 計(jì)算，驗(yàn)證。 (為7)接入系數(shù)為，Cx為所接入的電容。 4.6觀察頻偏與直流反偏電壓的關(guān)系(此時(shí)應(yīng)斷開J85，連接J82、J84)。V123456Fo 4.7觀察頻偏與調(diào)制信號頻率的關(guān)系(此時(shí)應(yīng)斷開J85，連接J82、J84

5、)。Fu1KHZ2 KHZ3 KHZ4 KHZ5 KHZ6 KHZ7 KHZFo五、預(yù)習(xí)要求1、復(fù)習(xí)二極管調(diào)頻工作原理。2、熟悉示波器的使用方法。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、整理LC調(diào)頻所測的數(shù)據(jù)，繪出觀察到的波形。2、繪出Cjx VRX曲線，和LC調(diào)頻電路的fX VRX曲線。3、從fX VRX曲線上求出V對應(yīng)的Kf=f /V值，與直接測量值進(jìn)行比較。七、思考題1、說明鏡像干擾引起的后果，如何減小鏡像干擾？2、3、實(shí)驗(yàn)四 集成電路模擬乘法器應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解模擬乘法器(MC1496)的工作原理，掌握其調(diào)整與特性參數(shù)的測量方法。2、掌握利用乘法器實(shí)現(xiàn)混頻，平衡調(diào)幅，同步檢波，鑒頻等幾種頻率變換電路

6、的原理及方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器1、混頻、調(diào)幅(乘法器) 正弦振蕩器 DYT3000GP-012、檢波鑒頻乘法器 DYT3000GP-04(右)3、高頻信號發(fā)生器 DYT3000GP-064、頻率計(jì) DYT3000GP-085、低頻信號源 DYT3000GP-096、雙蹤示波器 一臺(tái)7、頻率特性掃頻儀(選項(xiàng)) 一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)原理及電路1、 集成模擬乘法器集成模擬乘法器是完成兩個(gè)模擬量(電壓或電流)相乘的電子器件。在高頻電子線路中，振幅調(diào)制、同步檢波、混頻、倍頻、鑒頻、鑒相等調(diào)制與解調(diào)等過程，均可視為兩個(gè)信號相乘或包含相乘的過程。采用集成模擬乘法器實(shí)現(xiàn)上述功能比采用分離器件如二極管和三極管要簡單的多，而

7、且性能優(yōu)越，所以在無線通信、廣播電視等方面得到廣泛應(yīng)用。集成模擬乘法器的常見產(chǎn)品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。本實(shí)驗(yàn)介紹MC1496集成模擬乘法器。圖7-1 MC1496引腳圖MC1496為雙平衡四象限模擬乘法器，引腳如圖7-1所示。引腳8與10接輸入載波信號UX，引腳1與4接輸入調(diào)制信號Uy，輸出電壓U0從引腳6與12輸出。引腳2與3可 外接電阻RE，擴(kuò)展調(diào)制信號Uy的線性動(dòng)態(tài)范圍。引腳14為負(fù)電源端(雙電源供電時(shí))或接地端(單電源供電時(shí))，引腳5外接電阻R5，調(diào)節(jié)偏置電流及鏡像電流。2、基本工作原理2.1振幅調(diào)制、雙邊帶、單

8、邊帶振幅調(diào)制若高頻載波信號為，低頻調(diào)制信號為，調(diào)幅信號為(7-11)式中，調(diào)幅系數(shù)；載波信號，上邊帶信號，下邊帶信號調(diào)幅波中載波分量占有很大比重，因此信息傳輸效率較低，稱為有載波調(diào)制。為提高信息傳輸效率，廣泛采用抑制載波的雙邊帶或單邊帶振幅調(diào)制。雙邊帶調(diào)幅波的表達(dá)式為 (7-12)單邊帶調(diào)幅波的表達(dá)式為 或 (7-13)振幅調(diào)制信號的解調(diào)過程稱為檢波。常用方法有包絡(luò)檢波和同步檢波兩種。有載波振幅調(diào)制信號的包絡(luò)直接反映了調(diào)制信號的變化規(guī)律，可以用二極管包絡(luò)檢波的方法進(jìn)行解調(diào)。抑制載波的雙邊帶或單邊帶振幅調(diào)制信號的包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號的變化規(guī)律，必須采用同步檢波方法。若輸入信號為有載波振幅調(diào)制

9、信號，同步信號為載波信號，則輸出電壓為 (7-16)式中，第1項(xiàng)為直流分量，第2項(xiàng)是所需要的低頻調(diào)制信號分量，后面3項(xiàng)為高頻分量，利用隔直電容及低通濾波器可濾掉直流分量及高頻分量，從而實(shí)現(xiàn)了有載波振幅調(diào)制信號的解調(diào)，必須滿足uX=UC26mV為小信號，uy=US為大信號。同步檢波分為疊加型同步檢波和乘積型同步檢波。工作原理如下：在乘法器的一個(gè)輸入端輸入振幅調(diào)制信號，如抑制載波的雙邊帶信號，另一輸入端輸入同步信號(即載波信號)，經(jīng)乘法器相乘，可得輸出信號為(7-17)式中，第1項(xiàng)是低頻調(diào)制信號分量，后2項(xiàng)為高頻分量，使用低通濾波器濾掉，實(shí)現(xiàn)雙邊帶信號解調(diào)，必須滿足uX=UC26mV為小信號，uy

10、=US為大信號。若輸入信號為單邊帶振幅調(diào)制信號，則乘法器輸出U0(t)為 (7-18)式中，第1項(xiàng)是所需要的低頻調(diào)制信號分量，第2項(xiàng)為高頻分量，通過低通濾波器濾除。MC1496模擬乘法器構(gòu)成的同步檢波解調(diào)器電路如圖7-5所示。其中ux端輸入同步信號或載波信號UC, uy端輸入已調(diào)波信號US。輸出端接有由R11與C6、C7組成的低通濾波器及隔直電容C8，所以該電路對有載波調(diào)幅信號及抑制載波的調(diào)幅信號均可實(shí)現(xiàn)解調(diào)。圖7-5 MC1496構(gòu)成的同步檢波器電路的解調(diào)操作過程如下:首先測量電路的靜態(tài)工作點(diǎn)C應(yīng)與圖7-3電路的靜態(tài)工作點(diǎn)基本相同,再從ux端輸入載波信號UC,其 fC=10.7MHz，UCP

11、-P=100mV。先令uy=0,調(diào)節(jié)平衡電位器RP,使輸出U0uy端輸入有載波的調(diào)制信號US,其fC=10.7MHz，fn=1KHz，USP-P=200mV，調(diào)制度m=100%，這時(shí)乘法器的輸出U0(t)經(jīng)低通濾波器后的輸出U0(t)，經(jīng)隔直電容C8后的輸出U(t)的波形分別如圖7-6(a)所示。調(diào)節(jié)電位器RP可使輸出波形U0(t)的幅度增大，波形失真減小。若US為抑制載波的調(diào)制信號，經(jīng)MC1496同步檢波后的輸出波形Un(t)如圖7-6(b)所示。 1、乘積型相位鑒頻鑒頻是調(diào)頻的逆過程，廣泛采用的鑒頻電路是相位鑒頻器。鑒頻原理是：將調(diào)頻波經(jīng)過線性移相網(wǎng)絡(luò)變換成調(diào)頻-調(diào)相波，再與原調(diào)頻波在相位

12、檢波器相加進(jìn)行鑒頻。因此實(shí)現(xiàn)鑒頻的核心部件是相位檢波器。利用模擬乘法器的相乘原理可實(shí)現(xiàn)乘積型相位檢波，基本原理是：在乘法器的一個(gè)輸入端輸入調(diào)頻波波式中，為調(diào)頻系數(shù)，其中為調(diào)制信號頻偏。另一輸入端輸入經(jīng)線性移相網(wǎng)絡(luò)移相后的調(diào)頻調(diào)相波：(7-20)式中，移相網(wǎng)絡(luò)的相頻特性。此時(shí)乘法器輸出為 (7-21)式中，第1項(xiàng)為高頻分量，被低通濾波器濾掉。第2項(xiàng)是所需要的頻率分量，只要線性移相網(wǎng)絡(luò)相頻特性在頻率變化范圍內(nèi)是線性，當(dāng)|，。因此鑒頻器的輸出電壓uo(t)的變化規(guī)律與調(diào)頻波瞬時(shí)頻率的變化規(guī)律相同，從而實(shí)現(xiàn)了相位鑒頻。所以相位鑒頻器的線性鑒頻范圍受到移相網(wǎng)絡(luò)相頻特性的線性范圍的限制。2、鑒頻特性相位鑒

13、頻器的輸出電壓U0與調(diào)頻波瞬時(shí)頻率f的關(guān)系稱為鑒頻特性，其特性曲線(或稱S曲線)如圖7-7所示。鑒頻器的主要性能指標(biāo)是鑒頻靈敏度sd和線性鑒頻范圍2fmax。sd定義為鑒頻器調(diào)頻波單位頻率變化所引起的輸出電壓的變化量，通常用鑒頻特性曲線u0-f在中心頻率f0處的斜率來表示，即 (7-22)2fmax定義鑒頻器不失真解調(diào)調(diào)頻波時(shí)所允許的最大頻率線性變化范圍，2fmax可在鑒頻特性曲線上求出。3、乘積型相位鑒頻器用MC1496構(gòu)成的乘積型相位鑒頻器電路如圖7-8所示。圖78 MC1496構(gòu)成的相位鑒頻器其中C1與并聯(lián)諧振回路C2L共同組成線性移相網(wǎng)絡(luò)，將調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率的變化轉(zhuǎn)變成瞬時(shí)相位變化。該

14、網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù)的相頻特性的表達(dá)式為： (7-23)當(dāng)時(shí)，上式近似表示為或 (7-24)式中f0回路諧振頻率，與調(diào)頻波的中心頻率相等。Q回路品質(zhì)因數(shù)。f瞬時(shí)頻率偏移。相移與頻偏f的特性曲線由圖可見：在f= f0即f=0的范圍內(nèi)，相位隨頻偏呈直線變化，從而實(shí)現(xiàn)線性移相。MC1496的作用是將調(diào)頻波與調(diào)頻調(diào)相波相乘(如式7-21)，其輸出端接集成運(yùn)放構(gòu)成的差分放大器，將雙端輸出變成單端輸出，再經(jīng)R0C0濾波網(wǎng)絡(luò)輸出，對于圖7-8所示的鑒頻電路的鑒頻操作過程如下：首先測量鑒頻器的靜態(tài)工作點(diǎn)(與圖7-3電路的靜態(tài)工作點(diǎn)基本相同)，再調(diào)諧并聯(lián)諧振回路，使其諧振(諧振頻率f0=10.7MHz)。再從ux端輸

15、入fc=10.7MHz，ucp-p=40mV的載波(不接相移網(wǎng)絡(luò)，uy=0)，調(diào)節(jié)平衡電位器RP 使載波抑制最佳(U0=0)。然后接入移相網(wǎng)絡(luò)，輸入調(diào)頻波US，其中心頻率f0=10.7MHz，ucp-p=40mV，調(diào)制信號的頻率f=1 KHz，最大頻偏fmax=75 KHz，調(diào)節(jié)諧振回路C2使輸出端獲得低頻調(diào)制信號U0(t)的波形失真最小，幅度最大。4、鑒頻特性曲線(S曲線)的測量方法測量鑒頻特性曲線的常用方法有逐點(diǎn)描跡法和掃頻測量法。 逐點(diǎn)描跡法的操作是：用高頻信號發(fā)生器作為信號源加到鑒頻器的輸入端US(見圖7-8)，先調(diào)節(jié)中心頻率f0=10.7MHz，輸出幅度ucp-p=40mV。鑒頻器的

16、輸出端U0接數(shù)字萬用表(置于“直流電壓”檔)測量輸出電壓U0值。(調(diào)諧并聯(lián)諧振回路，使其諧振)。再改變高頻信號發(fā)生器的輸出頻率(維持幅度不變)，記下對應(yīng)的輸出電壓U0值，并填入下表。最后根據(jù)表中測量值描繪S曲線。掃頻測量法的操作是：將掃頻儀(如BT-3型)的輸出信號加到鑒頻器的輸入端，掃頻儀的檢波探頭電纜換成夾子電纜線接到鑒頻器的輸出端，先調(diào)節(jié)BT-3的“頻率偏移”、“輸出衰減”和“Y軸增益”等旋鈕，使BT-3上直接顯示出鑒頻特性，利用“頻標(biāo)”可繪出曲線。調(diào)節(jié)諧振回路電容，平衡電位器RP可改變S曲線的斜率和對稱性。表7-1 鑒頻特性曲線的測量值f0/ MHz10. 5U0 / mV4混頻用模擬

17、乘法器實(shí)現(xiàn)混頻，只要在ux端和uy端分別加上兩個(gè)不同頻率的信號，相差一中頻如MHz，再經(jīng)過帶通濾波器取出中頻信號，其原理方框圖如圖7-10所示：圖7-10 混頻原理框圖若，則輸出為：經(jīng)帶通濾波器后，取差頻由MC1496模擬乘法器構(gòu)成的混頻器電路如圖7-11所示圖 7-11 MC1496構(gòu)成的混頻器其中ux端輸入信號uc=10.7MHz。uy端輸入信號us=，輸出端接有帶通濾波器LC。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將連接器J12、J13、J15、J19、J110連接好(此時(shí)J11、J14、J16、J17、J18應(yīng)斷開)，組成由mc1496構(gòu)成的混頻器電路。1、接通開關(guān)K11，在不加入輸入信號(uc、us=0)的情

18、況下，測試mc1496各管腳的靜態(tài)工作電壓應(yīng)與前面實(shí)驗(yàn)原理中平衡調(diào)制部分講到的基本相同(即基本滿足式7-1且滿足式7-2；下面幾個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與此相同)。2、從IN11處輸入信號Uc頻率為10.7MHz 的高頻載波信號,大小為Vp-p=300mV(由高頻信號源提供，參考高頻信號源使用)，從IN13處輸入信號Us頻率為，由正弦振蕩單元電路產(chǎn)生(晶體振蕩，斷開J52,連接J53,J54參考正弦振蕩單元)。用示波器和頻率計(jì)在TT11處觀察輸出波形，輸出信號頻率應(yīng)為455KHz左右，Vp-p為400mV。斷開J12、J13、J15、J19，J110連接好J11、J14、J16、J17、J18，組成由mc1

19、496構(gòu)成的平衡調(diào)幅電路。1、當(dāng)Uc、Us =0時(shí)，測試mc1496各管腳電壓。2、產(chǎn)生抑制載波振幅調(diào)制在Ux端(IN11處)輸入fc=10.7MHz的高頻載波(由高頻信號源提供，參考高頻信號源使用)，Ucp-p=250mV；Uy端(IN12處)輸入f=1KHz信號，使Up-p為零，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻W11(逆時(shí)針調(diào)節(jié))，在TT11處測試的信號u0=0(此時(shí)u4=u1)。逐漸增大Up-p(最大峰值為1V，太大會(huì)失真)，直至出現(xiàn)抑制載波的調(diào)幅信號出現(xiàn)(用示波器在TT11處測試)。在實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)微調(diào)輸入信號，以得到最好的輸出波形。(平衡調(diào)幅部分產(chǎn)生的調(diào)幅波可作為同步檢波部分的調(diào)幅波輸入信號)3、產(chǎn)生有載波振幅調(diào)制信號在步驟2)的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)W11，使輸出信號中有載波存在，則輸出有載波的振幅調(diào)制信號。連接J22、J24、J26，組成由mc1496構(gòu)成的同步檢波電路。1、按下K21接通+12，-12V 電源，在Uc，Us為0時(shí)，測試mc1496各管腳的電壓看是否與調(diào)