正交鉴频及锁相鉴频实验

16MHz 调频接收机的设计无43 孙忆南2004011007第一部分：正交鉴频器的设计装调设计指标与要求：使用MC1496 设计正交鉴相鉴频器，能够解调50mV e.m.f，调制信号1kHz，频偏20kHz，载频为1.709MHz 的调频信号，对于寄生调幅的抑制没有要求。

提供的主要器件为MC1496，LM741，10x10 型50uH中周。

一、实验目的：1．加深对相乘器工作原理的认识；2．掌握正交鉴相鉴频器的工程设计方法；3．掌握用频率特性测试仪调试移相网络和鉴频特性曲线的方法。

二、正交鉴频器的电路设计2．1 正交鉴频器的工作原理常见的鉴频器有双失谐鉴频器，比例鉴频器，正交鉴相鉴频器等。

其核心都是将调频波转化为调频调幅波或调频调相波。

其中，正交鉴相鉴频器性能较好，便于集成化，应用逐渐广泛，其他两种形式一般只在过去的分立元件电路中应用。

正交鉴相鉴频器由移相网络和鉴相器构成。

2．2 移相网络使用LC 谐振回路构成的移相网络。

如图1 所示。

图1 图2由电路分析，可以知道：≈)(jf H 常数，0022)(f f f Q f --≈πϕ，)(21210C C L f +=π完成了调频波到调频调相波的转换。

由 f 0 =1.704MHz ，L = 50μH ，计算得到C 1 ≈170 pF 。

取C2=8.2pF 。

2．3 鉴相器采用模拟相乘器构成。

常用的模拟相乘器有LM1496。

内部电路见图2。

LM1496 内部没有偏置电路，需要外接，偏置电路见图3。

Q9,Q8,Q7 构成镜像电流源，由5脚设置工作电流，一般为1mA 。

外接电阻Ω=Ω--=k I V R S EE 8.65007.08。

1，4脚经小电阻接地，电位为0。

8，10脚接到R9,R14分压，电位为+6V 。

输出端负载电阻取3.3K ，电位约为8.7V 。

由此，可以判断各个晶体管均工作在放大区。

2,3脚之间为增益调整电阻，取1K ，为中等的增益。

锁相环路及其在调频\鉴频电路中的应用摘要：本文主要介绍锁相环工作原理，及其在无线电技术中发挥的优越性能，给出一种实验的方法来测量锁相环的同步带和捕捉带，分析其在调频和鉴频电路中的应用。

关键词：锁相环；原理；同步带；捕捉带在无线电技术中，各种类型的反馈控制电路得到了广泛的应用。

锁相环路就是其中一种，它以其优越的稳频、滤波等性能，在许多反馈控制系统中发挥着重要的作用。

锁相环路在早期电视机同步系统中的应用，使电视图像的同步性能得到了很大的改善。

而在锁相环接收机中，由于中频信号可以锁定，频带可以做的很窄，带宽的大幅下降，使得输出信噪比大大提高了。

在空间技术中，比如接收来自宇宙飞行器的微弱信号，相比超外差式接收机的宽频带，信噪比也很低。

锁相环路简称锁相环（PLL）。

锁相环利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。

因锁相环输出信号频率能够自动跟踪输入信号的频率，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。

锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出信号与输入信号电压保持某种特定的关系，即输出电压与输入电压的相位被锁定，这也是锁相环名称的由来。

锁相环路由三部分组成：鉴相器PD、环路滤波器LF和压控振荡器VCO。

1鉴相器组成鉴相器PD通常鉴相器由模拟相乘器和低通滤波器组成。

设输入信号为Ui （t）和本振信号（压控振荡器输出信号）Uo（t）。

输入、输出信号在鉴相器中进行比较，输出一个与两者相位差成比例的电压，称作误差电压，记为Ud(t)；该电压是两个信号相位差的函数。

环路滤波器LF为线性电路低通滤波器，作用是滤除误差电压Ud（t）中的高频分量及噪声，具有窄带滤波器的特性。

如果电路设计合理，会得到一个极窄的通道。

经过LF输出的电压为Uc（t），将它加给压控振荡器。

压控振荡器VCO 通常由变容二极管和电抗管等组成振荡电路。

VCO的输出频率受Uc（t）的控制。

当Uc（t）变化时，引起二极管结电容的变化，从而振荡器频率发生改变。

正交鉴相鉴频器实验报告一. 设计方案:1. 实验原理：先将调频波经过一个移相网络变换成调相调频波，然后再与原调频波一起加到一个相位检波器进行鉴频。

利用模拟乘法器的相乘原理可以实现乘积型相位检波: 输入信号()cos(sin )s sm c f v t V t m t ω=+Ω移相后的信号为:'''()cos{sin [()]}2sin[sin ()]s sm c f sm c f v t V t m t V t m t πωϕωωϕω=+Ω++=+Ω+得到的输出信号''1()KV sin[2(sin )()]21 V sin ()2o sm sm c F sm sm v t V t m t K V ωϕωϕω=+Ω++其中第一项为高频分量,可以用滤波器滤掉，第二项是所需的频率分量。

只要线性移相网络的相频特性()ϕω在调频波的频率变化范围内是线性的，当()0.4rad ϕω≤时，sin ()()ϕωϕω≈。

因此，鉴频器的输出电压()o v t 的变化规律与调频波瞬时频率的变化规律相同，从而实现了相位鉴频。

2. 各部分电路具体实现：鉴相鉴频器主要由三部分组成：移相网络，模拟相乘器和低频放大器。

具体电路实现如下： (1) 移相网络：v D (t)用LC 谐振回路实现移相网络，使输入信号移相90°。

谐振回路的谐振频率为中频频率2.455MHz 。

(2) 模拟相乘器用MC1496构成相乘器，使输入的两路正交信号相乘。

1,4管脚和8,10管脚间分别接有电位器R2和R5用来调节输入直流平衡。

电源处C7,C8和L2构成 型滤波网络，R12和C9起级间去耦作用。

(3) 低频放大器:用LM741运放来放大输入调制信号，同时运放还能起到低通滤波以及隔离的作用。

通过调节相应的电阻值可以改变放大的倍数。

在运放的两个输入端2脚和3脚加上两个隔直电容，可以滤去直流分量，以保证运放的工作点正确。

一、实验目的1. 理解正交鉴别的基本原理及其在信号处理中的应用。

2. 掌握正交鉴别器的设计与实现方法。

3. 分析正交鉴别器的性能，包括线性度、灵敏度、选择性等。

二、实验原理正交鉴别器是一种广泛应用于信号处理的非线性电路，其主要功能是将调频信号（FM）转换为调频调相信号（FPM），从而实现对信号的解调。

正交鉴别器由两个相互正交的鉴频器组成，分别对输入信号的正弦和余弦分量进行解调，然后将两个解调后的信号相加，得到调频调相信号。

三、实验内容1. 正交鉴别器的设计与搭建（1）根据实验要求，选择合适的电路元件，如二极管、电容、电阻等。

（2）按照原理图搭建正交鉴别器电路，包括两个相互正交的鉴频器。

（3）检查电路连接是否正确，确保电路的稳定性。

2. 正交鉴别器的性能测试（1）输入调频信号，调整输入信号频率和幅度，观察输出信号的变化。

（2）测试正交鉴别器的线性度，通过改变输入信号频率，观察输出信号与输入信号的关系。

（3）测试正交鉴别器的灵敏度，通过改变输入信号幅度，观察输出信号的变化。

（4）测试正交鉴别器的选择性，观察在不同频率输入信号下，输出信号的变化。

四、实验结果与分析1. 正交鉴别器的设计与搭建（1）电路搭建成功，输入调频信号后，输出调频调相信号。

（2）电路连接正确，稳定性良好。

2. 正交鉴别器的性能测试（1）线性度测试：在输入信号频率为1kHz时，改变输入信号幅度，观察输出信号的变化。

结果表明，正交鉴别器的线性度较好，输出信号与输入信号呈线性关系。

（2）灵敏度测试：在输入信号频率为1kHz时，改变输入信号幅度，观察输出信号的变化。

结果表明，正交鉴别器的灵敏度较高，输出信号随着输入信号幅度的增大而增大。

（3）选择性测试：在输入信号频率分别为1kHz和2kHz时，观察输出信号的变化。

结果表明，正交鉴别器的选择性较好，对不同频率的输入信号有较好的鉴别能力。

五、实验总结1. 正交鉴别器是一种有效的信号处理方法，能够将调频信号转换为调频调相信号，实现信号的解调。

《高频电子线路》实验指导书南昌工学院人工智能学院前言本高频电子试验箱共包含十个标配实验单元模块和三个选配实验单元模块.其中标配模块包含有信号源模块、频率计模块、小信号选频放大模块、正弦波振荡及VCO模块、AM调制及检波模块、FM鉴频1模块、收音机模块、混频及变频模块、高频功放模块、综合实验模块。

选配模块包含有FM鉴频2、码型变换模块和谐振回路及滤波模块。

本实验系统的实验内容是根据高等教育出版社的《高频电子线路》一书而设计的。

本试验箱共设置了二十个重要实验和四个选做实验：其中有十五个单元实验，是为配合课程而设计的，主要帮助学生理解和加深课堂所学的内容；五个系统实验是让学生了解每个复杂的无线收发系统都是由一个个单元电路组成的。

此外，还有选做实验，学生也可以根据我们所提供的单元电路自行设计系统实验。

本实验系统力求电路原理清楚，重点突出，实验内容丰富。

其电路设计构思新颖、技术先进、波形测量点选择准确，具有一定的代表性。

同时，注重理论分析与实际动手相结合，以理论指导实践，以实践验证基本原理，旨在提高学生分析问题、解决问题的能力已及动手能力。

由于编者水平有限，书中难免存在一些缺点和错误，希望广大读者批评指正。

编者实验注意事项1、本实验系统接通电源前，请确保电源插座接地良好。

2、每次安装实验模块之前，应确保主机箱右侧的交流开关处于断开状态。

为保险起见，建议拔下电源线后再安装实验模块。

3、安装实验模块时，模块右边的电源开关要拨置上方，将模块四角的螺孔和母板上的铜支柱对齐，然后用螺钉固定。

确保四个螺钉拧紧，以免造成实验模块与电源或者地接触不良。

经仔细检查后方可通电实验。

4、各实验模块上的电源开关、拨码开关、复位开关、自锁开关、手调电位器和旋转编码器均为磨损件，请不要频繁按动或旋转。

5、请勿直接用手触摸芯片、电解电容等元件，以免造成损坏。

6、各模块中的贴片可调电容是出厂前调试使用的。

出厂后的各实验模块功能已调至最佳状态，无需另行调节这些电位器，否则将会对实验结果造成严重影响。

锁相鉴频的原理锁相鉴频技术是一种广泛应用于信号处理和通信系统中的技术。

其主要原理是利用参考信号来提取信号的频率信息。

这种技术应用广泛，可以在许多领域中得到应用，包括无线电通信、光电通信、声学等领域。

锁相鉴频技术的原理基于信号的周期性。

当信号经过一个固定的时间间隔后，其波形会重复。

这个时间间隔称为信号的周期。

如果我们知道信号的周期，我们就可以知道信号的频率。

锁相鉴频技术利用这个原理来提取信号的频率信息。

具体来说，锁相鉴频技术需要引入一种称为参考信号的信号。

参考信号是一个已知的周期信号。

我们可以将参考信号和待测信号进行比较，从而得到待测信号的频率信息。

比较的方法可以是将两个信号相乘，然后对结果进行积分。

这个积分结果与参考信号的相位有关。

如果待测信号的频率与参考信号的频率相同，那么积分结果将达到最大值。

如果频率不同，则积分结果将减小。

通过不断调整参考信号的相位，我们可以找到最大的积分结果，从而得到待测信号的频率信息。

锁相鉴频技术的优点是精度高、稳定性好、抗干扰能力强。

因为锁相鉴频技术是基于周期性的原理，所以其对信号的周期性变化有很好的适应性。

同时，锁相鉴频技术也可以很好地处理噪声、干扰等因素。

锁相鉴频技术在无线电通信中应用广泛。

例如，在无线电接收机中，锁相鉴频技术可以用于解调调幅信号或解调频率调制信号。

在光电通信中，锁相鉴频技术可以用于解调光信号。

在声学领域中，锁相鉴频技术可以用于声音信号的处理和分析。

锁相鉴频技术是一种非常重要的信号处理技术。

其原理基于信号的周期性，通过引入参考信号来提取信号的频率信息。

锁相鉴频技术应用广泛，在无线电通信、光电通信、声学等领域中都有重要的应用。

正交鉴频实验报告总结
正交鉴频实验是一种常用的电信测量技术，用于测量无线电通信系统
中的正交干扰以及频率偏移。

在本次实验中，我们使用了DDS（Direct Digital Synthesis）技术生成了两个正交的信号，并使用带通滤波器和
相干解调器进行信号的分解和检测。

实验结果表明，在正交鉴频技术的应用下，我们成功地实现了信号的
分解和检测。

通过检测两个正交信号的相位差，我们可以准确地测量信号
的频率偏移。

根据实验结果和理论计算，我们得到了较为准确的频率偏移值，证明了正交鉴频技术在频率测量中的可靠性和准确性。

在实验过程中，我们也发现了一些问题。

首先，由于实验设备的限制，我们只能测量较低频率范围内的信号，因此在实际应用中需要注意考虑频
率范围的选择。

其次，由于信号在传输过程中易受到干扰和衰减的影响，
因此在实际应用中需要采取适当的干扰抑制和信号增强措施，以提高测量
的准确性和可靠性。

另外，在信号的处理和分析过程中，需要注意选择合
适的算法和技术，以便更好地解决相关的问题。

综上所述，正交鉴频实验是一种有潜力的电信测量技术，具有较高的
准确性和可靠性。

然而，由于实验设备和环境的限制，目前该技术在实际
应用中仍存在一些挑战，需要进一步研究和改进。

通过进一步的研究和实践，正交鉴频技术有望在无线通信系统中发挥更大的作用，帮助我们更好
地理解和解决相关的问题。

实验六鉴频器一、实验内容（注：原始数据见附录）1.脉冲计数式鉴频器用示波器观察记录放大、限幅输出，四分频输出，微分输出，整形输出，低通滤波器输出波形，如下：Figure 1 无调制时放大、限幅输出，四分频输出，微分输出，整形输出，低通滤波器输出波形Figure 2有调制时放大、限幅输出，四分频输出，微分输出，整形输出，低通滤波器输出波形绘制鉴频特性u 0~∆f 曲线如下：Figure 3 脉冲计数式鉴频器u0~∆f曲线分析：从图1，图2中可以看出来：脉冲计数式鉴频器是将调频波变换成瞬时频率与调频波相等的等幅等宽脉冲序列，其平均分量就是原调制信号。

图3，用origin做出u0~∆f曲线后，用线性拟合，可以得到S d=0.00675v/KHz。

2.锁相鉴频器用示波器观察u FM、u0的波形如下：Figure 4 u FM、u0的波形Figure 5 锁相鉴频器u0~∆f曲线分析：用origin做出u0~∆f曲线后，用线性拟合，可以得到S d=0.03836v/KHz，这个灵敏度比脉冲计数式鉴频器大的多。

3.相位鉴频器调节电容得到鉴频输出信号波形，如下图所示：Figure 6 u0的波形Figure 7 相位鉴频器u0~∆f曲线分析：用origin做出u0~∆f曲线后，用线性拟合，可以得到S d=0.02477v/KHz，这个灵敏度比锁相鉴频器的灵敏度稍小，但比脉冲计数式鉴频器大的多。

绘制U0~f曲线如下：Figure 8 相位鉴频器的U0~f曲线用频谱仪扫频观察鉴频特性S曲线如下：Figure 9 鉴频特性S曲线分析：由图8和图9对比，可以看出鉴频特性S曲线很相似，在一定范围内u0~∆f成线性关系，在该范围内可以实现无失真鉴频。

由频谱仪测得最大鉴频带宽2∆f max=320KHz。

二、思考题1.对鉴频器的性能指标要求有哪些？,即单位频偏所产生的输答：鉴频器的三个主要性能指标：其一是鉴频灵敏度Sd|∆f=0；其二为最大鉴频带宽：鉴频器近似线性的解调调出电压的大小：S d=du0df频信号时允许的最大频偏范围；其三为中心频率稳定度。