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实验九 电容耦合相位鉴频器实验一．实验目的1. 进一步学习掌握频率解调相关理论。
1. 了解电容耦合回路相位鉴频器的工作原理。
3. 了解鉴频特性（S 形曲线的调试与测试方法）。
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 1. 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。
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。
鉴相器采用两个并联二极管检波电路。
假设二极管D3的检波电路和二极管D4的检波电路完全对称，两个检波电路的电压传输系数完全相等，检波后的输出信号为两个检波电路的输出电压差。
即034D D U U U =-当瞬时频率0f f =时, 2U 比1U 滞后90°，但|3D U |＝|4D U |，这时，鉴频器输出为零。
当0f f >时, 2U 滞后于1U 的相角小于90°，|3D U |>|4D U |，鉴频器的输出大于零。
当0f f <时，2U 滞后于1U 的相角大于90°，|3D U |<|4D U |，鉴频器的输出小于零。
相位鉴频器鉴频特性的线性较好，鉴频灵敏度也较高。
图9-1频率电压转换原理图。
(ω<ω0)U 2(ω=ω0)(ω>ω0).U 1..U 2.2U 2.2..U 1.U 2.2U 2.2..U 2.2U 2.2(a)(b)(ω=ω0)(c)(ω>ω0)(d)(ω<ω0)图9-1频率电压转换原理图。
相位鉴频器实验报告相位鉴频器实验报告引言：在电子通信领域，相位鉴频器是一种常用的电路元件，用于检测和测量信号的相位和频率。
本实验旨在通过搭建一个相位鉴频器电路并进行测试，验证其在信号处理中的应用。
实验目的：1. 了解相位鉴频器的基本原理和工作方式；2. 掌握相位鉴频器电路的搭建和调试方法；3. 进行实际信号的相位和频率测量。
实验器材和材料：1. 相位鉴频器芯片；2. 信号发生器；3. 示波器；4. 电源供应器；5. 电阻、电容等元件。
实验步骤：1. 搭建相位鉴频器电路：根据相位鉴频器芯片的引脚连接图，将芯片与其他元件连接起来，注意接地和电源的连接；2. 连接信号源和示波器：将信号源的输出端与相位鉴频器的输入端相连，将示波器的探头连接到相位鉴频器的输出端；3. 调试电路：通过调整电路中的电阻、电容等元件的数值，使得相位鉴频器的输出信号能够正确地反映输入信号的相位和频率；4. 测试信号的相位和频率：使用示波器观察相位鉴频器输出的波形，并通过示波器的测量功能获取信号的相位和频率数据。
实验结果与分析：经过调试和测试，我们成功搭建了相位鉴频器电路，并获取了信号的相位和频率数据。
在实验过程中，我们发现相位鉴频器对于输入信号的频率变化非常敏感，能够精确地测量出信号的频率。
而对于相位的测量，相位鉴频器也能够给出较为准确的结果，但在高频信号的情况下，可能会受到噪声和干扰的影响。
结论：通过本次实验，我们深入了解了相位鉴频器的原理和工作方式，并通过实际搭建和测试，验证了其在信号处理中的应用。
相位鉴频器作为一种重要的电路元件，在无线通信、雷达系统等领域具有广泛的应用前景。
掌握相位鉴频器的原理和调试方法，对于电子工程师来说是非常重要的技能。
展望：相位鉴频器作为一种基础的电路元件，随着通信技术的发展和应用需求的不断增加，其功能和性能也在不断提升。
未来，相位鉴频器可能会更加精确地测量信号的相位和频率，同时具备抗干扰和抗噪声的能力。
实验12斜率鉴频与相位鉴频器—、实验准备1．做本实验时应具备的知识点：FM波的解调斜率鉴频与相位鉴频器2．做本实验时所用到的仪器：变容二极管调频模块斜率鉴频与相位鉴频器模块双踪示波器万用表二、实验目的1．了解调频波产生和解调的全过程以及整机调试方法，建立起调频系统的初步概念；2．了解斜率鉴频与相位鉴频器的工作原理；3．熟悉初、次级回路电容、耦合电容对于电容耦合回路相位鉴频器工作的影响。
三、实验内容1．调频-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；2．观察初级回路电容、次级回路电容、耦合电容变化对FM波解调的影响。
四、基本原理从FM信号中恢复出原基带调制信号的技术称为FM波的解调，也称为频率检波技术，简称鉴频。
鉴频器的解调输出电压幅度应与输入FM波的瞬时频率成正比，因此鉴频器实际上是一个频率—电压幅度转换电路。
实现鉴频的方法有很多种，本实验介绍斜率鉴频和电容耦合回路相位鉴频。
1．斜率鉴频电路斜率鉴频技术是先将FM波通过线性频率振幅转换网络，使输出FM波的振幅按照瞬时频率的规律变化，而后通过包络检波器检出反映振幅变化的解调信号。
实践中频率振幅转换网络常常采用LC并联谐振回路，为了获得线性的频率幅度转换特性，总是使输入FM波的载频处在LC并联回路幅频特性曲线斜坡的近似直线段中点，即处于回路失谐曲线中点。
这样，单失谐回路就可以将输入的等幅FM波转变为幅度反映瞬时频率变化的FM波，而后通过二极管包络检波器进行包络检波，解调出原调制信号以完成鉴频功能。
图12-1为斜率鉴频与相位鉴频实验电路，图中13K02开关打向“3”时为斜率鉴频。
13Q01用来对FM波进行放大，13C2、13L02为频率振幅转换网络，其中心频率为9MHZ左右。
13D03为包络检波二极管。
13TP01、13TP02为输入、输出测量点。
2．相位鉴频器相位鉴频器由频相转换电路和鉴相器两部分组成。
输入的调频信号加到放大器13Q01的基极上。
目录1 Multisim软件简介......................................... - 1 - 2相位鉴频器..................................................... - 3 -2.1电路原理及用途............................................ - 3 -2.2 模拟乘法器MC1496 ....................................... - 4 -2.3 低通滤波器................................................. - 4 -2.4主要技术指标 .............................................. - 5 -3 乘积型相位鉴频器.......................................... - 8 -3.1 乘积型相位鉴频器的原理图 .......................... - 8 -3.2电路工作状态或元件参数的确定........................ - 9 -3.3设计电路的性能评测..................................... - 11 -3.4仿真结果................................................... - 14 -4 元件清单 ...................................................... - 16 -5 总结与心得体会............................................ - 17 -6 参考文献 ...................................................... - 18 - 本科生课程设计成绩评定表 .............................. - 19 -1 Multisim软件简介随着计算机技术飞速发展，电路可以通过计算机辅助分析和仿真技术来完成设计。
相位鉴频器一、相位鉴频原理鉴频是调频的逆过程，广泛采用的鉴频电路是相位鉴频器。
调频波的特点是振幅保持不变,而瞬时频率随调制信号的大小线形变化，调制信号代表所要传送的信息。
鉴频的目的就是从调频波中检出低频调制信号，即完成频率—电压的变换作用，能完成这种作用的电路被称为鉴频器。
相位鉴频器是利用双耦合回路的相位-频率特性将调频波变成调幅调频波,通过振幅检波器实现鉴频的一种鉴频器。
常用的相位鉴频器根据其耦合方式可分为互感耦合和电容耦合两种鉴频器。
相位鉴频器鉴频方式是：先将调频波经过一个线性移相网络变换成调频调相波，然后再与原调频波一起加到一个相位检波器进行鉴频。
因此实现鉴频的核心部件是相位检波器。
二、设计方案（一）应用软件：本次设计是在Multisim 软件下进行的，Multisim 软件是一个专门用于电子线路仿真与设计的 EDA 工具软件，具有很强大的功能，Multisim 计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好的解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。
学员可以很好、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来。
Multisim 仿真软件具有以下特点，直观的图形界面，丰富的元器件库，丰富的测试仪器，强大的仿真能力。
（二）工作原理及定性分析1、相位鉴频器原理图1 互感耦合相位鉴频器的基本电路如图1所示是互感耦合相位鉴频器的基本电路，由调频-调幅调频变换电路和振幅检波器两部分组成。
调频-调幅调频变换电路是由双耦合回路组成，其初级11C L 和次级22C L 都调谐于输入调频波的中心频率c f ，为了实现调频-调幅调频变换，初级和次级之间采用两种耦合方式，一种是互感M 的耦合，即由1U 通过互感M 在次级产生ab U ,另一是通过电容c C 将1U 耦合到高频扼流圈L 上，因为4C 、c C 对高频可认为短路，这样就可以认为1U 全加在L 上。
另外，c 点为2L 的中心抽头，故变换电路送给检波器电压为2/11ab D U U U +=2/-12ab D U U U =振幅检波器是由二极管1D 、2D 和低通滤波器3RC 、4RC 组成。
输入电压为1D U 、2D U ，振幅检波器输出只与输入信号振幅相关，与相位无关。
鉴频器的输出取两振幅检波输出电压之差，即21o u D D KU KU -=对于调频-调幅调频变换电路，1U 是等幅波，在耦合回路通带内ab U 的振幅也可以认为是不变的。
但是1U 和ab U 之间的相位关系却随着频率变化而变化，相位鉴频器正是利用了ab U 与1U 的相位差随频率变化，实现了调频-调幅调频变换。
1D U 和2D U 均为调幅调频波，经振幅检波器可实现鉴频。
2、相位鉴频器定性分析为了分析的简化,假设相位鉴频器的初级回路的品质因数较高,初、次级回路的互感耦合比较弱。
在估算初级回路电流时,就不必考虑初级本身的损耗电阻和从次级引人到初级的损耗电阻。
由图1可知，初级回路中流过电感1L 的电流1I 为 ：111U I j L ω=。
在同名端如图1所示的的条件下，初级回路电流1I 在次级回路中感应电动势sE 为：1s E j M I ω=代入得：次级回路路端电压U ab 可由等效电路求出2222221121222122111()1()S ab E U I j C j C R j L C M U L C M j U R jX j C L R jX ωωωωωω==+-==-++ （1）式中,2221X L C ωω=- ,是次级回路总电抗,其值随频率不同可能为正,可能为负,还可能为零。
○1当输入信号频率c f f =时, 20X =。
于是()22211121211j ab C C M M U j U j U e L R L R πωω-=-= （2）此式表明,次级回路电压ab U 比初级回路电压1U 滞后π/2,则电压矢量图如图所示。
图2 矢量合成图因为鉴频器的输出电压u ο与12D D U U -成正比,由矢量图知12D D U U =,则鉴频器的输出电压为：12()0o d D D u K U U =-=○2当输入信号频率c f f >时, 20X >,这时次级回路总阻抗为：2222j Z R jX Z e θ=+=式中，2Z 是2Z 模，其值为：22222Z R X =+,θ是2Z 的相角，其值为：22()0X arctg Rθ=>代入得:()221121j ab C M U U e L Z πθω-+= （3）此式表明,次级回路电压ab U 比初级回路电压1U 滞后(2πθ+),对应的矢量图如图3所示。
从图中可知12D D U U <,则鉴频器的输出电压为：12()0o d D D u K U U =-< ○3当输入信号频率c f f <时, 20X <,这时次级回路总阻抗为:2222j Z R jX Z e θ=+= 式中22222Z R X =+,22()0X arctg R θ=<,带入得：()221121j ab C M U U e L Z πθω--= （4）此式表明,次级回路电压ab U 比初级回路电压1U 滞后(||2πθ-),对应的矢量图如图2（c ）所示。
从图中可知12D D U U >,鉴频器的输出电压为：12()0o d D D u K U U =->图3 鉴频特性曲线由上分析可得鉴频器输出电压u ο与频率f 的关系曲线如图3所示。
在c f f =点,0u ο=,随着失谐的加大, 1D U 与2D U 幅度的差值增大, u ο的幅值加大。
当c f f >时,u ο为负。
当c f f <时, u ο为正。
当频率偏离超过1m f 和2m f 两点时,曲线弯曲,这是由于两输入谐振回路失谐严重, 1U 和ab U 幅度都变小,合成电压也相应减小,鉴频特性曲线下降。
三、具体设计电路图（一）低通滤波器低通滤波器容许低频信号通过, 减弱(或减少)频率高于截止频率的信号的通过。
对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同。
低通滤波器在信号处理中的作用都通过剔除短期波动、保留长期发展趋势提供了信号的平滑形式。
图4 低通滤波器（二）调频-调幅调频变换电路调频-调幅调频变换电路是由双耦合回路组成，其初级11C L 和次级22C L 都调谐于输入调频波的中心频率c f ，为了实现调频-调幅调频变换，初级和次级之间采用两种耦合方式。
图五 调频-调幅调频变换电路 （三）振幅检波器振幅检波器的功能是从调幅信号中不失真地解调出原调制信号，将已调波的边带信号频谱搬到原调制信号的频谱处。
包括输入回路、非线性器件和低通滤波器。
图6振幅检波电路(四) 设计总电路图图7 总电路图四、仿真结果（一）输入波形图8 输入波形（二）输出波形图9 输出波形(三)输入输出波图10 输入输出信号图五、元件清单Quantity References Value 1 R1 10K3 R2,R3,R7 20K1 R4 2K1 R5 1.5K1 R6 4.2 R8, R9 2202 R10，R11 51K2 R12,R13 50K1 R14 5.1K 1 C1 0.01u 3 C2,C5,C17 47u2 C3，C16 1n2 C4,C14 270p 1 C6 50P4 C7,C10,C11,C12 30P1 C9 65n1 C3 10P1 C15 2n2 D1,D2 1N5719 1 L1 330u1 L2 1.578m2 L3,L4 1m1 VCC +12V2 Q1,Q2 2N2219 1 J1 DIPSW1六、实验不足本次实验主要是通过查阅资料和书本设计的实验方案及电路图。
因本人知识水平有限，对于电路图的设计和元件参数的设定有一些不合理的地方，部分元件参数是根据波形确定的。
通过改动元件参数使波形更加合理，而非计算得到。
所以波形只能尽量做到不失真，输出波并不是很好的正弦曲线，顶部有些失真。
导致不能确定电路图因工作频率而失真的频率上限和频率下限。
七、总结与心得体会通过这次课程设计首先对高频电路原理与分析课程的到了复习和应用，并且对所学的知识的到了应用。
使得理论与实践相结合，对知识的掌握更佳的熟练。
之后分析电路实现的方案，对不同的电路进行分析，结合任务要求找出最好的电路方案。
并设计出它的总体电路图，了解电路图的各部分功能和电路实现的具体过程。
本次是要设计相位鉴频器，将调频波转换成调幅调频波和振幅检波两部分组成。
同时也使我更加熟练了multisim的使用，以前也用过，但也仅限于对于数电内容的仿真，通过本次课设，让我接触到更多的设计模块，为以后更好的使用它打好了基础。
这次课程设计业使我明白了在知识的领域里我还有很多很多的不足，并且再一次的深深的体会到理论和实践之间还有很到的差别。
在以后的学习中应该多多的注意实践知识的训练和积累。
在以后的学习生活中要不断的开拓自己的动手能力，不断的训练自己的动手能力。
这次课程设计让我深深的明白了自己以后该做什么，该怎么去做。
这次课程设计课让我复习了高频电子线路原理与分析的相关知识。
通过这次试验我复习了鉴频电路的设计。
八、参考文献（1）阳昌汉.高频电子线路 [M].高等教育出版社.2006（2）杨霓清.高频电子线路实验及综合设计[M].机械工业出版社.2007（3）吴慎山.电子线路设计与实践[M].西安电子工业出版社.2005（4）郭培源，付扬.光电检测技术与应用[M].北京航空航天大学出版社.2002。
