10 电容耦合相位鉴频器实验

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频-幅转换原理：
调频信号中心 频率fc失谐于谐 振回路的谐振 频率f0，调频波 的中心频率fc处 于回路谐振曲 线的倾斜部 分，接近直线 段的中心点A， 则失谐回路可 将调频波变换 为随瞬时频率 变化的调幅─ 调频波。
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振幅鉴频器——双失谐回路 电路组成
工作原理
调频波经两个失谐回路转换为两个调幅-调频波， 再经各自的包络检波器，得到两反相的输出信 号，然后合成得到总的输出信号。
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实验步骤
（2）改变变容二极管调频模块的输入信号峰峰值，从2V 调至0.2V，记录鉴频输出信号对应的峰峰值。
Vi Vo
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
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实验步骤
2、鉴频特性（S形曲线）观察 扫频输出信号接在电容耦合回路相位鉴频 模块的输入端，扫频器输入端接在电容耦合 回路鉴频器的输出端，观察鉴频特性曲线， 调整CV2，使得S曲线形状较好，即鉴频灵敏 度、频带宽带、线性度最好。
UΩ
相位检波器
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相位鉴频器——乘积型
电路模型：
Ui U’o Uo
相乘器
Ur
低通滤波器
输出电压与ϕ (t )成 线性关系，可实现 鉴相
ui = U im cos[ω0t + ϕ (t )]
ϕ (t ) = k p u Ω (t )
ur = U rm sin ω0t
1 ′ u0 (t ) = Kui (t )ur (t ) = KU imU rm {sin ϕ (t ) + sin[2ω0t + ϕ (t )]} 2 1 π 1 u0 (t ) ≅ KU imU rmϕ (t ) uo (t ) = KU imU rm sin ϕ (t ) ϕ (t ) ≤ 12 2 2
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性能指标
鉴频器的两个性能指标： 鉴频灵敏度SD
单位频偏所产生的输出电压的大小
S D = ΔuO / Δf
线性范围（带宽）鉴频特性中近似直线的范围
BW = 2Δf max
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振幅鉴频器
基本原理： 将调频波通过频率-幅度线性变换网络，使变换后调 频波的振幅能按其瞬时频率的规律变化，即把调频波 变换成调频-调幅波，再通过包络检波器检测出反映 幅度变化的解调电压。这种鉴频器称为斜率鉴频器， 又称振幅鉴频器。 电路模型：
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UFM
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实验电路
R5 C7 RW1 L1 C2 C4 D3
电容耦合相位鉴频
C8 R8
K +12
TP4
OUT
TP1 TP2
CV1 R2
LE D1
TP3
C1 T C5
CV2
L2
R6 C6 R7 D4
INT
R1
D1
D2
R3 R4 C3 CV3
A7-0808
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实验电路
D1、D2：对输入信号正反向限幅 C1：隔直电容 L1,C2,CV1:谐振功率放大器，调节CV1可调节中心频 率 D3,D4的正极可看到FM-AM波
电容耦合相位鉴频器实验
周子楠
实验目的
进一步学习掌握频率解调相关理论。 了解电容耦合回路相位鉴频器的工作原 理。
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实验使用仪器
电容耦合相位鉴频器实验板 变容二极管调频器模块 低频信号源模块 20MH双踪示波器 万用表
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调频-鉴频过程
低频调制信号 变容二极管调频
FM信号 鉴频器
解调信号
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鉴频
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偏成线性关系。
U i << U r
U i >> U r
uo (t ) = 2 K dU i sin ϕ (t )
Ui = U r
uo (t ) = 2 K dU r sin ϕ (t ) ϕ (t ) uo (t ) = 2 2 K dU i sin 2
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脉冲计数式鉴频器
将调频波通过具有合适特性的非线性变换网络，使它 变换为调频脉冲序列。由于该脉冲序列含有反映该调 频信号瞬时频率变化的平均分量，因而通过低通滤波 器便可以得到反映平均分量变化的解调电压。也可以 将调频脉冲序列通过脉冲计数器，直接得到反映顺势 频率变化的解调电压，这种鉴频器称为脉冲计数式鉴 频器。 UΩ 调频脉冲序列 低通滤波器或 非线性变换 脉冲计数器 网络
sin ϕ (t ) ≈ ϕ (t )
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பைடு நூலகம்
相位鉴频器——叠加型
电路模型：
+Ui U’d1
相加器
Ur
包络检波器
Uo
相加器
-Ui U’d2
相加器
包络检波器
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相位鉴频器——叠加型
ui = U im cos[ω0t + ϕ (t )] ϕ (t ) = k p uΩ (t )
D1
AC
ui
ud1
C1
R1
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相位鉴频器
基本原理： 将调频波通过频率-相位线性变换网络，使变换后调 频波的相位能按其瞬时频率的规律变化，即把调频波 变换成调频-调相波，再通过相位检波器检测出反映 相位变化的解调电压。这种鉴频器称为相位鉴频器。 其实现方法有乘积型鉴相和叠加型鉴相。 电路模型：
UFM
频率-相位线性 变换网络
UFM-PM
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鉴频方法
直接鉴频: 利用锁相环直接把频率取出来 脉冲计数式鉴频器 间接鉴频-把调频波进行某种变换，使得变换后的波形包含有 反应调频波瞬时频率变化规律的某种参量（比如电压、相位 等），然后再把这个参量检测出来，即可得到原始调制信号。 分为以下几种实现方法： 将调频波通过频率-幅度线性变换网络—振幅鉴频器 将调频波通过频率-相位线性变换网络—相位鉴频器
uo1
ur = U rm sin ω0t
ur
AC
AC
⎧ud 1 = ur (t ) + ui (t ) ⎨ ⎩ud 2 = ur (t ) − ui (t )
uo2
ui
ud2 D2
C2
R2
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相位鉴频器——叠加型
ud 1 (t )
ur (t )
ud 2 (t )
ϕ (t )
ui (t )
输出电压振幅Ud1、Ud2随 φ(t)变化，因此ud1、ud2是 调幅-调相波。
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鉴频特性曲线
鉴频器的输出电压UΩ与输入FM信号瞬时频偏之间的关 系曲线。 频偏∆f=f(t)-f0 f0是调制信号中心频率 当频偏∆f按照调制信号的变化规律在 f0的两边变动时，鉴频器就能检测出 FM波中所包含的频率变化信息，从 而能还原出原调制信号。 理论上要求这一关系是线性的，实际上它只能在某一 范围内保持线形。
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鉴频曲线：
当调频信号的频率为fc时， U1m与U2m大小相等，检波 输出电压u01=u02，鉴频器 输出电压u0=0；当调频波 频率为f01时，U1m>U2m， u01>u02，鉴频器输出电压 u0>0为正值，且为最大； 当调频信号频率为f02时， U1m<U2m，则u01<u02，所 以，u0<0为负最大值。
UFM
频率-幅度线性 变换网络
UFM-AM
UΩ
包络检波器
LC并联谐振回路
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振幅鉴频器——单失谐回路
电路组成
输入的调频波经LC谐振回路变换为调幅-调频波， 然后经V、C1、RL所组成的包络检波器解调出原调 制信号。
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振幅鉴频器——单失谐回路
如果把并联谐振回路的谐振频率f0选的高于FM波的载 频fc时，对FM信号而言，将工作在并联谐振回路的失 谐区。 工作在失谐区的并联谐振回路，其幅频特性曲线有一 段以载频fc为中心的倾斜区。 当FM波的电流流过回路时，由于对不同的瞬时频率， 回路失谐阻抗大小不同，因此LC谐振回路的端电压是 一FM-AM波。 该FM-AM波的振幅随FM波的瞬时频偏而变化。
−ui (t )
⎧U = U 2 + U 2 + 2U U sin ϕ (t ) i r i r ⎪ d1 ⎨ 2 2 ⎪U d 2 = U i + U r − 2U iU r sin ϕ (t ) ⎩
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相位鉴频器——叠加型
如果包络检波器的传输系数Kd1=Kd2=Kd，上下两个包络检 波器的输出电压为： uo1=KdUd1， uo2=KdUd2 叠加型鉴相器输出的总电压： u0(t)=uo1-uo2=Kd(Ud1-Ud2)
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实验步骤
1调频-鉴频过程 （1）变容二极管调频器模块静态特性（J1,J2都接上） a不接交流信号，调RW1,使TP2处直流电压为5V，用万 用表测；调CV1,使输出端（TP3处）波形频率10.7MHz。 b低频信号源模块产生峰峰值2V，频率1KHz的正弦 波，加到IN端，TP3处可观察到FM波 c将输出端连接到鉴频器电容耦合相位鉴频器模块的 输入IN端。 d用双踪示波器观察并记录变容二极管调频模块的输 入信号波形和鉴频输出信号（OUT）波形。（如果波 形不好，可调整CV1、CV2、CV3，RW1使鉴频器输出波 形幅值尽可能大、波形尽可能好。）