【正文】 （對(duì)數(shù)刻度）（對(duì)數(shù)刻度）9045( )o020lg21lg21211211211arctg21212 圖 210 無(wú)源比例積分濾波器的對(duì)數(shù)頻率特性 ③ 有源比例積分濾波器 有源比例積分濾波器由運(yùn)算放大器組成，電路如圖 211所示，它的傳輸算子 1211)( ??ppApF ???? 式中 CRARR )( 2111 ???? ； R22?? 。此濾波器的頻率響應(yīng)為 其對(duì)數(shù)頻率特性見(jiàn)圖 212。由圖可見(jiàn)，在以 0? 為中心的一個(gè)區(qū)域內(nèi)，兩者是吻合的，故在環(huán)路分析中我們就用式（ 24）作為壓控振蕩器的控制特性。 3． 鎖相環(huán)路靜態(tài)特性 （ 1）鎖相環(huán)路靜態(tài)特性實(shí)驗(yàn)框圖如圖 214 所示。 ② 輸入信號(hào)與 VCO 輸出信號(hào)相位不相干， 20MHz 雙蹤示波器顯示波形模糊。為提高測(cè)量精度，上述過(guò)程可反復(fù)進(jìn)行幾次。系統(tǒng)的框圖如圖 219。 壓控振蕩器 兩種輸出信號(hào)的觀察 用 20MHz 雙蹤示波器分別觀察 4 腳“ VCO 輸出”端和 9 腳 TP2“三角波輸出”端的波形。 同步帶和捕捉帶的測(cè)試 1． 先選擇適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)電容和定時(shí)電阻，將“ VCO 輸出”與“反饋輸入”用導(dǎo)線短接。 3． 注意調(diào)頻信號(hào)的頻率必須落在調(diào)頻器單元的固有頻率附近。 圖 223 TP3端的波形 結(jié)果分析：當(dāng)沒(méi)有音頻輸入和調(diào)制波輸入時(shí)， TP3 輸出就是 VCO 的自由振蕩頻率。為了擴(kuò)大線性鑒頻的范圍，這種相位鑒頻器通常都接成平衡和差動(dòng)輸出。初級(jí)電壓 u1 經(jīng) Cm耦合，在次級(jí)回路產(chǎn)生電壓 u2，經(jīng) L2中心抽頭分成兩個(gè)相等的電壓 ，由圖可見(jiàn)，加到兩個(gè)二極管上的信號(hào)電壓分別 和為： ，隨著輸入信號(hào)頻率的變化。 C9 調(diào)中心 10MHz 附近的的線性。 相位檢波又分為疊加型相位檢波和乘積型相位檢波，利用模擬乘法器的相乘原理可實(shí)現(xiàn)乘積型相位檢波，其基本原理是：在乘法器的一個(gè)輸入端輸入調(diào)頻波 )(st? ，設(shè)其表達(dá)式為 式中， 為調(diào)頻系數(shù)， 或 ，其中 為調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生的頻偏。第二項(xiàng)是所需要的頻率分量，只要線性移相網(wǎng)絡(luò)的相頻特性 )(?? 在調(diào)頻波的頻率變化范圍內(nèi)是線性的，當(dāng) )( ??? 時(shí)，)()(sin ???? ? 。 R 1 83KR91KR81KR56 . 8 KR 1 23 . 3 KR 1 1100R 1 33 . 3 KR W 110KC 1 00 . 1 uT P 2J1 J2S I G +1S I G 42 3C A R +8C A R 1014O U T +6O U T 12B I A S5V E EGADJGADJU1M C 1 4 9 6T P 1調(diào)頻波輸入 音頻輸出R41KR2910R1910R31KR 1 051C60 . 1 uC50 . 4 7 uC30 . 4 7 u+ 1 2 VD1L E D ( R )R 1 95 . 6 KV i n3GND1 8 V2U3M C 7 9 0 8C 1 30 . 4 7 uC 1 20 . 4 7 u 1 2 VD2L E D ( B )R 2 030KC90 . 0 4 7 uC7330PR6220R7180C28 . 2 PC10 . 4 7 u( 1 0 M H z )C430PT 6 0 1C8330P3261 574U2u A 7 4 1+ 12 V 1 2 VR 1 7200KR 1 420KR 1 520KR 1 6200KT P 3 圖 42 乘積型相位鑒頻器實(shí)驗(yàn)電原理圖 其中 C2與并聯(lián)諧振 C T601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)相位的變化。 鑒頻特性曲線（ S 曲線）的測(cè)量方法 測(cè)量鑒頻特性曲線的常用方法有逐點(diǎn)描述法和掃頻測(cè)量法。 MC1496 的作用是將調(diào)頻波與調(diào)頻調(diào)相波相乘， 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。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 maxf2? 。 ??????? ????????? tmtVtmtVtv fcsmfcsms 式中， )(?? 為移相網(wǎng)絡(luò)的移相角，這時(shí)乘法器的輸出 ? ? )(s i n39。 繪制 fVO曲線，并按最小誤差畫(huà)出鑒頻特性的直線（用虛線表示）。 BG2 集電極負(fù)載以及之后的電路在原理分析中都已闡明，這里不再重復(fù)。電阻 R3對(duì)輸入信號(hào)頻率呈現(xiàn)高阻抗，并為二極管提供直流通路。 武漢理工大學(xué)《專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)》報(bào)告 20 3 分立元件相位鑒頻實(shí)驗(yàn) (FMDEM1) 電路工作原理 相位鑒頻器的組成方框圖如圖 31 示。 （三）濾波器帶寬的測(cè)試： 表 22 帶寬選擇 濾波器類(lèi)型 RC 濾波 （ KHz） 比例 積分濾波（ KHz） 寬 中 窄 （四）調(diào)頻器實(shí)驗(yàn)： 1． 當(dāng)輸入信號(hào)改變時(shí)，用 20MHz 雙蹤示波器觀察 TP1 端和 TP3 端的波形，可清晰地觀察到調(diào)頻波頻率漸變的波形。 4． 用頻率計(jì)測(cè)量 TP3 端的頻率，調(diào)節(jié)高頻信號(hào)源的頻率，測(cè)定環(huán)路的同步帶和捕捉帶范圍。 2． 從“正弦波輸入”端輸入音頻正弦信號(hào)，在“控制輸出”端觀察輸出波形，并根 據(jù)濾波器帶寬的定義，分別測(cè)出兩種濾波器的帶寬，將得到的數(shù)據(jù)填入 表 22 中 。 在解調(diào)電路中，為了實(shí)現(xiàn)不失真解調(diào)，環(huán)路的捕捉帶必須大于輸入調(diào)頻信號(hào)的最大頻偏，環(huán)路的帶寬必須大于輸入調(diào)頻信號(hào)的頻譜寬度。誤差電壓為不對(duì)稱(chēng)交變信號(hào)，其中所包含的直流分量將使 VCO 的振蕩頻率不再是 0?dU 時(shí)的固有頻率 0f ，而是來(lái)回改變的 )(tfv ，并且其平均頻率向著 if 靠近了一個(gè)值，這就是 if 對(duì)于 VCO vf 的頻率牽引現(xiàn)象， VCO 的平均頻率與參考輸入信號(hào)頻率的關(guān)系曲線如圖 218 所示。環(huán)路由失鎖到鎖定，此點(diǎn)頻率記作 2f 。 當(dāng) 00??? 時(shí)， 0)( ??e? 。 0wiwu c0 圖 213 振蕩器的控制特性 壓控振蕩器電路的形式很多，常用的有 LC 壓控振蕩器、晶體振蕩器、負(fù)阻壓控振蕩器和 RC壓控振蕩器等幾種。 0 6 d B / 倍頻程2 0 l g F ( j ) / d B（對(duì)數(shù)刻度）（對(duì)數(shù)刻度）9045( )o020lg21lg2121221 圖 212 有源比例積分濾波器的對(duì)數(shù)頻率特性 （ 3）壓控振蕩器 壓控振蕩器 是一個(gè)電壓―頻率變換裝置，在環(huán)中作為被控振蕩器，它的振蕩頻率 應(yīng)隨輸入控制電壓 )(tuc 線性地變化，即應(yīng)有變換關(guān)系 )()( 00 tuKt cv ?? ?? （ 24） 式中 )(tv? 是壓控振蕩器的瞬時(shí)角頻率； 0K 為控制靈敏度或稱(chēng)增益系數(shù)，單位是 [rad/s178。因此，這個(gè)負(fù)號(hào)對(duì)環(huán)路的工作沒(méi)有影響，分析時(shí)可以不予考慮。 這是兩個(gè)獨(dú)立可調(diào)的參數(shù)，其頻率響應(yīng)為： RCu i u OR12 圖 29 無(wú)源比例積分濾波器電路組成 據(jù)此可作出對(duì)數(shù)頻率特性，如圖 210 所示。這類(lèi)鑒相器適用于方波（也可以用正弦波通過(guò)限幅得到）輸入，通常用數(shù)字電路構(gòu)成。下面逐個(gè)介紹基本部件在環(huán)路中的作用。帶寬選擇確定環(huán)路濾波器的帶寬。 鑒相靈敏度為 ： ??dK 放大器增益為： ?A ， 放大器增益為： ?A LM565 工作頻率范圍為 ~500KHz，電源電壓為177。鑒相器為雙平衡模擬相乘電路，壓控振蕩器為積分 — 施密特電路。 在變?nèi)荻O管調(diào)頻器的輸入端 J1接入 1K 的音頻調(diào)制信號(hào) Vi。從輸出端 J2或 TP2輸出 10MHz 調(diào)制波，通過(guò)隔離電容 C13接至頻率計(jì)；用示波器接在 TP2處觀測(cè)輸出波形，目的是減小對(duì)輸出波形的影響。 直接調(diào)頻的基本原理是用調(diào)制信號(hào)直接控制振蕩回路的參數(shù)，使振蕩器的輸出頻率隨調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律呈線性改變，以生成調(diào)頻信號(hào)的目的。 3. 其他實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以選做。 4. 查閱 不少于 6 篇參考文獻(xiàn) 。 若載波信號(hào)是由 LC 自激振蕩器產(chǎn)生，則振蕩頻率主要由振蕩回路的電感和電容元件決定。 圖 13 變?nèi)荻O管調(diào)頻實(shí)驗(yàn)電原理圖 測(cè)試項(xiàng)目和方法 振蕩器輸出的調(diào)整 1．將切換開(kāi)關(guān) K1的 12 接點(diǎn)短接，調(diào)整電位器 RW1使變?nèi)荻O管 D1的負(fù)極對(duì)地電壓為 +2V， 并觀測(cè)振蕩器輸出端的振蕩波形與頻率。將 K1的 12 短接，令Ed=2V，連接 J2 與鑒頻 板 J1。輸入信號(hào)加在 3端， 7 端外接電容器 C 與放大器的集電極電阻 R （典型值為 ）組成環(huán)路濾波器。 6~177。濾波器可選擇比例積分濾波器或 RC濾波器。 武漢理工大學(xué)《專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)》報(bào)告 7 L FP Du d(t) u c (t)1(t) 2(t)P LLVC O 圖 23 鎖相環(huán)路的基本構(gòu)成 （ 1）鑒相器 鑒相器是一個(gè)相位比較裝置，用來(lái)檢測(cè)輸入信號(hào)相位 與反饋信號(hào)相位 )(2t? 之間的相位差 )(te? 。 （ 2）環(huán)路濾波器 環(huán)路濾波器具有低通特性，它可以起到圖 24 中低通濾波器的作用，更重要的是它對(duì)環(huán)路參數(shù)調(diào)整起著決定性的作用。這也是一個(gè)低通濾波器，與 RC 積分濾波器不同的是，當(dāng)頻率很高時(shí) 等于電阻的分壓比，這就是濾波器的比例作用。故傳輸算子可以近似為121)( ??pppF ?? （ 23） CPRPCp A RpACp A RpAppApF11121221211111)(???????????????????武漢理工大學(xué)《專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)》報(bào)告 11 式中 CR11?? 。 v]。前兩種振蕩器的頻率控制都是用變?nèi)莨軄?lái)實(shí)現(xiàn)的。兩武漢理工大學(xué)《專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)》報(bào)告 13 信號(hào)相位差為 90176。繼續(xù)向高調(diào)節(jié)頻率，直到環(huán)路由鎖定到失鎖，該點(diǎn)頻率記作 4f 。其中： 45176。 解調(diào)器的實(shí)驗(yàn)框圖如圖 220 所示。 調(diào)頻器實(shí)驗(yàn) 1． 先選擇適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)電容和定時(shí)電阻，從 J1 端輸入音頻信號(hào)（正弦波，幅度為 1VPP，頻率為音頻的頻率范圍），當(dāng)輸入信號(hào)改變時(shí)，用 20MHz 雙蹤示波器觀察 TP1 端和 TP3端的波形，可清晰地觀察到調(diào)頻波頻率漸變的波形。 5． 在測(cè)定牽引特性曲線時(shí)，為了保證環(huán)路處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，應(yīng)緩慢地改變 if ，另外為使特性對(duì)稱(chēng)，首先將 VCO 的固定頻率 0f 置于所工作頻段中點(diǎn)，即 2 m i n0m a x00 fff ???? 當(dāng)參考輸入電平 0?iu 時(shí)，系統(tǒng)處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)， VCO 的振蕩頻率即為 0f ，改變頻率細(xì)調(diào)電位器可測(cè)得所選擇頻段的 max0f 、 min0f 及 0f 。 武漢理工大學(xué)《專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)》報(bào)告 18 圖 222 TP1和 TP3端的波形 結(jié)果分析：在 J1 端輸入音頻信號(hào)條 件下，即 TP1 端為調(diào)制信號(hào)，從 TP3 端輸出的是調(diào)頻波，載波（ VCO 自由振蕩）頻率隨調(diào)制信號(hào)變化。圖中的線性移相網(wǎng)絡(luò)就是頻 — 相變換網(wǎng)絡(luò)，它將輸入調(diào)頻信號(hào) u1的瞬時(shí)頻率變化轉(zhuǎn)換為相位變化的信號(hào) u2，然后與原輸入的調(diào)頻信號(hào)一起加到相位檢波器，檢出反映頻率變化的相位變化，從而實(shí)現(xiàn)了鑒頻的目的。圖 33（ a）中初次級(jí)回路之間僅通過(guò) Cp 與 Cm 進(jìn)行耦合，只要改變 Cp 和 Cm的大小就可調(diào)節(jié)耦合的松緊程度。 測(cè)試項(xiàng)目與方法 相位鑒頻器的調(diào)整 掃頻輸出探頭接 TP1，掃頻輸出衰減 30db， Y 輸入用開(kāi)路探頭接 TP3， Y 衰減 10（ 20db），Y 增幅最大，掃頻寬度控制在 格 /MHz 左右，使用內(nèi)頻標(biāo)觀察和調(diào)整 10MHz 鑒頻 S 曲線 ，可調(diào)器件為 L4061， T4011， C5， C8， C9五個(gè)元件。 圖 35 fVO 曲線圖 武漢理工大學(xué)《專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)》報(bào)告 23 4 乘積型相位鑒頻實(shí)驗(yàn) （ FMDEM2） 電路工作原理 相位鑒頻的原理 1． 鑒頻