【導讀】19中改變調制方式，觀察測試結果。試項目，并對測試結果作出詳細分析。第17周，安排設計任務；第18周，完成重點測試項目；第19周，進行一般測試項目；答辯。

　　

【正文】 — 相變換網絡，它將輸入調頻信號 u1 的瞬時頻率變化轉換為相位變化的信號 u2，然后與原輸入的調頻信號一起加到相位檢波器，檢出反映頻率變化的相位變化，從而實現(xiàn)了鑒頻的目的。 1 線性移相網絡 相位檢波器u o2 uu 圖 31 相位鑒頻器的組成框圖 圖 32 的耦合回路相位鑒頻器是常用的 一種鑒頻器。這種鑒頻器的相位檢波器部分是由兩個包絡檢波器組成，線性移相網絡采用耦合回路。為了擴大線性鑒頻的范圍，這種相位鑒頻器通常都接成平衡和差動輸出。 耦合回路 包絡檢波器耦合回路 包絡檢波器+疊加型相位檢波器 ou2u1u2u1u 圖 32 耦合回路相位鑒頻器 圖 33（ a）是電容耦合的雙調諧回路相位鑒頻器的電路原理圖，它是由調頻 — 調相變換器和相位檢波器兩部分所組成。調頻 — 調相變換器實質上是一個電容耦合雙調諧回路諧振放大器，耦合回路初級信號通過電容 Cp 耦合到次級線圈的中心抽頭上， L1C1 為初級調諧回路， L2C2 為次級調諧回路，初、次級回路均調諧在輸入調頻波的中心頻率 fc 上，二極管 D D2 和電阻 R R2 分別構成兩個對稱的包絡檢波器。鑒頻器輸出電壓 uo 由 C5 兩端取出， C5 對高頻短路而對低頻開路，再考慮到 L C2 對低頻分量的短路作用，因而鑒頻器的輸出電壓 uo 等于兩個檢波器負載電阻上電壓的變化之差。電阻 R3 對輸入信號頻率呈現(xiàn)高阻抗，并為二極管提供直流通路。圖 33（ a）中初次級回路之間僅通過 Cp 與 Cm進行耦合，只要改變 Cp 和 Cm的大小就可調節(jié)耦合的松緊程度。由于 Cp 的容量遠大于 Cm，Cp 對高頻可視為短路。基于上述 ，耦合回路部分的交流等效電路如圖 33（ b）所示。初級電壓 u1經 Cm耦合，在次級回路產生電壓 u2，經 L2中心抽頭分成兩個相等的電壓 ，由圖可見，加到兩個二極管上的信號電壓分別 和為： ，隨著輸入信號頻率的變化。 u1 和 u2 之間的相位也發(fā)生相應的變化，從而使它們的合成電壓發(fā)生變化，由此可將調頻波變成調幅 — 調頻波，最后由包絡檢波器檢出調制信號。 221 u21D1 u21uu ??21D2 u21uu ??武漢理工大學《專業(yè)綜合課程設計》報告 21 LLCmCDDRRCLCCDDC+_Cp R 3+u 1C 1u o1222 5112+u22+u22m2212u 1++522u 圖 33 電容耦合雙調諧回路相位鑒頻器 實際電路原理圖如圖 34 所示。 C40 . 1 uC20 . 0 1 uR151kD12 AP 9J1+C83 1 5 P+C93 1 5 P+C53 1 5 PB G13 DG6 BB G23 DG6 BD22 AP 9T P 1T P 3R3100R4330R951KR620KR851KR215kR522KR722KE110uE210uC620PC35 . 1 PC 1 20 . 0 1 uC72200PC 1 30 . 1 uC 1 020PC 1 120PC120PT 4 0 1 1+ 1 2 VR 1 05 . 6 KD3L E D( R )J3音頻輸出T 4 0 6 1調頻波輸入( 1 0 M H z ) 圖 34 分立元件相位鑒頻電原理圖 J1 為相位鑒頻器調制波的輸入端， C1 提供合適的容性負載； BG1 和 BG2 接成共集 —共基電路，以提高輸入阻抗和展寬頻帶， R1 和 R2 提供公用偏置電壓， C3 用以改善輸出波形。 BG2 集電極負載以及之后的電路在原理分析中都已闡明，這里不再重復。 測試項目與方法 相位鑒頻器的調整 掃頻輸出探頭接 TP1，掃頻輸出衰減 30db， Y 輸入用開路探頭接 TP3， Y 衰減 10（ 20db），Y 增幅最大，掃頻寬度控制在 格 /MHz 左右，使用內頻標觀察和調整 10MHz鑒頻 S 曲線 ，可調器件為 L4061， T4011， C5， C8， C9五個元件。其主要作用為： T401 C8 調中心 10MHz至 X 軸線。 L406 C5 調上下波形對稱。 C9 調中心 10MHz附近的的線性。 武漢理工大學《專業(yè)綜合課程設計》報告 22 鑒頻特性的測試 使載波發(fā)生器模塊輸出載波 CW，頻率 10MHz，幅度 ，接入輸入端 TP1，用直流電壓表測量輸出端 TP3 對地電壓（若不為零，可略微調 T4011 和 C8，使其為零），然后在~11MHz 范圍內，以相距 ，測得相應的直流輸出電壓，并填入 表 31中 。 相位鑒頻器的解調功能測量 使高頻信號發(fā)生器輸出 FM 調頻信號，幅度為 VPP，頻率為 10MHz，頻偏最大，并接入電路輸入端 J1，在輸出端 TP3 測量解調信號 的 波形 、 頻率 和 幅度（允許略微調節(jié)T4011）。 測試結果及分析 1．鑒頻特性的測試 表 31 f(MHz) 10 11 V0(mV) 0 2． 相位鑒頻器的解調功能測量 使高頻信號發(fā)生器輸出 FM 調頻信號，幅度為 VPP，頻率為 10MHz，頻偏最大，并接入電路輸入端 J1，在輸出端 TP3 測量解調信號： 波形 ： 正弦 波 頻率： 1 KHz 幅度： VPP（允許略微調節(jié) T4011）。 繪制 fVO 曲線，并按最小誤差畫出鑒頻特性的直線（用虛線表示）。 圖 35 fVO 曲線圖 武漢理工大學《專業(yè)綜合課程設計》報告 23 4 乘積型相位鑒頻實驗 （ FMDEM2） 電路工作原理 相位鑒頻的原理 1． 鑒頻原理 鑒頻是調頻的逆過程，廣泛采用的鑒頻電路是相位鑒頻器。鑒頻原理是：先將調頻波經過一個線性移相網絡變換成調頻調相波，然后再與原調頻波一起加到一個相位檢波器進行鑒頻。因此，實現(xiàn)鑒頻的核心部件是相位檢波器。 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現(xiàn)乘積型相位檢波，其基本原理是：在乘法器的一個輸入端輸入調頻波 )(st? ，設其表達式為 式中， 為調頻系數(shù)， 或 ，其中 為調制信號產生的頻偏。另一輸入端輸入經線性移相網絡移相后的調頻調相波 )(us t ，設其表達式為 ? ?? ? ? ?)(s i ns i n39。)(2s i nc o s39。)(39。 ??????? ????????? tmtVtmtVtv fcsmfcsms 式中， )(?? 為移相網絡的移相角，這時乘法器的輸出 ? ? )(s i n39。21)(s i n(2s i n39。21)(39。)()( ????? smsmEfcsmsmEssEo VVKtmtVVKtvtvKtv ??????式中，第一項為高頻分量，可以被濾波器濾掉。第二項是所需要的頻率分量，只要線性移相網絡的相頻特性 )(?? 在調頻波的頻率變化范圍內是線性的，當 )( ??? 時，)()(sin ???? ? 。 因此鑒頻器的輸出電壓 )(tvo 的變化規(guī)律與調頻波瞬時頻率的變化規(guī)律相同，從而實現(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絡相頻特性的線性范圍的限制。 2． 鑒頻特性 相位鑒頻器的輸出電壓 ov 與調頻波瞬時頻率 f 的關系稱為 鑒頻特性，其特性曲線（或稱 S 曲線）如圖 41 所示。鑒頻器的主要性能指標是鑒頻靈敏度 Sd和線性鑒頻范圍 maxf2? 。 Sd定義為鑒頻器輸入調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 fvo? 在中心頻率 f0 處的斜率來表示，即 fVOd ?? /S 。 maxf2? 定義為鑒頻器不失真解調調頻波所允許的最大頻率線性變化范圍， maxf2? 可在鑒頻特性曲線上求出。 ? ?tmttv fcsm ??? s inc o sV)(s ?fm ??? ?fm ffmf ?? ??武漢理工大學《專業(yè)綜合課程設計》報告 24 圖 41 相 位鑒頻特性 MC1496 乘積型相位鑒頻器 用 MC1496 構成的乘積型相位鑒頻器實驗電路如圖 42 所示。 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驗電原理圖 其中 C2 與并聯(lián)諧振 C T601 共同組成線性移相網絡，將調頻波的瞬時頻率的變化轉變成瞬時相位的變化。分析表明，該網絡的傳輸函數(shù)的相頻特性 )(?? 的表達式為 當 1 o ??? ?? 時，上式可近似表示為 或 式中， of 為回 路的諧振頻率，與調頻波的中心頻率相等； Q 為回路的品質因數(shù)； f? 為瞬時頻率偏移。相移 ? 與頻偏 f? 的特性曲線如圖 43 所示。由圖可見，當 off? 時，相位等于 ，在 f? 范圍內，相位隨頻偏呈線性變化，從而實現(xiàn)線性移相。 MC1496 的作用是將調頻波與調頻調相波相乘， 其輸出端接集成運放構成的差分放大器，將雙端輸出變成單端輸出，再經 R0C0 濾波網絡輸出。圖 42 所示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，再調諧并聯(lián)諧振回路，使其諧振頻率 z 10MH?of ；再從 xv 端輸入?????? ??? )1(a r c t a n2)( 022????? Q2????????? ???? oQ ? ???? 2a r c t a n2)( ???????? ???? of fQf 2a r c t a n2)( ??武漢理工大學《專業(yè)綜合課程設計》報告 25 z 10MH?cf ， PCPV? =40mV 的載波（不接相移網絡， 0?yv ），調節(jié)平衡電位器 RP 使載波抑制最佳（ VO=0）； 然后接入移相網絡，輸入調頻波 sv ，其中心頻率 z 10MH?of ，PSPV? =40mV。調制信號的頻率 kHzf 1?? ，最大頻偏 maxf? =75kHz調節(jié)諧振回路電容 C2 及電阻 R1（改變回路品質因數(shù)）使輸出端獲得的低頻調制信號 )(tvo 的波形失真最小，幅度最大。 圖 43 移相網絡的相 頻特性 測試項目與方法 靜態(tài)工作點的測量 （見實驗二）。 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描述法和掃頻測量法。 逐點描述法的操作是：用高頻信號發(fā)生器作為鑒頻器的輸入 sv （見圖 42），頻率 z MH10?of ，幅度 PSPV? =150mV；鑒頻器的輸出端 ov 接數(shù)字萬用表（置于“直流電壓 ”檔），測量輸出電壓 ov 值（調諧并聯(lián)諧振回路，使其諧振）；改變高頻信號發(fā)生器的輸出頻率（維持幅度不變），記下對應的輸出電壓 ov 值，并填入表 41 中 ；最后根據(jù)表中測