調(diào)頻解調(diào)實驗

1、頻率調(diào)制解調(diào)實驗李祖明 131180016一、實驗?zāi)康?1熟悉電子元器件和高頻電子線路實驗系統(tǒng)； 2掌握用變?nèi)荻O管調(diào)頻振蕩器實現(xiàn)FM的方法； 3理解靜態(tài)調(diào)制特性、動態(tài)調(diào)制特性概念和測試方法。4了解調(diào)頻波產(chǎn)生和解調(diào)的全過程以及整機調(diào)試方法，建立起調(diào)頻系統(tǒng)的初步概念； 5了解斜率鑒頻與相位鑒頻器的工作原理； 6熟悉初、次級回路電容、耦合電容對于電容耦合回路相位鑒頻器工作的影響。二實驗內(nèi)容 1用示波器觀察調(diào)頻器輸出波形，考察各種因素對于調(diào)頻器輸出波形的影響； 2變?nèi)荻O管調(diào)頻器靜態(tài)調(diào)制特性測量；3變?nèi)荻O管調(diào)頻器動態(tài)調(diào)制特性測量。4調(diào)頻-鑒頻過程觀察：用示波器觀測調(diào)頻器輸入、輸出波形，鑒頻器輸入、

2、輸出波形；5觀察初級回路電容、次級回路電容、耦合電容變化對FM波解調(diào)的影響。三實驗原理頻率調(diào)制工作原理:(1)調(diào)頻及其數(shù)學(xué)表達(dá)式設(shè)調(diào)制信號為，載波信號為。調(diào)頻時，載波高頻振蕩的瞬時頻率隨調(diào)制信號呈線性變化，其比例系數(shù)為，即，式中，是載波角頻率，也是調(diào)頻信號的中心角頻率。是由調(diào)制信號所引起的角頻率偏移，稱頻偏或頻移。與成正比，。的最大值稱為最大頻偏，用表示：單音頻調(diào)制時，對于調(diào)頻信號，它的為由此就得到調(diào)頻信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式，即有假定初相角，則得式中，叫調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)，以符號表示，即它是最大頻偏與調(diào)制信號角頻率之比。值可以大于1（這與調(diào)幅波不同，調(diào)幅指數(shù)總是小于等于1的）。所以調(diào)頻波數(shù)學(xué)表達(dá)式為(

3、2)調(diào)頻波的頻譜上述頻調(diào)波的頻譜分析是非常復(fù)雜的，需用復(fù)雜的數(shù)學(xué)工具，這里只給出結(jié)論。當(dāng)時，頻調(diào)波的頻譜和幅調(diào)波一樣，也是由載頻和一對邊頻組成。如圖8-2（a）所示。但下邊頻的相位和上邊頻差180度。如果調(diào)制信號是一個頻帶，則上下邊頻就成了上下邊帶。當(dāng)逐漸增大，邊頻數(shù)也逐步增大，實際上包含載頻和無數(shù)對邊頻。如果把調(diào)制前載波振幅的15%以上的邊頻作為有效邊頻，有效邊頻所占的頻帶寬度稱為有效頻帶寬度B，則當(dāng)>2時（這時為寬帶調(diào)頻），圖8-2（b）畫出了=3時頻調(diào)波的振幅頻譜。圖8-2(a) 圖8-2(b)總之，頻調(diào)波的頻譜成份，理論上有無窮多，所以頻率調(diào)制是一種非線性調(diào)制。（3）調(diào)頻信號的產(chǎn)

4、生調(diào)頻就是用調(diào)制電壓去控制載波的頻率。調(diào)頻的方法和電路很多，最常用的可分為兩大類：直接調(diào)頻法和間接調(diào)頻法。直接調(diào)頻就是用調(diào)制電壓直接去控制載頻振蕩器的頻率，以產(chǎn)生調(diào)頻信號。間接調(diào)頻法就是保持振蕩器的頻率不變，而用調(diào)制電壓去改變載波輸出的相位，這實際上是調(diào)相。目前采用最多的是變?nèi)荻O管直接調(diào)頻法，下面主要介紹這種方法。變?nèi)荻O管是利用半導(dǎo)體PN結(jié)的結(jié)電容隨外加反向電壓而變化這一特性，所制成的一種半導(dǎo)體二極管。它是一種電壓控制可變電抗元件。變?nèi)荻O管與普通二極管相比，所不同的是在反向電壓作用下的結(jié)電容變化較大。變?nèi)荻O管的電容隨著所加的反向偏壓而變化。圖8-4是特性曲線。圖8-3(a) 圖8-3(

5、b) 圖8-4圖8-5圖8-5為某發(fā)信機的調(diào)頻電路，其中，虛線框部分為共基極的西勒振蕩器，圖中僅畫出了交流等效電路?？蛲獠糠譃樽?nèi)荻O管調(diào)頻器。，為一常數(shù)。上式表明已正確實現(xiàn)了調(diào)頻。調(diào)頻波解調(diào)工作原理（1）調(diào)頻波解調(diào)的方法從調(diào)頻波中取出原來的調(diào)制信號，稱為頻率檢波，又稱鑒頻。完成鑒頻功能的電路稱為鑒頻器。在調(diào)頻波中，調(diào)制信號包含在高頻振蕩頻率的變化量中，所以調(diào)頻波的解調(diào)任務(wù)就是要求鑒頻器輸出信號與輸入調(diào)頻波的瞬時頻移成線性關(guān)系。鑒頻器實際上包含兩個部分，第一是借助諧振電路將等幅的調(diào)頻波轉(zhuǎn)換成幅度隨瞬時頻率變化的調(diào)幅調(diào)頻波，第二是用二極管檢波器進(jìn)行幅度檢波，以還原出調(diào)制信號。調(diào)頻波的檢波，主要是

6、限福器和鑒頻器兩個環(huán)節(jié)，可用圖9-1（a）的方框圖表示。其對應(yīng)各點的波形如圖9-2（b）所示。（b）（b）圖9-1 調(diào)諧波的檢波有的鑒頻器（如比例鑒頻器），本身具有限幅作用，則可以省掉限幅器。鑒頻器的類型很多，根據(jù)它們的工作原理，可分為斜率鑒頻器、相位鑒頻器、比例鑒頻器和脈沖計數(shù)式鑒頻器。下面我們只介紹斜率鑒頻器。 （2）斜率鑒頻器 斜率鑒頻是由失諧單諧振回路和晶體二極管包絡(luò)檢波器組成，其諧振電路不是調(diào)諧于調(diào)頻波的載波頻率，而是比它高或低一些，形成一定的失諧。由于這種鑒頻器是利用并聯(lián)LC回路幅頻特性的傾斜部分將調(diào)頻波變換成調(diào)幅調(diào)頻波，故通常稱它為斜率鑒頻器。在實際調(diào)整時，為了獲得線性的鑒頻特性

7、曲線，總是使輸入調(diào)頻波的中心頻率處于諧振特性曲線中接近直線段的中點，如圖9-3所示（或）點。這樣，諧振電路電壓幅度的變化將與頻率成線性關(guān)系，就可將調(diào)頻波轉(zhuǎn)換成調(diào)幅調(diào)頻波。再通過二極管對調(diào)幅波的檢波，便可得到調(diào)制信號。圖9-3 斜率鑒頻器的工作原理（3）調(diào)頻制和調(diào)幅制的比較和調(diào)幅制相比，調(diào)頻制有許多優(yōu)點。嚴(yán)格的分析需要進(jìn)行繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，我們直接講述幾點結(jié)論。（1）當(dāng)調(diào)頻指數(shù)較大（比如>3）時，調(diào)頻制的抗干擾及噪聲性能比調(diào)幅制強得多。（2）調(diào)頻制的解調(diào)信號音質(zhì)比調(diào)幅制好得多。（3）調(diào)頻制的缺點是信號頻帶較寬，因此只適合超短波波段。四實驗步驟及結(jié)果頻率調(diào)制部分：1實驗準(zhǔn)備在實驗箱主板上插上變

8、容二極管調(diào)頻模塊、斜率鑒頻與相位鑒頻模塊，按下12K01，此時變?nèi)荻O管調(diào)頻模塊電源指標(biāo)燈點亮。2靜態(tài)調(diào)制特性測量輸入端先不接音頻信號，將示波器接到調(diào)頻器單元的12TP02。將頻率計接到調(diào)頻輸出（12P02），用萬用表測量12TP01點電位值，按表8-1所給的電壓值調(diào)節(jié)電位器12W01，使12TP01點電位在1.659.5V范圍內(nèi)變化，并把相應(yīng)的頻率值填入表8-1。實驗測得數(shù)據(jù)如下表8-1V12P01(V)2.6534567899.5F0(MHz)5.9816.0976.3776.6046.7936.9427.0467.1297.1623動態(tài)調(diào)制特性測量1 實驗步驟將斜率鑒頻與相位鑒頻模塊（簡

9、稱鑒頻器單元）中的+12 V電源接通（按下13K01開關(guān)，相應(yīng)指示燈亮），從而鑒頻器工作于正常狀態(tài)。調(diào)整12W01使得變?nèi)荻O管調(diào)頻器輸出頻率f0=6.3MH左右。以實驗箱上的低頻信號源作為音頻調(diào)制信號，輸出頻率f =1kHz、峰-峰值Vp-p=300mv（用示波器監(jiān)測）的正弦波。 把實驗箱上的低頻信號源輸出的音頻調(diào)制信號加入到調(diào)頻器單元的音頻輸入端12P01，便可在調(diào)頻器單元的12TP02端上觀察到FM波。實驗測得的圖片如下：符合FM波的特性。把調(diào)頻器單元的調(diào)頻輸出端12P02連接到鑒頻器單元的輸入端（13P01），并將鑒頻器單元的13K02撥向相位鑒頻，便可在鑒頻器單元的輸出端13P02上

10、觀察到經(jīng)解調(diào)后的音頻信號。如果沒有波形或波形不好，應(yīng)調(diào)整12W01和13W01。實驗測得的解調(diào)后的音頻信號如下：藍(lán)色波形為解調(diào)出來的結(jié)果，之所以幅值比較大是因為調(diào)節(jié)調(diào)整12W01使得放大倍數(shù)變大導(dǎo)致的。將示波器CH1接調(diào)制信號源（可接在調(diào)制模塊中的12TP03上），CH2接鑒頻輸出13TP03，比較兩個波形有何不同。改變調(diào)制信號源的幅度，觀測鑒頻器解調(diào)輸出有何變化。調(diào)整調(diào)制信號源的頻率，觀測鑒頻器輸出波形的變化。實驗測得的波形圖像如下：可知調(diào)制信號與輸出信號是同向的，當(dāng)改變調(diào)制信號源的幅度，解調(diào)輸出也同步改變，當(dāng)改變信號源的頻率，解調(diào)輸出也同步改變。.解調(diào)信號的幅值要大一點。頻率調(diào)整部分：1實

11、驗準(zhǔn)備插裝好斜率鑒頻與相位鑒頻、變?nèi)荻O管調(diào)頻器模塊，接通電源，即可開始實驗。2相位鑒頻實驗（該實驗與實驗8的內(nèi)容有部分重復(fù)） 以實驗8中的方法產(chǎn)生FM波，即音頻調(diào)制信號頻率為1KHZ，電壓峰-峰值300MV，加到12P01音頻輸入端，并將調(diào)頻輸出中心頻率調(diào)至6.3MHZ左右，然后將其輸出連接到鑒頻單元的輸入端13P01，即用鉚孔線將12P02與13P01相連。將鑒頻器單元開關(guān)13K02撥向相位鑒頻。用示波器觀察鑒頻輸出(13TP03)波形，此時可觀察到頻率為1kHz的正弦波。如果沒有波形或波形不好，應(yīng)調(diào)整12W01和13W01。建議采用示波器作雙線觀察：CH1接調(diào)頻器輸入端12TP03，CH

12、2接鑒頻器輸出端13TP03，并作比較。實際觀察到的波形如下圖：相位鑒頻的輸出波形與輸入波形同向且變化一致。 若改變調(diào)制信號幅度，則鑒頻器輸出信號幅度亦會隨之變大，但信號幅度過大時，輸出將會出現(xiàn)失真。失真的圖像如下：(3)改變調(diào)制信號的頻率，鑒頻器輸出頻率應(yīng)隨之變化。將調(diào)制信號改成三角波和方波，再觀察鑒頻輸出。方波以及三角波的波形如下：3斜率鑒頻實驗 (1)將鑒頻單元開關(guān)13K02撥向斜率鑒頻。 (2)信號連接和測試方法與相位鑒頻完全相同，但音頻調(diào)制信號幅度應(yīng)增大到。實驗結(jié)果圖片如下：根據(jù)圖像我們可以看出輸出波形與輸入波形反向。五實驗要求1根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上畫出靜態(tài)調(diào)制特性曲線，說明曲線斜率受哪些因素影響。答：靜態(tài)調(diào)制特性曲線如下圖：根據(jù)圖形可知曲線斜率逐漸減小，主要的影響原因是電壓的增大會使得輸出頻率的變化值減小，一般不能過大，變?nèi)荻O管不能出