實(shí)驗(yàn)十四

正交鑒頻及鎖相鑒頻實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.熟悉相位鑒頻器的基本工作原理。

2.了解鑒頻特性曲線（S曲線）的正確調(diào)整方法。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.調(diào)測(cè)鑒頻器的靜態(tài)工作點(diǎn)。

2.并聯(lián)回路對(duì)波形的影響。

3.用逐點(diǎn)法或掃頻法測(cè)鑒頻特性曲線，由S曲線計(jì)算鑒頻靈敏度Sd和線性鑒頻范圍2Δfmax。

三、實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)電路說(shuō)明

1．乘積型鑒頻器

（1）鑒頻是調(diào)頻的逆過(guò)程，廣泛采用的鑒頻電路是相位鑒頻器。鑒頻原理是：先將調(diào)頻波經(jīng)過(guò)一個(gè)線性移相網(wǎng)絡(luò)變換成調(diào)頻調(diào)相波，然后再與原調(diào)頻波一起加到一個(gè)相位檢波器進(jìn)行鑒頻。因此，實(shí)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(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，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。另一輸入端輸入經(jīng)線性移相網(wǎng)絡(luò)移相后的調(diào)頻調(diào)相波，設(shè)其表達(dá)式為

式中，第一項(xiàng)為高頻分量，可以被濾波器濾掉。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)。因此鑒頻器的輸出電壓的變化規(guī)律與調(diào)頻波瞬時(shí)頻率的變化規(guī)律相同，從而實(shí)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(wǎng)絡(luò)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V0與調(diào)頻波瞬時(shí)頻率的關(guān)系稱為鑒頻特性，其特性曲線(或稱S曲線)如圖14-1所示。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2Δfmax

。Sd定義為鑒頻器輸入調(diào)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在中心頻率

處的斜率來(lái)表示，即,2Δfmax

定義為鑒頻器不失真解調(diào)調(diào)頻波時(shí)所允許的最大頻率線性變化范圍，2Δfmax可在鑒頻特性曲線上求出。

(3)乘積型相位鑒頻器

用MCl496構(gòu)成的乘積型相位鑒頻器實(shí)驗(yàn)電路如圖14-2所示。其中C13與并聯(lián)諧振回路L1C18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。分析表明，該網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù)的相頻特性的表達(dá)式為

當(dāng)

時(shí)，上式可近似表示為

或

圖14-2

正交鑒頻（乘積型相位鑒頻）(4.5MHz)

式中為回路的諧振頻率，與調(diào)頻波的中心頻率相等。

Q為回路品質(zhì)因數(shù)。

△f為瞬時(shí)頻率偏移。

相移與頻偏△f的特性曲線如圖14-3所示。

由圖可見(jiàn)：在f=f0即△f=0時(shí)相位等于，在范圍內(nèi)，相位隨頻偏呈線性變化，從而實(shí)現(xiàn)線性移相。MCl496的作用是將調(diào)頻波與調(diào)頻調(diào)相波相乘，其輸出經(jīng)RC濾波網(wǎng)絡(luò)輸出。

2．鎖相鑒頻

鎖相環(huán)由三部分組成，如圖14-4所示，它由相位比較器PD、低通濾波器LF、壓控振蕩器VCO三個(gè)部分組成一個(gè)環(huán)路。

鎖相環(huán)是一種以消除頻率誤差為目的的反饋控制電路。當(dāng)調(diào)頻信號(hào)沒(méi)有頻偏時(shí)，若壓控振蕩器的頻率與外來(lái)載波信號(hào)頻率有差異時(shí)，通過(guò)相位比較器輸出一個(gè)誤差電壓。這個(gè)誤差電壓的頻率較低，經(jīng)過(guò)低通濾波器濾去所含的高頻成份，再去控制壓控振蕩器，使振蕩頻率趨近于外來(lái)載波信號(hào)頻率，于是誤差越來(lái)越小，直至壓控振蕩頻率和外來(lái)信號(hào)一樣，壓控振蕩器的頻率被鎖定在外來(lái)信號(hào)相同的頻率上，環(huán)路處于鎖定狀態(tài)。

圖14-5

鎖相鑒頻

(4.5MHz)

當(dāng)調(diào)頻信號(hào)有頻偏時(shí)，和原來(lái)穩(wěn)定在載波中心頻率上的壓控振蕩器相位比較的結(jié)果，相位比較器輸出一個(gè)誤差電壓，如圖14-5所示，以使壓控振蕩器向外來(lái)信號(hào)的頻率靠近。由于壓控振蕩器始終想要和外來(lái)信號(hào)的頻率鎖定，為達(dá)到鎖定的條件，相位比較器和低通濾波器向壓控振蕩器輸出的誤差電壓必須隨外來(lái)信號(hào)的載波頻率偏移的變化而變化。也就是說(shuō)這個(gè)誤差控制信號(hào)就是一個(gè)隨調(diào)制信號(hào)頻率而變化的解調(diào)信號(hào)，即實(shí)現(xiàn)了鑒頻。

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1．乘積型鑒頻器

1）調(diào)諧并聯(lián)諧振回路，使其諧振(諧振頻率fC=4.5MHz)。

方法是將峰－峰值Vp-p=500mV左右fC=4.5MHz、調(diào)制信號(hào)的頻率fΩ=1KHz的調(diào)頻信號(hào)從J6端輸入，按下“FM”開(kāi)關(guān)，將“FM頻偏”旋鈕旋到最大，調(diào)節(jié)諧振回路電感L1使輸出端獲得的低頻調(diào)制信號(hào)的波形失真最小，幅度最大。

2）鑒頻特性曲線(S曲線)的測(cè)量。

測(cè)量鑒頻特性曲線的常用方法有逐點(diǎn)描跡法和掃頻測(cè)量法。

①逐點(diǎn)描跡法的操作是：用高頻信號(hào)發(fā)生器作為鑒頻器的輸入

(見(jiàn)圖14-2)，頻率為

fC=4.5MHz，幅度；鑒頻器的輸出端接數(shù)字萬(wàn)用表(置于“直流電壓”檔)，測(cè)量輸出電壓值(調(diào)諧并聯(lián)諧振回路，使其諧振)；改變高頻信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率(維持幅度不變)，記下對(duì)應(yīng)的輸出電壓值，并填入下表；最后根據(jù)表中測(cè)量值描繪S曲線。

F(MHz)

4.5

4.6

4.8

4.9

5.0

5.1

5.2

5.3

5.4

5.5

V0(mV)

表14-1

鑒頻特性曲線的測(cè)量值

②掃頻測(cè)量法的操作是：將掃頻儀(如BT-3G型)的輸出信號(hào)作為鑒頻器的輸入信號(hào)，掃頻儀的檢波探頭電纜換成夾子電纜線接到鑒頻器的輸出端，先調(diào)節(jié)BT-3G的中心頻率使f0=5MHz(并聯(lián)諧振回路諧振)；然后調(diào)節(jié)BT-3G的“頻率偏移”、“輸出衰減”和“Y軸增益”等旋鈕，使BT-3G上直接顯示出鑒頻特性曲線，利用“頻標(biāo)”可繪出S曲線．調(diào)節(jié)圖14-2中諧振回路的電感L1，可改變S曲線的斜率和對(duì)稱性。

2．鎖相鑒頻

1）觀察系統(tǒng)的鑒頻情況

將峰－峰值Vp-p=500mV左右fC=4.5MHz，調(diào)制信號(hào)的頻率fΩ=1KHz的調(diào)頻信號(hào)從J4輸入，將S1的3撥上，觀察J2輸出的解調(diào)信號(hào)，對(duì)比調(diào)制信號(hào)，改變調(diào)制信號(hào)的頻率，觀察解調(diào)信號(hào)的變化。或改變RA1觀察J1、J2處波形。

五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

1.說(shuō)明乘積型鑒頻鑒頻原理。

2.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出鑒頻特性曲線。

3.說(shuō)明鎖相鑒頻的原理。

六、實(shí)驗(yàn)儀器

1．高頻實(shí)驗(yàn)箱

1臺(tái)

2．雙蹤示波器

1臺(tái)

3．頻率特性測(cè)試儀（可選）

1臺(tái)

4．萬(wàn)用表

1塊