二极管比例鉴频器.docx
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二极管比例鉴频器
高频实验报告（四）
——二极管比例鉴频器
组员
座位号16
实验时间周一上午
一、实验目的
1.掌握二极管比例鉴频器的工作原理和电路特点。
2.掌握二极管鉴频电路的调试过程，了解其中各谐振回路对于鉴频特性的影响。
3.了解鉴频电路中各关键点的波形特征。
4.了解比例鉴频器的自限幅特性。
二、实验原理
从调频信号中将调制信号分解出来的电路称为频率解调电路或鉴频电路，简称鉴频器。
本设计使用常用的鉴频电路“比例鉴频器”，如图4.1所示。
图中初级回路和次级回路都调谐到本实验所选择的中心频率上，为使电路对称，还应选择二极管，特性尽可能一致。
调频信号在图4.1中加到初级回路两端，鉴频器输出电压由检波负载电容、的中点（即接线柱端）对地输出。
图4.1比例鉴频频器电路
可将图4.1改画成图4.2的等效电路。
图4.2比例鉴频器等效电路
输出电压
（4-1）
其中，为两个检波器输出电压的比值；
（4-2）
其中；
（4-3）
这种鉴频器的输出电压除了与鉴频器中两个检波器输出电压和之和有关外，还与两个检波器输出电压和的比值有关。
比例鉴频器的输出电压随输入信号频率的变化情况如图4.3中实线所示。
图4.3鉴频特性曲线
一般称它为“鉴频特性曲线”或简称鉴频器“S曲线”。
曲线表明在一定频率范围内，鉴频器输出电压与输入信号频率有线性的比例关系。
鉴频特性曲线也可能是图4.3中虚线情况，这取决于鉴频器中线圈及二极管的接法。
但不管哪种形式，并不影响鉴频器工作性能。
鉴频特性曲线线性部分（即在附近）的斜率（以表示）称为鉴频器的鉴频灵敏度，即
（4-4）
在图4.2中，将电容的容量取得足够大，则由于大电容的滤波作用，使得当鉴频器输入信号幅度有较快变化时（即有寄生调幅），两端电压仍可保持不变。
这样，鉴频器输出电压将只与比值有关，而的大小又只与输入信号的频偏有关。
因此，比例鉴频器不但能有效地从调频信号中取出调制信号（实现了鉴频），而且还能抑制调频信号中的寄生调幅。
三、实验内容
3.1实验准备
根据实验提供的参数，计算C3A和C4A的值，选择合适的电容器插入实验板。
在实验板上R5的位置，插入51的电阻。
在实验板上R11的位置，插入10k的电阻。
接通实验板电源，实验板上的电源指示发光二极管点亮。
3.2电路调整
一、将信号发生器输出1（Output1）连接到比例鉴频器的输入（J1）上，输出扫频信号。
将比例鉴频器的输出（J2）连接到示波器输入端。
二、用示波器观察S曲线。
若无法看到S曲线，或者S曲线的中心频率偏离10.7MHz太远，则应检查C3A和C4A的容量是否选择正确。
若S曲线的中心频率接近10.7MHz，则可以缩小信号发生器的扫频宽度为500kHz，作进一步的调整。
三、调节C3B和C4B，使得S曲线的中心频率精确等于10.7MHz，且有良好的对称性和线性。
记录S曲线的形状和参数。
3.3鉴频过程观察
一、将信号发生器输出1（Output1）连接到比例鉴频器的输入（J1）上。
将比例鉴频器的输出（J2）连接到示波器输入端。
二、将输出信号模式设为为FM，载波频率为10.7MHz，调制频率为1kHz，最大频偏为160kHz，输出幅度为2mV。
三、调节示波器，使能够观察到鉴频输出波形，即频率为1kHz的正弦波。
此时若改变信号发生器的调制频率，可以观察到鉴频器输出信号的频率改变。
四、改变信号发生器的输出载频信号幅度，则鉴频器输出信号幅度亦会相应改变。
从输出载频幅度等于6dBm开始，逐点记录输入输出的幅度，直至输出载频幅度达到40dBm止。
四、实验报告要求
4.1基本要求
一、完成电路计算和调试，观察和记录S曲线，观察和记录输出波形。
二、根据S曲线，计算比例鉴频器的鉴频宽度和鉴频跨导。
鉴频宽度，鉴频跨导。
式中，fmax、fmin分别是S形曲线的上、下峰点对应的频率；Vmax、Vmin分别是S形曲线的上、下峰点对应的幅度值。
三、记录比例鉴频器的自限幅特性，画出比例鉴频器的输入幅度－输出幅度关系曲线。
4.2提高要求
一、逐步增大输入调频信号的最大频偏，观察鉴频器的输出信号波形，直至出现明显的失真。
记录并解释上述现象。
二、在T1谐振回路两端加接R4以改变其Q值，观察比例鉴频器的S曲线形状的改变。
记录并解释上述改变。
三、通过改变C3和C4，分别改变T1谐振回路和T2谐振回路的谐振情况，观察它们对于S曲线形状的影响。
记录并解释上述结果。
五、实验参数设计
实验电路：
T1：
1-2,14T；2-3,7T；4-5,7T；T2：
1-2,8T；2-3,8T；4-5,1T
LT1（1-3）+LT2（4-5）≈4H；LT2（1-3）≈2.1H
图4.4比例鉴频器实验电路
因为，，根据，
计算得到，
因此，取瓷片电容，可调电容；
取瓷片电容,可调电容。
六、实验结果记录与分析
6.1基本要求部分
1.S曲线记录
输入：
扫频信号，中心频率10.7MHz,扫频宽度0.8MHz（10.3MHz-11.1MHz），输出幅度20mV。
输出S曲线：
2.鉴频宽度和鉴频跨导的计算
所需数据并不是直接从S曲线上读出，而是采用正弦波输入，改变其频率，看输出电平。
记录Vmax和Vmin所对应的f。
输入：
正弦波信号，幅度Vipp=1V
输出：
f=10.7MHz，对应Vo=-4.62mV
fmin=10.52MHz，对应Vmin=-592mV
fmax=10.92MHz，对应Vmax=608mV
所以得鉴频宽度：
鉴频跨导：
3.FM鉴频波形
输入：
模式为FM，载波频率10.7MHz，调制频率1kHz，最大频偏160kHz
输出波形：
可以看到，鉴频得到的信号频率为1.001kHz，但是幅度较小。
4.自限幅特性
输入：
FM波，载波频率10.7MHz，最大频偏160kHz
输入幅度（V）－输出幅度（mV）
Vipp
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Vopp
20.8
23.2
24.8
25.6
28
28.8
Vipp
0.7
0.8
0.9
1.0
1.2
1.4
Vopp
30
31.2
32
33.6
41.6
43.2
Vipp
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
Vopp
46.4
48.8
51.2
54.4
57.6
60.8
Vipp
2.8
3.0
3.2
3.4
3.6
3.8
Vopp
64
67.2
69.6
73.6
76.8
80.8
Vipp
4.0
4.2
4.4
4.6
4.8
5.0
Vopp
83.2
88.8
92
93.6
93.6
94.4
Vipp
5.2
5.4
5.6
5.8
6.0
6.2
Vopp
94.4
92
88.8
84
80
76
可以看到当输入幅度超过1V时，输出幅度变化十分缓慢。
经MATLAB拟合，得到自限幅特性曲线：
6.2提高要求部分
1.增大频偏，观察输出波形
输入：
FM波，载波频率10.7MHz，输入幅度1V。
输出波形记录如下：
频偏为160KHz，此时波形无失真
之后逐渐加大频偏，波形均无失真
频偏为210kHz
此时波形底部开始出现失真
频偏为240kHz
底部明显失真
之后失真越来越明显
分析：
之前已经计算过，本电路鉴频宽度为0.4MHz，所以在此范围内，鉴频效果较好，超出此范围，就会出现失真。
所以理论上频偏为200kHz时会出现失真，实际观察发现从210kHz开始失真，理论与实际较为符合。
2.改变Q值，观察S曲线
实验中，随着R4阻值的减小，输出幅度减小，S曲线形状变差。
随着R4阻值变化大致波形如下（由于未记录，这里手绘）
分析：
随着R4的减小，Q值减小。
Q值减小降低了回路放大倍数，导致输出幅度变小。
同时Q的减小也会降低谐振回路的选频性能。
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