調頻通信系統測試與設計綜合課程設計報告(更新版)

　　

【正文】 號，以便測量壓控振蕩器的同步帶和捕捉帶。3．同步帶和捕捉帶的測量14端輸入一個方波（或正弦）信號，變化輸入信號頻率從中心頻率f0（VCO自由振蕩頻率）附近逐漸上升，至4端或2 端輸出方波出現不穩定時，即環路失鎖時，測出此時的失鎖頻率fH2。圖91 鎖相環調頻原理框圖將低頻調制信號加到壓控振蕩器的控制端，使壓控振蕩器的輸出頻率在自由振蕩頻率（中心頻率）fO上下隨調制信號而變化，即生成了調頻波。對于圖83所示電路參數，靜態時（），測量器件各引腳的電壓如下：引腳 ⑧ ⑩ ① ④ ⑥ ② ③ ⑤ ⑦ 電壓/V 0 2．記錄抑制載波振幅調制的、數據，記錄輸出波形圖并計算調幅系數m。時，調節平衡電位器RW1,使輸出信號中有載波輸出，此時，約十幾毫伏（此時V4≠V1）。J1端輸入調制信號，其頻率，先使峰峰值。其中，載波信號經高頻耦合電容C2從⑩腳（端）輸入，C3為高頻旁路電容，使⑧腳交流接地。引腳⑧與⑩接輸入電壓，①和④接另一輸入電壓，輸出電壓從引腳⑥與輸出。雙邊帶調幅波的表達式為單邊帶調幅波的表達式為或 集成模擬乘法器集成模擬乘法器是完成兩個模擬量（電壓或電流）相乘的電子器件。然后將測試點移至TP1處，測得頻率f1 = 。按下表改變電容C7的值，在TP2處測量振蕩器的輸出幅度VL（保持Ueq=），記錄相應的數據于表71，并繪制VL=f（C）曲線。三極管BG2等組成射極跟隨電路，提供低阻抗輸出。a） 克拉潑振蕩器 （b） 交流等效電路圖73 克拉潑振蕩器 3） 并聯改進型電容反饋三點式電路——西勒振蕩器電路如圖74所示，它是在串聯改進型的基礎上，在L1兩端并聯一個小電容C4，調節C4可改變振蕩頻率。7 LC與晶體振蕩（本振）實驗（OSC） 電路工作原理三點式振蕩器基本電路結構如圖71所示。鑒頻與檢波由K1切換，鑒頻時需調整L1001，使幅度最大。這是一個標準的超外差接收機，信號流程如圖62所示。實驗聯調步驟采用由后及前的逐級調試方法。調節諧振回路電容C4及電感T601，平衡電位器RW1可改變S曲線的斜率和對稱性。由圖可見，當時，相位等于 ，在范圍內，相位隨頻偏呈線性變化，從而實現線性移相。2．鑒頻特性相位鑒頻器的輸出電壓與調頻波瞬時頻率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。圖35 fVO曲線圖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。 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，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。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的大小就可調節耦合的松緊程度。圖中的線性移相網絡就是頻—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，從而實現了鑒頻的目的。圖222 TP1和TP3端的波形結果分析：在J1端輸入音頻信號條件下，即TP1端為調制信號，從TP3端輸出的是調頻波，載波（VCO自由振蕩）頻率隨調制信號變化。5．在測定牽引特性曲線時，為了保證環路處于相對靜止狀態，應緩慢地改變，另外為使特性對稱，首先將VCO的固定頻率置于所工作頻段中點，即 當參考輸入電平時，系統處于開環狀態，VCO的振蕩頻率即為，改變頻率細調電位器可測得所選擇頻段的、及。 調頻器實驗1．先選擇適當的定時電容和定時電阻，從J1端輸入音頻信號（正弦波，幅度為1VPP，頻率為音頻的頻率范圍），當輸入信號改變時，用20MHz雙蹤示波器觀察TP1端和TP3端的波形，可清晰地觀察到調頻波頻率漸變的波形。解調器的實驗框圖如圖220所示。其中：45176。繼續向高調節頻率，直到環路由鎖定到失鎖，該點頻率記作。當時。圖213 振蕩器的控制特性壓控振蕩器電路的形式很多，常用的有壓控振蕩器、晶體振蕩器、負阻壓控振蕩器和壓控振蕩器等幾種。圖212 有源比例積分濾波器的對數頻率特性（3）壓控振蕩器壓控振蕩器是一個電壓―頻率變換裝置，在環中作為被控振蕩器，它的振蕩頻率應隨輸入控制電壓線性地變化，即應有變換關系 （24）式中是壓控振蕩器的瞬時角頻率；為控制靈敏度或稱增益系數，單位是[rad/s因此，這個負號對環路的工作沒有影響，分析時可以不予考慮。這是兩個獨立可調的參數，其頻率響應為： 圖29 無源比例積分濾波器電路組成據此可作出對數頻率特性，如圖210所示。這類鑒相器適用于方波（也可以用正弦波通過限幅得到）輸入，通常用數字電路構成。下面逐個介紹基本部件在環路中的作用。帶寬選擇確定環路濾波器的帶寬。鑒相靈敏度為： 放大器增益為： ，放大器增益為：~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。在變容二極管調頻器的輸入端J1接入1K的音頻調制信號Vi。低頻信號從輸入端J1輸入，通過變容二極管D1實現直接調頻，C1為耦合電容，BG2對調制波進行放大，通過RW2控制調制波的幅度，BG3為射級跟隨器，以減小負載對調頻電路的影響。采用特殊工藝制成的變容二極管γ值可達1~5。2. 一般測試項目：實驗9；簡單說明電路各個組成部分的作用或功能，寫出測試項目，并對測試結果作出詳細分析。初始條件：1. THEX1型綜合實驗平臺及實驗指導書；2. 示波器，萬用表。因而，只要用調制信號去控制振蕩回路的電感和電容，就能達到控制振蕩頻率的目的。2．調整線圈L4021的磁芯和可調電阻R4，177。 測試結果及分析（一）振蕩器輸出的調整振蕩器輸出端的振蕩波形與頻率為f =, Vpp =,波形圖如下圖14所示。6端提供了一個參考電壓，其標稱值與7端相同。60%，輸入電阻為10K，典型工作電流為8mA。同時由于鎖相環中壓控振蕩器的線性范圍可限，所以輸入信號的幅度不應過高。常用的正弦鑒相器可用模擬相乘器與低通濾波器的串接作為模型，如圖24所示。常用的環路濾波器有RC積分濾波器、無源比例積分濾波器和有源比例積分濾波器三種，現分別說明如下。這個相位超前作用對改善環路的穩定性是有用的。顯然，A越大就越接近理想積分濾波器。圖213中的實線為一條實際壓控振蕩器的控制特性，虛線為符合式（24）的線性控制特性。為了改善壓控特性的線性性能，在電路上采取一些措施，如與線性電容串接或并接，以背對背或面對面方式連接等等。②輸入信號與VCO輸出信號相位不相干，20MHz雙蹤示波器顯示波形模糊。為提高測量精度，上述過程可反復進行幾次。系統的框圖如圖219。 壓控振蕩器兩種輸出信號的觀察 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試1．先選擇適當的定時電容和定時電阻，將“VCO輸出”與“反饋輸入”用導線短接。3．注意調頻信號的頻率必須落在調頻器單元的固有頻率附近。圖223 TP3端的波形結果分析：當沒有音頻輸入和調制波輸入時，TP3輸出就是VCO的自由振蕩頻率。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。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。 C9 調中心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現乘積型相位檢波，其基本原理是：在乘法器的一個輸入端輸入調頻波，設其表達式為式中， 為調頻系數， 或 ，其中 為調制信號產生的頻偏。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，可在鑒頻特性曲線上求出。調制信號的頻率，最大頻偏=75kHz調節諧振回路電容C2及電阻R1（改變回路品質因數）使輸出端獲得的低頻調制信號的波形失真最小，幅度最大。信號流程如圖52所示。調整L402使載波頻率為10MHz(精度為104f)然后送入音頻信號，適當控制音頻輸入幅度。 測試項目實驗聯調步驟采用由后及前的逐級調試方法。5．接收與小信號調諧放大單元的調整聯結本單元的J2和集成混頻單元的J2，在本單元的J1處用接收天線無線接收10MHz頻或調幅波，調整L601和C2使調幅波輸出最大，觀察1K正弦波的測試點位置與前相同。L——晶體管的等效負載電導。（a） 西勒振蕩器 （b） 交流等效電路圖74 西勒振蕩器 晶體振蕩器本實驗提供的晶體振蕩器電路為并聯晶振bc型電路，又稱皮爾斯電路，其交流等效電路如圖75所示。用示波器(探頭衰減10)在測試點TP2觀測LC振蕩器的輸出波形，再用頻率計測量其輸出頻率。（五）、比較兩類振蕩器的頻率穩定度：LC振蕩器晶體振蕩器 測試結果及分析（一）、調整和測量西勒振蕩器的靜態工作點：：圖77 西勒振蕩器輸出波形2）調整靜態工作點振蕩器停振，三極管BG1發射極電壓 ；調整電阻R1的值，使Ueq=，并計算出電流Ieq=。把調制信號和載波同時加到一個非線性元件上（例如晶體二極管和晶體三極管），經過非線性變換電路，就可以產生新的頻率成分，再利用一定帶寬的諧振回路選出所需的頻率成分來實現調幅。集成模擬乘法器的常見產品有MC1495/149LM1595/1596等。圖82 MC1496的內部電路及引腳圖 2．靜態工作點設置（1）靜態偏置電壓的設置應保證各個晶體管工作在放大狀態，即晶體管的集基極間的電壓應大于或等于2V,小于或等于最大允許工作電壓。采用雙電源供電方式，所以⑤腳的偏置電阻接地，可計算靜態偏置電流I5或 I0，即 mA。若繼續增大音頻輸出幅度，則出現過調制波形，此時調節RW1仍可得到平衡調幅波（但此時V4≠V1）。4．根據調幅波的定義，推導調幅波的頻譜表達式。它的逆過程稱為頻率解調也稱為頻率檢波或鑒頻。鎖相環4046邏輯圖與引出端功能圖如圖92所示。改變14端輸入信號頻率由fL1上升至4或2端輸出方波又重新出現穩定時，測其頻率fL1′。當改變VCO的CRR6可在較大范圍內改變輸出頻率。改變函數信號發生器的輸出信號頻率，可發現在較大范圍內鎖相環均能鎖定。當高頻載波頻率與自由振蕩頻率相近時，壓控振蕩器的振蕩頻率與載波頻率鎖定。基本線路在前面已分析清楚。（二）鎖定的判斷將函數信號發生器輸出的方波信號（，頻率為自振蕩頻率）加到FM3的輸入端（J1），連接FM3的TP2和本模塊的TP1，用20MHz雙蹤示波器同時觀測TP1和TP2，即鎖相環14腳和4腳的波形，若波形穩定則表示鎖定。即可算得同步引入范圍（捕捉帶）f4~f3。參考文獻[1] 劉泉,《通信電子線路》(第二版).武漢：武漢理工大學出版社,2005[2] 張厥盛，《鎖相技術》.西安：西安電子科技大學出版社，2003.[3] 康華光，《電子技術基礎數字部分》（第五版）.北京：高等教育出版社，2005.[4] 康華光，《電子技術基礎模擬部分》（第五版）.北京：高等教育出版社，2005.[5] 邱關源，《電路》（第五版）.北京：高等教育出版社. 2006 [6] 李建東，《移動通信》.西安：西安電子科技大學出版社. 2007[7] Milos D. Ercegovac, TomasLang, Jaime H. Moreno. Introduction To Digital System. John Wiley Son, 1989.專業綜合課程設計成績評定表姓 名性 別專業、班級學 號題 目：答辯或質疑記錄：成績評定依據：最終評定成績（以優、良、中、及格、不及格評定） 指導教師簽字： 年 月