实验四、五 变容二极管调频器、
调频波解调实验
一、实验目的
2．了解调频器调制特性及测量方法。
二、实验内容：
1．测试变容二极管的静态调制特性
2．观察调频波波形
4．观察MC3361二次混频的波形。
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5．用MC3361完成频率解调，观察不失真输出波形与哪些因素有关。
三、基本原理：
1、调频原理
调频即为载波的瞬时频率受调制信号的控制。许多中小功率的发射机都采用变容二极管直接调频技术，直接调频法即在工作于发射载频的LC振荡回路上直接调频，具体采用的方法是用模拟基带信号控制振荡回路变容二极管的大小，使振荡器输出信号的瞬时频率随基带信号做线性变化。其频率的变化量与调制信号成线性关系。变容二极管是一种电抗可变的非线性元件，通过改变外加反向电压可以改变空间电荷区的宽度，从而改变势垒电容的大小。变容二极管在反向偏置直接调频电路中，不能工作于正向偏压区，必须加上一个大于调制信号振幅的反向直流偏压。这种方法产生的调频信号的调制指数较大，但载频稳定性较差。除了这种方法还可直接用锁相环产生调制指数较大，载频很稳定的调频信号。
已知变容二极管的结电容CV=C0/[1+(E+UC)/U0]M
式中E为加在变容二极管两端的静态反偏电压，UC 为控制电压，C0为控制电压和静态反偏
电压均为零时的变容二极管的结电容。在本电路中，电位器VR1，电阻R1,R3为变容二极管VD1提供静态反偏电压，改变电位器的大小可以改变变容二极管两端的静态反偏电压，从而改变变容二极管的结电容，振荡器的输出频率与变容二极管的大小成反比，故与静态反偏电压成正比，进而改变振荡器输出正弦波的频率。音频调制信号从J1处外加或通过短路块J2加在变容二极管上，以改变变容二极管两端的控制电压，来改变变容二极管的结电容大小，从而改变振荡器频率，以实现调频。
该调频电路即为实验三所做振荡器电路，注意必须将将S2置于“1”为LC振荡电路。由于晶体振荡器的品质因数很高，频偏较小，故采用LC振荡电路。实验电路见图4-1。
图4-1 变容二极管调频电路
正弦波振荡电路的交流等效电路如图4-2校园网管理系统所示。该电路为一种针对克拉泼电路做的一种改进型电容三端式电路——西勒电路。该高频等效电路未考虑负载电阻。西勒电路是在克拉泼电路的基础上在电感两端并联了一个小电容，且满足CAP远大于（CT1+C17），所以其回路等效电容C≈CT1+C17+CJ。所以，振荡频率f0=1/2π。西勒电路在分立元件系统或集成高频电路系统中均获得广泛的应用。在实际工作中，电路中CT1+C17的选择要合理，CT1+C17过小时，振荡管与回路间的耦合过弱，振幅平衡条件不易满足，电路难以起振，CT1+C17过大时频率稳定度会下降。所以，应该在保证起振条件得到满足的前提下，尽可能地减小电容值。
图4-2正弦波振荡电路的交流等效电路
2、解调原理
解调实验电路如图4-3所示，它主要完成二次混频和鉴频。
MC3361广泛用于通信机中完成接收功能，用于解调窄带调频信号，功耗低。它的内部包含振荡、混频、相移、鉴频、有源滤波、噪声抑制、静噪等功能电路。该电路工作电压为+5V。通常输入信号频率为10.7MHZ，内部振荡信号为10.245MHZ。本实验电路中根据前端电路信号频率，将输入信号频率定为6.455MHZ，内部振荡频率为6MHZ，二次混频信号仍为455KHZ。集成块16脚为高频6.455MHZ信号输入端。通过内部混频电路与6.0MHZ本振信号差拍出455KHZ中频信号由3脚输出，该信号经过FL1陶瓷滤波器（455KHZ）输出455KHZ中频信号并经5脚送到集成电路内部限幅、鉴频、滤波。
图4-3 解调实验电路图
MC3361的鉴频采用如图4-4所示的乘积型相位鉴频器，其中的相移网络部份由MC3361的8脚引出在组件外部（由CP4移相器）完成。
图4-4 乘积型相位鉴频器
C54、R62、C58、R63、R58与集成电路内的运算放大器组成有源滤波器。二极管D2与相关元件完成噪声检波。当MC3361没有输入载波信号时，鉴频器的噪声经过有源滤波器后分离出频率为10KHZ的噪声电平。经噪声检波器变成直流电平，控制静噪触发器，使输出电压为0伏。当接收机收到一定强度的载波信号时，鉴频器的解调输出只有话音信号。此时，从静噪控制触发器给出的直流电压就由原来的0伏增加到1.8伏左右，低频放大器导通工作。本实验中该部分电路未用。
（11、12脚之间组成噪声检波，10、11脚间为有源滤波，14、12脚之间为静噪控制电路。）鉴频后的低频信号由9脚送到片外低通滤波后由J39（JP.OUT）输出。
四、实验步骤
1、频率调制实验步骤：
将电源短路块J83置于下划线处，接通振荡与调频模块电源。
1．静态调制特性测量
将开关S2“1”拨向ON，S4置于 3输入端不接音频信号，将频率计通过一个100P的电容接到调频器的输出端J6处，CT1调于中间位置，调整电位器VR1，记下变容二极管两端电压和对应输出频率，将对应的频率填入表4.1。若无频率计也可以直接从示波器上读出输出信号的频率。VD值也可以根据实测情况来确定。
表4.1
VD（V） | 2 | 2.5 | 3 | 3.5 | 4 | 4.5 | 5 | 5.2 | |
sis压片f0(MHZ) | | | | | | | | | |
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| | | | | | | | | |
2.动态测试
注意,此时S4置于2或一体化化粪池3，S3开路。
(1)、将短路块J2连通到下横线处，即将音频调制信号加到变容二极管上，同时将S2拨码开关“1”置于“ON”（即处于LC振荡）。在J6（ZD.OUT）处可以看到高频振荡信号。（由于载频是10MHZ左右，频偏非常小，因此在此处看不到明显的FM现象。
(2)、将已调FM信号（J6）用短路线连接到晶体管混频器的信号输入端J32处。并且将J34的短路块连通在下横线处，然后用示波器在J38（ZP.OUT）处观察FM波形。调整VR9改变调制信号的大小即可观察频偏变化。
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（3）、外加调制信号。从信号发生器输出频率蓄热式加热炉5KHz，峰峰值300mV左右的低频调制信号，将该调制信号接入J1（TP.IN）处，短路块J2断开。其它操作同上（2）。
2、调频波解调实验步骤：
将电源短路块J206置于下划线处，接通二次混频与鉴频电路的电源。
(1) 将晶体管混频模块输出的FM信号加到二次混频与鉴频模块J37（S.IN）处，信号幅度调到100mV，短路块J29断开，在J38处（ZP.OUT）用示波器看输出信号波形，记下波形和频率并与输入波形进行比较。在J38处可看到455KHZ中频调频信号，将开关S9置于右
端，在J39（J.P.OUT）观察鉴频输出低频信号，此时可调节移相器CP4和电位器VR12以保证输出信号波形最好，其中VR12改变输出信号幅度大小。
(2) 加大、减小调制信号振幅，观察输出波形频偏变化并进行分析。
(3) 改变输入信号频率，观察输出波形变化并进行分析。
(4) 将低放模块中的短路块J42短接在J.P.IN处，从J44处观察到放大后的低频信号。
五、实验报告要求
1．整理实验数据，在同一坐标纸上画出静态调制特性曲线，并求出其调制灵敏度S，说明曲线斜率受哪些因素的影响。
2．画出二次混频，鉴频前后的波形。通过波形分析二次混频，鉴频的作用。
3．画出实际观察到的调频波波形，并说明频偏变化与调制信号振幅的关系。
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