正交鉴频器设计实验报告(demo)
更新时间:2023-11-11 05:47:01 阅读量: 教育文库 文档下载
16MHz 调频接收机的设计
无 43 孙忆南 2004011007
第一部分:正交鉴频器的设计装调
设计指标与要求:
使用 MC1496 设计正交鉴相鉴频器,能够解调50mV e.m.f,调制信号1kHz,频偏20kHz,载频为1.709MHz 的调频信号,对于寄生调幅的抑制没有要求。提供的主要器件为MC1496,LM741,10x10 型50uH中周。
一、 实验目的:
1. 加深对相乘器工作原理的认识; 2. 掌握正交鉴相鉴频器的工程设计方法;
3. 掌握用频率特性测试仪调试移相网络和鉴频特性曲线的方法。
二、 正交鉴频器的电路设计
2.1 正交鉴频器的工作原理
常见的鉴频器有双失谐鉴频器,比例鉴频器,正交鉴相鉴频器等。其核心都是将调频波转化为调频调幅波或调频调相波。其中,正交鉴相鉴频器性能较好,便于集成化,应用逐渐广泛,其他两种形式一般只在过去的分立元件电路中应用。
正交鉴相鉴频器由移相网络和鉴相器构成。 2.2 移相网络
使用 LC 谐振回路构成的移相网络。如图1 所示。
图 1 图2
由电路分析,可以知道:H(jf)?常数,?(f)?完成了调频波到调频调相波的转换。
?2?2Qf?f01,f0?f02?L(C1?C2)由 f0 =1.704MHz,L = 50μH,计算得到C1 ≈170 pF 。取C2=8.2pF。 2.3 鉴相器
采用模拟相乘器构成。常用的模拟相乘器有LM1496。内部电路见图2。LM1496 内部没有偏置电路,需要外接,偏置电路见图3。Q9,Q8,Q7 构成镜像电流源,由5脚设置工作电流,一般为1mA。外接电阻R8?VEE?0.7IS?500??6.8k?。1,4脚经小电阻接地,电位为0。
8,10脚接到R9,R14分压,电位为+6V。输出端负载电阻取3.3K,电位约为8.7V。由此,可以判断各个晶体管均工作在放大区。2,3脚之间为增益调整电阻,取1K,为中等的增益。
图3
2.4 移相网络和鉴相器的连接
对于 LM1496,1,4脚的输入阻抗较高,8,10脚的输入阻抗较低,因此将移相网络的输出接至1,4脚,这样对于移相网络的Q值影响较小。由于乘法器的每个端均为双端平衡输入,因此将8脚,4脚交流接地,转为单端输入。1,4脚的输入利用了L1作为直流通路,避免了较小的偏置电阻R3的影响。 2.5 低放和电源
低放采用LM741接成差分放大器的形式,和LM1496 采用直流耦合,这样便于调试鉴相器的平衡。低放输入端采用简单的一阶RC滤波,截止频率为
fc?11??10kHz
2?RC2?*3.3k*4700p低放的增益取为5倍,较低,以保证足够的动态范围。
电源采用7808三端稳压器,产生+8V 电压,供运放使用。该三端稳压器也可不用,使运放使用+12V,-8V 的不平衡的供电也是可以的。
三、电路调试与测试结果
3.1 调节W1,W2 使相乘器两输入端直流平衡。 3.2 调相移网络相移90度。
(1) 粗调:用扫频仪观察移相网络的谐振特性,调节L1使得谐振频率为中频频率。必要时,调整谐振电容C1的容量。实验中,加大C1至220pF。
(2) 细调:用信号发生器输入载频中心频率,细调L1,使运放输出电压为0,不经输出耦合电容。
3.3 测量鉴频器S 曲线
测试方法:(1) S 曲线图形:使用扫频仪测量。
(2) 零点频率,上下峰点频率、幅度:使用信号发生器和数字万用表点频法测量。 (3) 最大不失真频偏,使用信号发生器输出调频波,用示波器观察鉴频输出。 测量(2)(3)两项:信号发生器输出幅度为50mv e.m.f 3.3.1 移相网络不并联电阻,R4 为无穷大。
零点频率:1.704MHz
上峰点频率,幅度:1.734MHz, 3.17V 下峰点频率,幅度:1.684MHz, -3.07V 最大不失真频偏:17kHz 鉴频灵敏度:158mV/kHz
3.3.2 移相网络并联10K 电阻,R4=10K。
零点频率:1.701MHz
上峰点频率,幅度:1.751MHz, 1.63V 下峰点频率,幅度:1.659MHz, -1.61V 最大不失真频偏:34kHz 鉴频灵敏度:38mV/kHz
3.3.3 为了满足设计要求:能无失真解调频偏20kHz信号。调整R4=18K。取得较好的效果。
零点频率:1.704MHz
上峰点频率,幅度:1.745MHz 2.07V 下峰点频率,幅度:1.663MHz, -2.05V 最大不失真频偏为25kHz 鉴频灵敏度:73mV/kHz
3.3.4 调整移相网络参数,使得中频频率处的相移不为90 度。
对两种情况进行了实验:
(1) 减小C 20pF,使移相网络谐振频率偏移中频较大。不加回路阻尼电阻R4,测得零点频率1.784MHz;上峰点频率,幅度:1.809MHz, 3.31V;下峰点频率,幅度:1.761MHz, -3.12V。S 曲线在频率上发生偏移,形状基本不变。加入1.704MHz的调频信号,因为完全处在S 曲线的外侧,输出波形很小,且有失真。
(2) 微调L1,使谐振频率略有偏移。零点频率:1.710MHz,上峰点频率:1.739MHz,下峰点频率:1.690MHz。加入1.704MHz 的调频信号,并从零开始加大频偏,当频偏较小时,输出波形基本无失真,但是明显的叠加一个直流分量,这是因为载频已经偏离了S 曲线的对称中心。频偏加大后,由于单侧已经达到S曲线的峰顶,所以波形发生不对称的失真,最大不失真频偏为7.5KHz,明显减小。 3.3.5 解调信号输出
谐振回路并联18kHz调Q电阻。输入为解调50mV e.m.f,调制信号1kHz,频偏20kHz,载频为1.704MHz 的调频信号。输出波形如下图:
解调出的信号波形无失真,满足设计要求。
四、实验结论与体会
1.完成了正交鉴相鉴频器的设计,指标满足设计要求。
2.通过对相移网络不同参数的实验,可以知道:减小调Q电阻R4,可以降低相移网络的Q值,可以展宽解调S曲线的线性范围,可以无失真的解调更高频偏的信号,改善中心频率处的线性,同时会使鉴频灵敏度下降。调节谐振回路C1,L1,可以改变鉴频器的中心频率。
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