调频通信系统测试与设计_综合课程设计报告(编辑修改稿)

调频通信系统测试与设计_综合课程设计报告(编辑修改稿)内容摘要：

的音频调制信号 Vi。 将 K1的 12 短接，令Ed=2V，连接 J2 与鉴频 板 J1。 用 20MHz 双踪示波器同时观察调制信号与解调信号，改变Vi的幅度，测量输出信号，结果填入表 12 中。 测试结果及分析 （一）振荡器输出的调整 振荡器输出端的振荡波形与频率为 f =, Vpp =,波形图如下图 14 所示。 图 14 振荡器输出端的振荡波形 （二）变容二极管静态调制特性的测量 表 11 Ed(V) 0 1 2 3 4 5 f0 不并C4 武汉理工大学《专业综合课程设计》报告 4 MHz 并C4 结果分析：此表反映了 输出频率随二极管反偏电压变化 的规律， 并 C4 的输出频率比不并 C4 的输出频率略大；随着二极管 反偏电压 的逐渐增大，频率先增大到一定程度再略微下降。 （ 三 ）变容二极管动态调制特性的测量（与分立元件相位鉴频实验 FMDEM1 联试） 表 12 Vi(Vpp) 0 Vo(Vpp) 0 结果分析： 此表反映了解调输出信号幅度随调制输入信号幅度的变化规律，随着输入信号的逐渐增大，输出信号也逐渐增大。 武汉理工大学《专业综合课程设计》报告 5 2 集成锁相环调频鉴频实验 （ FM2） 电路工作原理 LM565 简介 LM565 是 一块工作频率低于 1MHz 的通用单片集成 锁相环路，其组成方框图和引脚框图如图 21所示。 它包含鉴相器、压控振荡器和放大器三部分。 鉴相器为双平衡模拟相乘电路，压控振荡器为积分 — 施密特电路。 输入信号加在 3端， 7 端外接电容器 C 与放大器的集电极电阻 R （典型值为 ）组成环路滤波器。 由 7端输出的误差电压在内部直接加到压控振荡器的控制端。 6端提供了一个参考电压，其标称值与 7端相 同。 7 端可以一起作为后接差动放大器的偏置。 压控振荡器的定时电阻 TR 接在 8 端，定时电容 TC 接在9 端，振荡信号从 4 端输出。 压控振荡器的输出端 4 与鉴相器反馈输入端 5 是断开的，允许插入分频器来做频率合成器。 负电源信号输入信号输入V C O 输出反馈输入参考电压解调输出定时电阻 定时电容正电源R鉴 相 器 放 大 器压控振荡器12345678 910RCV C C V C CV C CCT T 图 21 LM565 内部原理框图和引脚框图 对 LM565 而言，压控振荡器振荡频率可近似表示为 ： 压控灵敏度为：CEfK 500 式中 CE 是电源电压（双向馈电时则为总电压）。 鉴相灵敏度为 ： dK 放大器增益为： A ， 放大器增益为： A LM565 工作频率范围为 ~500KHz，电源电压为177。 6~177。 12V，鉴频失真低于 %，最大锁定范围为177。 60%f ，输入电阻为 10K，典型工作电流为 8mA。 主要用于 FSK 解调、单音解码、宽带 FM解调、数据同步、倍频与分频等方面。 TTCRf 4 1234567 891011121314负电源信号输入信号输入V C O 输出反馈输入参考电压解调输出 定时电阻定时电容正电源NCNCNCNCL M 5 6 5 C N武汉理工大学《专业综合课程设计》报告 6 实际电路介绍 实际电路如图 22 所示。 C20 . 0 1 u FC30 . 0 2 2 u FC5300PC65100PC7120P23451967810LM565C NC862PU1+12V调频波输入VCO输出反馈输入带宽选择比例积分RC积分R210KE210uC70 . 4 7 uC10 . 0 1 uR5390R 1 45 . 6 KD2L E D ( R )R44 . 7 KR610KE14 . 7 u定时电阻选择定时电容选择R14 . 7 KT P 4R34 . 7 KJ4T P 2T P 3J3R 1 210KR 1 3510调频波输出R8680T P 1R 1 11KE310uJ1 J1音频输出 音频输入R7680正弦波输入R 1 082R92 . 2 KE5100uE43 . 3 u 图 22 集成锁相环调 频鉴频电原理图 图中， 9 脚的定时电路选择为锁相环压控振荡器的频率 粗调，分为三个频段。 8 脚的定时电路选择为压控振荡器 各个频段的频率细调。 带宽选择确定环路滤波器的带宽。 滤波器可选择比例积分滤波器或 RC滤波器。 1． 调频器 从图 21 可知，压控振荡器自身就是一个调频器，因为它的瞬时频率正比于输入音频信号的幅度，所以压控振荡器可以直接用作调频器，但是由于它的振荡频率的温度漂移以及控制特性的非线性，不能产生高质量的 FM 信号。 同时由于锁相环中压控振荡器的线性范围可限，所以输入信号的幅度不应过高。 图 22 中， J1 输入音频 ， J3 即可输出调频波，调频波频率由定时电容、定时电阻决定。 2． 锁相环路部件特性 锁相环是一个相位的负反馈控制系统。 这个负反馈控制系统是由鉴相器（ PD）、环路滤波器（ LF）和压控振荡器（ VCO）三个基本部件组成，基本构成如图 23。 实际应用中有各种形式的环路，但它们都是由这个基本环路演变而来的。 下面逐个介绍基本部件在环路中的作用。 武汉理工大学《专业综合课程设计》报告 7 L FP Du d(t) u c (t)1(t) 2(t)P LLVC O 图 23 锁相环路的基本构成 （ 1）鉴相器 鉴相器是一个相位比较装置，用来检测输入信号相位 与反馈信号相位 )(2t 之间的相位差 )(te。 输出的误差信号 )(tud 是相差 )(te 的函数，即  )()( tftu ed  鉴相特性  )(tf e 可以是多种多样的，有正弦形特性、三角形特性、锯齿形特性等等。 常用的正弦鉴相器可用模拟相乘器与低通滤波器的串接作为模型，如图 24 所示。 L P Fuu oi(t)(t) u d (t) 图 24 正弦鉴相器模型 设相乘器的相乘系数为 mK [单位为 1/V]，输入信号 )(tui 与反馈信号 )(0tu 经相乘作用 经过低通滤波器（ LPF）滤除 02 成分之后，得到误差电压  )()(s in21)( 210 ttUUKtu imd   令021 UUKU imd  为鉴相器的最大输出电压，则 )(s in)( tUtu edd  这就是正弦鉴相特性，如图 25。 360 270 180 90 90 180 270 360e(t)d(t)u 图 25 正弦鉴相特性 鉴相器的电路是多种 多样的，总的可以分为两大类：第一类是相乘器电路，它是对输入信号波形与输出信号波形的乘积进行平均，从而获得直流的误差输出，如上面分析所述。 )(1t      )()(s i n21)()(2s i n21)(c os)(s i n)()(210210020200ttUUKtttUUKtUtUKtutuKimimoimim武汉理工大学《专业综合课程设计》报告 8 第二类是序列电路，它的输出电压是输入信号过零点与反馈电压过零点之间时间差的函数。 因此这类鉴相器的输出只与波形的边沿有关，与其它是无关的。 这类鉴相器适用于方波（也可以用正弦波通过限幅得到）输入，通常用数字电路构成。 （ 2）环路滤波器 环路滤波器具有低通特性，它可以起到图 24 中低通滤波器的作用，更重要的是它对环路参数调整起着决定性的作用。 环路滤波器是一个线性电路，在时 域分析中可用一个传输算子 )(pF 来表示，其中 )( tddp 是微分算子；在频域分析中可用传递函数 )(sF 表示，其中 )( jas 是复频率；若用 js 代入 )(sF 就得到它的频率响应 )(jF ，故环路滤波器模型可表示为图 26。 常用的环路滤波器有 RC 积分滤波器、 无源比例积分滤波器和有源比例积分滤波器三种，现分别说明如下。 F ( P )u d (t) u c (t) F ( s )u d (s) u c (s) 图 26 环路滤波器的模型 ① RC 积分滤波器 这是结构最简单的低通滤波器，电路构成如图 27，其传输算子 11 1)( ppF  （ 21） 式中 RC1 是时间常数，这是这种滤波器唯一可调的参数。 RCui u O 图 27 RC积分滤波器电路组成 令 jp ，并代入式（ 21），即可得到滤波器的频率特性 作为对数 频率特性，如图 28可见，它具有低通特性，且相位滞后。 当频率很高时，幅度趋于零，相位滞后接近于 2。 11 1)(  jtF武汉理工大学《专业综合课程设计》报告 9 036dB/倍频程20lg F(j )/dB（对数刻度）（对数刻度）90450( )o 图 28 RC积分滤波器的对数频率特性 ② 无源比例积分滤波器 无源比例积分滤波器如图 29 所示，它与 RC积分滤波器相比，附加了一个与电容器相串联的电阻 2R ，这样就增加了一个可调参数，它的传输算子为： (22) 式中 CRR )( 211  ； CR22。 这是两个独立可调的参数，其频率响应为： RCu i u OR12 图 29 无源比例积分滤波器电路组成 据此可作出对数频率特性，如图 210 所示。 这也是一个低通滤波器，与 RC 积分滤波器不同的是，当频率很高时 等于电阻的分压比，这就是滤波器的比例作用。 从相频特性上看，当频率很高时有相位超前校正的作用，这是由相位超前因子21 j 引起的。 这个相位超前作用对改善环路的稳定性是有用的。 1211)(   jjjF212)( RR RjF  pppF 1211)( 武汉理工大学《专业综合课程设计》报告 10 036dB/倍频程20lg F(j ) /dB（对数刻度）（对数刻度）9045( )o020lg21lg21211211211arctg21212 图 210 无源比例积分滤波器的对数频率特性 ③ 有源比例积分滤波器 有源比例积分滤波器由运算放大器组成，电路如图 211所示，它的传输算子 1211)( ppApF  式中 CRARR )( 2111  ； R22。 A 是运算放大器无反馈时的电压增益。 RCu i uOR12u aAI2 图 211 有源比例积分滤波器电路组 成 式中负号表示滤波器输出和输入电压之间相位相反。 假如环路原来工作在鉴相特性的正斜率处，那么加入有源比例积分滤波器之后就自动地工作到鉴相特性的负斜率处，其负号与有源比例积分滤波器的负号相抵消。 因此，这个负号对环路的工作没有影响，分析时可以不予考虑。 故传输算子可以近似为121)( pppF  （ 23） CPRPCp A RpACp A RpAppApF11121221211111)(武汉理工大学《专业综合课程设计》报告 11 式中 CR11。 式（ 23）传输算子的分母中只有一个 p ，是一 个积分因子，故高增益的有源比例积分滤波器又称为理想积分滤波器。 显然， A 越大就越接近理想积分滤波器。 此滤波器的频率响应为 其对数频率特性见图 212。 可见它具有低通特性和比例作用，相频特性也有超前校正。 严格说来，在频率极低的情况下，近似条件 11 不能成立，上述近似特性也就不适宜了。 在有些场合，例如分析稳定性时，应加以注意。 0 6 d B / 倍频程2 0 l g F ( j ) / d B（对数刻度）（对数刻度）。