2）将函数发生器的输出（J701）接至本实验单元的输入端（J301），并分别接至双踪示波器的两个输入端CH1和CH2。
3）使函数信号发生器输出为三角波信号，并调节其输出频率为1KHz左右，输出幅度为最大（约20V）。 4）选择示波器两个接口CH1和CH2的幅度灵敏度为0.2V/div，并将三角波调至满8格，双踪要求精确等幅（示波器探头衰减Χ10）。 2、进行三角波变换为正弦波的观测：
将示波器的探头CH1和CH2分别观测和TP301和TP302。以8格幅度为1，逐次将K301至K303，K304至K306的2-3短接，观测三角波变换成正弦波的全过程（六个折点）： 六、实验注意事项
测量信号幅度时，示波器两个输入通道的幅度细调旋钮必须置于测量状态，以保证双通道的精确度。 七、预习思考题
1、试述二极管的限幅作用原理与应用。
2、若增大或减小输入三角波的Vim，输出波形将有怎样的变化？
3、若接通或断开第一个二极管支路，对其它二极管支路的正常工作有无影响？ 4、试根据二极管限幅作用的原理，试设计一个削波电路，将正弦波变为梯形波。 八、实验报告要求
根据测量数据绘出一个周期内三角波变化为正弦波的波形图。
附：非线性波形变换实验电路图
R31168KK301123D3012AP9R30518KR31215KK302123D3022AP9R3066.8KR3132.4KK303+12V123D3032AP9R3071.3KK300R3175.6KR31468KK304-12V123D3042AP9R30818KR3185.6KR31515KK305123D3052AP9R3096.8KD307LEDD308LEDR3162.4KK306123D3062AP9R3101.3KTP302R3045.1KJ302TP301R3021.5KC3030.1uR3014.7KJ301U301MC1741263C30110uC3020.1u417R3032.4K5
非线性电路实验指导书 - 9 -
实验四 变容二极管调频器与相位鉴频器实验
一、实验目的
1、了解变容二极管调频器的电路结构与电路工作原理。 2、掌握调频器的调制特性及其测量方法。
3、观察寄生调幅现象，了解其产生的原因及其消除方法。 二、实验预习要求
实验前，预习相关教材中的“角度调制与解调电路”（非线性频率变换电路等）有关章节的内容。 三、实验原理
1、变容二极管直接调频电路
变容二极管实际上是一个电压控制的可变电容元件。当外加反向偏置电压变化时，变容二极管PN结的结电容会随之改变，其变化规律如图4-1所示。
变容二极管的结电容Cj与电容二极管两端所加的反向偏置电压之间的关系可以用下式来表示： Cj
CoCj?|u|?(1?)U?
u?Co0u 式中 , U?为PN结的势垒电位差 图4-1 变容二极管的Cj~u曲线 （硅管约0.7V，锗管约为0.2~0.3V）；Co为未加外电压时的耗尽层电容值；u为变容二极管两端所加的反向偏置电压；γ为变容二极管结电容变化指数，它与PN结渗杂情况有关，通常γ=1/2~1/3。采用特殊工艺制成的变容二极管γ值可达1~5。
直接调频的基本原理是用调制信号直接控制振荡回路的参数，使振荡器的输出频率随调制信号的变化规律呈线性改变，以生成调频信号的目的。 若载波信号是由LC自激振荡器产生，则 振荡频率主要由振荡回路的电感和电容元件 决定。因而，只要用调制信号去控制振荡回 路的电感和电容，就能达到控制振荡频率的目的。
若在LC振荡回路上并联一个变容二极管， 如图4-2所示，并用调制信号电压来控制变容二 极管的电容值，则振荡器的输出频率将随调制信 2、电容耦合双调谐回路相位鉴频器
相位鉴频器的组成方框图如4-3示。图中的线性移相网络就是频—相变换网络，它将输入调频信 号u1 的瞬时频率变化转换为相位 变化的信号u2，然后与原输入的调 频信号一起加到相位检波器，检出 反映频率变化的相位变化，从而实 现了鉴频的目的。
图4-4的耦合回路相位鉴频器
u1???????±???????·?÷ ???号的变化而改变，从而实现了直接调频的目的。 图4-2、直接调频示意图
????à??u2à???ì?¨?÷uo非线性电路实验指导书 - 10 -
是常用的一种鉴频器。这种鉴频器 的相位检波器部分是由两个包络检 波器组成线性移相网络，网络采用 耦合回路。为了扩大线性鉴频的范 围，这种相位鉴频器通常都接成平
u1????·u2u1u2+ü??°ì?¨?÷????à??ì?¨?÷-uo????·-ü??°ì?¨?÷衡和差动输出。 图4-4、耦合回路相位鉴频器
图4-5（a）是电容耦合的双调谐回路相位鉴频器的电路原理图，它是由调频—调相变换器和相位检波器两部分所组成。调频—调相变换器实质上是一个电容耦合双调谐回路谐振放大器，耦合回路初级信号通过电容Cc耦合到次级线圈的中心抽头上，L1C1为初级调谐回路，L2C2为次级调谐回路，初、次级回路均调谐在输入调频波的中心频率fc上，二极管D1、D2和电阻R1、R2分别构成两个对称的包络检波器。鉴频器输出电压u由C5两端取出，C5对高频短路而对低频开路，再考虑到L2、C2对低频分量的短路作用，因而鉴频器的输出电压uo等于两个检波器负载电阻上电压的变化之差。电阻R3对输入信号频率呈现高阻抗，并为二极管提供直流通路。图（a）中初次级回路之间仅通过Cp与Cm进行耦合，只要改变Cp和Cm 的大小就可调节耦合的松紧程度。由于Cp的容量远大于Cm，Cp 对高频可视为短路。基于上述，耦合回路部分的交流等效电路如图4-5（b）所示。初级电压u1经Cm 耦合，在次级回路产生电压u2，经L2中心抽头分成两个相等的电压u2，由图可见，加到两个二极管上的信号电压分别为：uD1=u1?
121u2和 2CpR3D1+uoD1+u22R1C2C5++L2-u22+-u1C1L1L2-+C2C5
u22--D2R2u1D2Cm_Cm(a) （b） 图4-5、电容耦合双调谐回路相位鉴频器
1u2，随着输入信号频率的变化。u1和u2之间的相位也发生相应的变化，从而使它们的合成电压2发生变化，由此可将调频波变成调幅—调频波，最后由包络检波器检出调制信号。
uD2= u1? 3、实际线路分析
电路原理理图上半部分为变容二极管调频器，下半部分为相位鉴频器。BG401为电容三点式振荡器，产生6.5MHz的载波信号。变容二极管D401和C403构成振荡回路电容的一部分，直流偏置电压通过R427、W401、R403和L401加至变容二极管D401的负端，C402为变容二极管的交流通路，R402为变容二极管的直流通路，L401和R403组成隔离支路，防止载波信号通过电源和低频回路短路。低频信号从输入端J401输入，通过变容二极管D401实现直接调频，C401为耦合电容，BG402对调制波进行放大，通过W402控制调制波的幅度，BG403为射级跟随器，以减小负载对调频电路的影响。从输出端J402或TP402输出6.5MHz调制波，通过隔离电容C413接至频率计；用示波器接在TP402处观测输出波形，目的是减小对输出波形的影响。J403为相位鉴频器调制波的输入端，C414提供合适的容性负载；BG404和BG405接成共集—共基电路，以提高输入阻抗和展宽频带，R418、R419提供公用偏置电压，C422用以改善输出波形。BG405集电极负载以及之后的电路在原理分析中都已阐明，这里不再重复。 四、实验仪器设备
TKGD系列高频电子线路踪合实验箱；
双踪数字示波器； 数字万用表。
非线性电路实验指导书 - 11 -
五、实验内容与步骤
在实验箱上找到本次实验所用的单元电路，接通实验箱的电源，并按下+12V总电源开关K1，-12V总电源开关K3，函数信号发生实验单元的电源开关K700和本单元电源开关K400，相对应的三个红色发光二极管和三个绿色二极管点亮。 （一）调频器输出波形的测量
1、将K401的1-2接点短接（C404 100PF电容不并接），此时变容二极管D401的负极对地电压约为+2V，并用示波器观测调频器输出端TP402的自由振荡波形，频率，其振荡幅度参数。
2、将K401的2-3接点短接（C404 100PF电容并接入），用示波器观测其输出端TP402的自由振荡波形参数。
（二）变容二极管调频器的测量
在调频器电路输入端J401或TP401接入低频调制信号（由实验箱内的“函数信号发生器”提供，频率约为1~1.6KHz，幅度为2Vp-p），用示波器观测其调频器输出端TP402的FM调频波形参数。 （三）相位鉴频器的解调功能测量
利用“合成函数信号发生器”输出的FM调频信号（幅度为0.4 VP-P，载波频率为5.5~6.5MHz，频偏最大），接入鉴相器电路的输入端J403或TP403；用示波器在其电路输出端TP404测量解调信号。 六、实验注意事项
1、实验时必须认真操作使用“合成函数信号发生器”。
2、实验时必须对照实验原理线路图，要与实验板上的实际元器件一一对应。 七、预习思考题
1、变容二极管有何特性？有何应用？ 2、电容耦合双调谐回路是如何实现鉴频的？
3、相位鉴频器的频率特性为什么会是一条以载波频率为中心的S 曲线？试从原理上加以分析。 八、实验报告要求
1、理解该变容二极管调频器与鉴相器实验电路的组成、主要器件的作用和电路工作原理； 2、绘制出该“频率调制”电路中的载波、输入的低频调制两信号与输出FM调频波相关联的波形图； 3、绘制出输入的FM调频信号与经“鉴相器”电路输出的还原低频信号相关联的波形图，以及低频信号波形参数；
4、本调频电路的载频如何产生的？
波形： 波 频率： K 幅度： VP-P。
附：变容二极管调频器及相位鉴相器实验电路图
R403100KC42001uC41910uW40147KK401D402LEDR40510KTP402C411001uC407470PC404100PBG4013DG6BBG4023DG6BW40247KJ402BG4033DG6B+12vL403R42718K100uHL404100uHK400L402C41801uR40447KC41710uR40851KR4103KC410001uC43101uC416R41351K01uC41510uR42256K
J401TP401C401047uL401100uHD4012CC10123C40351PC405100PC406200PC408001uC412R41127001u
J403TP403C421001uR401100C402001uR4021KR40651KR407560R40915KC41382PR4121KC408001uR41415KR4151KL40556uHR42320KR41851kC42251PC4263-15P+C42539PL406R42222KD4032AP9R427100C43401uC43310uTP404C4272200PC4283-15P+C43039PR42422KR42551KC432001u
R420100BG4043DG6BBG4053DG6BT401D4042AP9R428100R42651K
C41420PR41915kC42301uC42410uR421330C4293-15P+C43139P
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实验五 数字锁相环实验
一、实验目的
1、了解压控振荡器及其构成数字锁相环的电路原理。
2、掌握由集成锁相环电路的同步保护范围和同步引入范围的工作原理和实践含义。 二、实验预习要求
实验前预习相关教材中“反馈控制电路”等有关章节的内容。 三、实验原理
本实验选用LM4046数字集成锁相环（PLL）来实现锁相环电路功能。锁相环的内部电路主要由鉴相器和压控振荡器VCO两部分组成。锁相环LM4046集成电路逻辑图与引出端功能图示于实际报告后的附录中。详细内容可参考有关课程的相关内容。
以图5-1所示的4046锁相环电路为例作简要说明。图中，
PD为相位比较器（鉴相器）； VCO为压控振荡器；
C1、R1、R2决定自由振荡频率f0； R3、C3为低通滤波器；
14端为高频输入端，要求输入方波信号；
4端为VCO 输出端。 1、自由振荡频率f0测量
用示波器观测4端的波形应为方波，测量 其周期即可换算出自由振荡频率f0。
C1R1R2143P D2R34671112VCO9C3 2、锁定的判断 5-1、锁相环典型电路 在14端输入方波信号，观察2端的波形，如已锁定，可得一个稳定的矩形脉冲；若14端输入信号频率与压控振荡器的振荡频率相等，则2端将呈现两倍频的稳定方波信号。
3、同步带和捕捉带的测量
14端输入一个方波（或正弦）信号，变化输入信号频率从中心频率f0（VCO自由振荡频率）附近逐渐上升，至4端或2 端输出方波出现不稳定时，即环路失锁时，测出此时的失锁频率fH2。 改变14端输入信号频率，由fH2下降至4或2端输出方波再次稳定时，测其频率fH2′。 改变14端输入信号频率，由fO下降至4或2端输出方波出现不稳定时，测其失锁频率fL1。
改变14端输入信号频率，由fL1上升至4或2端输出方波又重新出现稳定时，测其频率fL1′。
由以上测试可计算得：
同步带为：fH2—fL1
捕捉带为：fH2′—fL1′ 4、实验线路分析
fH2fH2????×??fofL1fL1 基本线路在前面已分析清楚。这里需要进一步说明的是K601可短路外载波，以便测量压控振荡器的自 由振荡的频率。K602可短路外加音频信号，以便测量压控振荡器的同步带和捕捉带。由于是环路锁相，改变滤波器时间常数可改变VCO自由振荡的频率。因此，调节R611或R615，可改变VCO自由振荡频率。当改变VCO的C602、C606、R612、R613、R617、R618可在较大范围内改变输出频率。 四、实验仪器与设备
TKGD系列高频电子线路综合实验箱； 高频信号发生器； 双踪数字示波器； 数字万用表。
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