《调频波的解调实验》课件

调频波的解调实验本课件将带您深入了解调频波的解调实验，从基本原理到实际操作，帮助您掌握相关知识和技能实验目的与要求1掌握调频波解调的基本原理2熟悉常用解调电路的工作特性3了解锁相环（PLL）的基本概念4学会使用示波器等仪器进行测量掌握调频波解调的基本原理调频波的产生调频波的解调调频波的产生通常通过两种方法直接调频法和间接调频法调频波的解调可以通过多种方法，包括包络检波法、鉴频器解调法和锁相环解调法熟悉常用解调电路的工作特性包络检波法鉴频器解调法利用二极管的非线性特性将利用鉴频器将频率变化转换调频波的包络提取出来成电压变化锁相环解调法利用锁相环将调频波的频率锁定到参考频率了解锁相环（）的基本概念PLL反馈原理同步特性噪声抑制通过反馈控制，将输出信号与参考信号进锁相环能够将输出信号与参考信号保持同锁相环能够有效地抑制噪声，提高信号的行比较，并将误差信号反馈到控制环路，步，即使参考信号存在一定的频率偏差信噪比从而使输出信号与参考信号保持同步学会使用示波器等仪器进行测量1示波器的使用，包括波形的观察、测量、参数设置等2函数信号发生器的使用，包括频率、幅度、波形的设置等3万用表的测量，包括电压、电流、电阻等参数的测量实验原理调频波的产生直接调频法通过改变振荡电路的频率来产生调频波间接调频法通过改变振荡电路的频率，再利用变频器将频率变化转换为幅度变化，最终实现调频直接调频法原理应用直接调频法通常采用变容二极管来改变振荡电路的频率变直接调频法通常用于产生低频调频波，如FM收音机容二极管的电容值会随着施加在它上面的电压而改变，从而改变振荡电路的频率间接调频法原理应用间接调频法首先将调制信号转换为电压信号，然后利用电压间接调频法通常用于产生高频调频波，如卫星通信控制振荡器（VCO）改变振荡电路的频率之后，利用变频器将频率变化转换为幅度变化，最终实现调频调频波的频谱分析调制频率2调制频率是调制信号的频率载波频率1载波频率是调制信号的中心频率频谱宽度调频波的频谱宽度由调制频率和频率3偏移决定卡森公式公式1BW=2Δf+fm解释2BW为频谱宽度，Δf为频率偏移，fm为调制频率应用3卡森公式可以用来计算调频波的频谱宽度，从而确定所需的带宽实验原理调频波的解调包络检波法1利用二极管的非线性特性将调频波的包络提取出来鉴频器解调法2利用鉴频器将频率变化转换成电压变化锁相环解调法3利用锁相环将调频波的频率锁定到参考频率包络检波法（非相干解调）原理优点缺点包络检波法利用二极管的非线性特性结构简单，成本低解调性能较差，容易受到噪声的干扰将调频波的包络提取出来二极管在正向偏置时导通，反向偏置时截止，从而将调频波的包络滤波出来过零检测法原理优点缺点过零检测法通过检测调频波的过零点解调性能较好，抗噪声能力强结构复杂，成本较高，将频率变化转换成脉冲信号，再利用滤波器将脉冲信号转换为电压信号，从而实现解调相干解调法原理优点缺点相干解调法利用与调制信号频率相同解调性能最佳，抗噪声能力最强结构最复杂，成本最高的参考信号，与调频波相乘，得到相位差信号然后，利用滤波器将相位差信号转换为电压信号，从而实现解调鉴频器解调法原理优点缺点鉴频器解调法利用鉴频器将频率变化解调性能较好，抗噪声能力强线性度较差，需要进行非线性补偿转换成电压变化鉴频器通常采用LC振荡电路，其频率会随着输入电压的变化而改变锁相环（）解调法PLL原理优点缺点锁相环解调法利用锁相环将调频波的解调性能最佳，抗噪声能力最强，线结构复杂，成本较高频率锁定到参考频率锁相环包含一性度好个鉴相器、一个低通滤波器和一个电压控制振荡器VCO锁相环基本原理12比较控制将输入信号与参考信号进行比较根据比较结果控制VCO的频率，使其输出与参考信号同步3跟踪锁相环能够跟踪输入信号的频率变化，保持同步状态锁相环的组成鉴相器低通滤波器电压控制振荡器将输入信号与参考信号进行比较，输出滤除相位差信号中的高频噪声根据控制电压改变输出信号的频率相位差信号锁相环的工作过程捕获过程1锁相环在启动时，需要将输出频率与参考频率锁定在一起这个过程称为捕获过程跟踪过程2当输入信号的频率发生变化时，锁相环需要跟踪输入信号的频率变化，保持同步状态这个过程称为跟踪过程捕获过程原理影响因素锁相环的捕获过程通常通过频率偏差进行控制当输入信号锁相环的捕获带宽决定了锁相环能够捕获的最大频率偏差的频率与参考频率存在偏差时，鉴相器输出一个误差信号，捕获带宽越大，锁相环能够捕获的频率偏差就越大该信号经过低通滤波器后控制VCO的频率，使其输出与参考信号同步跟踪过程原理影响因素当输入信号的频率发生变化时，锁相环需要跟踪输入信号的锁相环的跟踪带宽决定了锁相环能够跟踪的最大频率变化速频率变化，保持同步状态这个过程称为跟踪过程锁相环率跟踪带宽越大，锁相环能够跟踪的频率变化速率就越大通过不断调整VCO的频率来跟踪输入信号的频率变化锁相环的主要参数自由振荡频率捕获带宽锁相环的自由振荡频率是指锁相锁相环的捕获带宽是指锁相环能环没有输入信号时的输出频率够捕获的最大频率偏差跟踪带宽锁相环的跟踪带宽是指锁相环能够跟踪的最大频率变化速率自由振荡频率定义测量方法锁相环的自由振荡频率是指锁相环没有输入信号时的输出频可以通过断开输入信号，观察VCO的输出频率来测量自由率振荡频率捕获带宽定义测量方法锁相环的捕获带宽是指锁相环能够捕获的最大频率偏差可以通过改变输入信号的频率，观察锁相环是否能够锁定，从而确定捕获带宽跟踪带宽定义测量方法锁相环的跟踪带宽是指锁相环能够跟踪的最大频率变化速率可以通过改变输入信号的频率变化速率，观察锁相环是否能够保持锁定，从而确定跟踪带宽实验仪器与设备函数信号发生器功能使用函数信号发生器可以产生各种频率和波形的信号，用于模拟在实验中，需要根据实验要求设置函数信号发生器，产生所调频波信号需的频率和波形的调频波信号示波器功能使用示波器可以观察和测量信号的波形、频率、幅度等参数在实验中，需要使用示波器观察调频波、解调后的信号以及锁相环的工作过程，并测量相关参数万用表功能使用万用表可以测量电压、电流、电阻等参数在实验中，需要使用万用表测量一些电路参数，例如电源电压、电流等锁相环实验电路板功能使用锁相环实验电路板包含锁相环电路的各个组成部分，以及相在实验中，需要根据实验步骤将函数信号发生器、示波器和应的连接端口，方便进行实验万用表连接到锁相环实验电路板，进行相应的测量实验内容与步骤观察调频波的波形使用函数信号发生器产生一个调频波信号，并用示波器观察其波形测量调频波的频率偏移通过观察示波器上的波形，测量调频波的频率偏移搭建包络检波电路根据实验指导书，搭建一个包络检波电路观察包络检波的输出波形使用示波器观察包络检波电路的输出波形，并分析其特性分析包络检波的优缺点根据实验观察到的结果，分析包络检波法的优缺点搭建鉴频器解调电路根据实验指导书，搭建一个鉴频器解调电路观察鉴频器解调的输出波形使用示波器观察鉴频器解调电路的输出波形，并分析其特性分析鉴频器解调的线性度根据实验观察到的结果，分析鉴频器解调法的线性度搭建锁相环解调电路根据实验指导书，搭建一个锁相环解调电路观察锁相环的锁定过程使用示波器观察锁相环的锁定过程，并分析其特性测量锁相环的捕获带宽改变输入信号的频率，观察锁相环是否能够锁定，从而确定捕获带宽观察调频波的波形步骤观察

1.使用函数信号发生器产生一个调频波信号\n

2.将函数信调频波的波形应该呈现出一种频率随时间变化的趋势，其频号发生器的输出连接到示波器的输入端\n

3.调整示波器的率的变化幅度取决于调制信号的幅度参数，观察调频波的波形测量调频波的频率偏移步骤方法

1.使用示波器测量调频波的频率\n

2.测量调频波的频率偏可以使用示波器的测量功能直接测量频率，也可以使用频率移，即最大频率与最小频率之差计数器测量频率搭建包络检波电路器件步骤包络检波电路主要包括二极管、电容和电阻

1.根据实验指导书，将二极管、电容和电阻连接成包络检波电路\n

2.将调频波信号输入到包络检波电路观察包络检波的输出波形步骤观察

1.将包络检波电路的输出连接到示波器的输入端\n

2.调整包络检波电路的输出波形应该呈现出一种包络随时间变化的示波器的参数，观察包络检波电路的输出波形趋势，其变化幅度取决于调制信号的幅度分析包络检波的优缺点优点缺点结构简单，成本低解调性能较差，容易受到噪声的干扰搭建鉴频器解调电路器件步骤鉴频器解调电路主要包括鉴频器、滤波器和放大器

1.根据实验指导书，将鉴频器、滤波器和放大器连接成鉴频器解调电路\n

2.将调频波信号输入到鉴频器解调电路观察鉴频器解调的输出波形步骤观察

1.将鉴频器解调电路的输出连接到示波器的输入端\n

2.调鉴频器解调电路的输出波形应该呈现出一种与调制信号相同整示波器的参数，观察鉴频器解调电路的输出波形的波形，其频率变化与调制信号的频率变化一致分析鉴频器解调的线性度方法判断通过改变输入信号的频率，观察输出信号的幅度变化，并绘如果频率-幅度曲线呈现线性关系，则表明鉴频器解调法的制频率-幅度曲线，判断鉴频器解调法的线性度线性度较好搭建锁相环解调电路器件步骤锁相环解调电路主要包括鉴相器、低通滤波器、电压控制振

1.根据实验指导书，将鉴相器、低通滤波器、VCO和放大荡器VCO和放大器器连接成锁相环解调电路\n

2.将调频波信号输入到锁相环解调电路观察锁相环的锁定过程步骤判断

1.将锁相环解调电路的输出连接到示波器的输入端\n

2.观如果锁相环锁定，则输出波形应该与参考信号同步察示波器上的波形，判断锁相环是否锁定测量锁相环的捕获带宽步骤结果

1.改变输入信号的频率\n

2.观察锁相环是否能够锁定，并锁定的最大频率偏差即为锁相环的捕获带宽记录锁定的最大频率偏差测量锁相环的跟踪带宽步骤结果

1.改变输入信号的频率变化速率\n

2.观察锁相环是否能够锁定的最大频率变化速率即为锁相环的跟踪带宽保持锁定，并记录锁定的最大频率变化速率比较不同解调方法的性能指标结论解调性能、抗噪声能力、线性度、复杂度、成本比较不同解调方法的性能，得出结论锁相环解调法性能最佳，抗噪声能力最强，线性度好，但结构复杂，成本较高实验数据记录与处理1记录记录各种波形的参数，例如频率、幅度、频率偏移等2计算计算解调器的解调灵敏度3分析分析实验误差的来源4绘制绘制实验结果曲线记录各种波形的参数内容表格记录调频波、包络检波后的信号、鉴频器解调后的信号和锁可以使用表格的形式记录数据，便于整理和分析相环解调后的信号的频率、幅度、频率偏移等参数计算解调器的解调灵敏度公式应用解调灵敏度=输出信号幅度/输入信号频率偏移利用公式计算不同解调方法的解调灵敏度，并进行比较分析分析实验误差的来源12仪器误差，例如示波器的测量电路参数误差，例如元件的实误差际参数与标称参数之间存在误差3环境因素，例如温度、湿度等环境因素的影响绘制实验结果曲线内容软件绘制频率-幅度曲线、频率偏移-输出信号幅度曲线等，直观可以使用Excel、Origin等软件绘制曲线图地展现实验结果实验注意事项安全实验过程中注意安全，避免短路和过载，防止触电或设备损坏仪器熟悉实验仪器的使用方法，正确操作仪器，避免误操作连接正确连接实验电路，避免误连接导致电路故障记录认真记录实验数据，确保数据的准确性和完整性仔细阅读实验指导书目的疑问实验指导书包含实验目的、原理、步骤、注意事项等信息，如果对实验指导书有任何疑问，及时向老师或助教请教，避需要仔细阅读，确保了解实验内容和要求免误解熟悉实验仪器的使用方法目的方法熟悉实验仪器的使用方法，可以提高实验效率和准确性可以阅读仪器说明书，也可以向老师或助教学习，掌握仪器的基本操作方法正确连接实验电路目的方法正确连接实验电路，可以保证电路的正常工作，避免电路故根据实验指导书，仔细检查电路连接，确保所有连接正确，障避免短路或误连接避免短路和过载原因措施短路和过载会导致电路故障，甚至损坏设备在连接电路时，注意避免短路，并选择合适的元件，避免过载认真记录实验数据目的方法认真记录实验数据，可以保证实验结果的准确性和可靠性可以使用表格、图示等方式记录实验数据，并注意数据的完整性和准确性实验报告要求12简述实验目的和原理描述实验过程和步骤34分析实验结果和误差得出实验结论简述实验目的和原理目的原理实验目的是通过观察和测量调频波的解调过程，验证调频波实验原理是根据调频波的产生和解调原理，利用函数信号发解调的基本原理，并熟悉常用解调电路的工作特性生器、示波器、万用表和锁相环实验电路板等仪器，搭建相应的解调电路，观察和测量解调过程描述实验过程和步骤步骤记录

1.观察调频波的波形\n

2.测量调频波的频率偏移\n

3.搭记录各种波形的参数，并计算解调器的解调灵敏度建包络检波电路并观察其输出波形\n

4.搭建鉴频器解调电路并观察其输出波形\n

5.搭建锁相环解调电路并观察其锁定过程\n

6.测量锁相环的捕获带宽和跟踪带宽\n

7.比较不同解调方法的性能分析实验结果和误差分析结论分析不同解调方法的性能，并分析实验误差的来源根据实验结果，得出结论锁相环解调法性能最佳，抗噪声能力最强，线性度好，但结构复杂，成本较高。