实验六 变容二极管调频.doc

1、高频电子线路实验实验六 变容二极管调频一、实验目的1、掌握变容二极管调频的工作原理；2、学会测量变容二极管的 CjV 特性曲线；3、学会测量调频信号的频偏及调制灵敏度。二、实验内容1、 调节电路，观察调频信号输出波形。2、 观察并测量 LC 调频电路输出波形。3、 观察频偏与接入系数的关系。4、 测量变容二极管的 CjV 特性曲线；5、 测量调频信号的频偏及调制灵敏度。三、实验仪器1、双踪示波器 一台2、频率特性扫频仪（选项） 一台四、实验原理1、实验原理（1）变容二极管调频原理所谓调频，就是把要传送的信息（例如语言、音乐）作为调制信号去控制载波（高频振荡信号）的瞬时频率，使其按调制信号的规律

2、变化。设调制信号： ，载波振荡电压为：tVtcostAtaocs根据定义，调频时载波的瞬时频率 随 成线性变化，即t（6-Kofocs1）则调频波的数字表达式如下： tVKtAtafof sins或 （6-mff c2）式中： 是调频波瞬时频率的最大偏移，简称频偏，它与调制信号的振幅VKf成正比。比例常数 Kf亦称调制灵敏度，代表单位调制电压所产生的频偏。式中： 称为调频指数，是调频瞬时相位的最大偏移，Ffmf 它的大小反映了调制深度。由上公式可见，调频波是一等幅的疏密波，可以用示波器观察其波形。如何产生调频信号？最简便、最常用的方法是利用变容二极管的特性直接产生调频波，其原理电路如图 61

3、所示。图 6-1 变容二极管调频原理电路变容二极管 通过耦合电容 并接在 回路的两端，形成振荡回路总电容的一部jC1NLC分。因而，振荡回路的总电容 C 为：（6-j3）振荡频率为：（6-)(211jNCLf4）加在变容二极管上的反向偏压为： 高 频 振 荡 ， 可 忽 略调 制 电 压直 流 反 偏 OQRV变容二极管利用 PN 结的结电容制成，在反偏电压作用下呈现一定的结电容（势垒电容），而且这个结电容能灵敏地随着反偏电压在一定范围内变化，其关系曲线称 曲线，jR如图 62 所示。由图可见：未加调制电压时，直流反偏 （在教材称 ）所对应的结电容为 （在QV0jC教材中称 ） 。当反偏增加时

4、， 减小；反偏减小时， 增大，其变化具有一定的非线0CjCjC性，当调制电压较小时，近似为工作在 曲线的线性段， 将随调制电压线性变化，jRj当调制电压较大时，曲线的非线性不可忽略，它将给调频带来一定的非线性失真。图 6-2 用调制信号控制变容二极管结电容我们再回到图 61，并设调制电压很小，工作在 曲线的线性段，暂不考虑高jCR频电压对变容二极管作用。设 （6-tVQRcos5）由图 62（c）可见：变容二极的电容随 R变化。即： （6-tCmjj6）由公式（3）可得出此时振荡回路的总电容为 tCmjQNjN cos由此可得出振荡回路总电容的变化量为：（6-jj 7）由式可见：它随调制信号的

5、变化规律而变化，式中 的是变容二极管结电容变化的m最大幅值。我们知道：当回路电容有微量变化 时，振荡频率也会产生 的变化，其关f系如下： Cf210（6-8）式中，是 未调制时的载波频率； 是调制信号为零时的回路总电容，显然0f图 6-3 Cj 部分接入回路jQNoC由公式（6-4）可计算出 （调频中又称为中心频率） 。0f即： )(21jQNL将（6-7）式代入（6-8）式，可得：tftCftfmcoscs)/(1)0（6-9） 频偏： f)/(20（6-10）振荡频率： （6-1tftftfoocs1）由此可见：振荡频率随调制电压线性变化，从而实现了调频。其频偏 与回路的中f心频率 成正比

6、，与结电容变化的最大值 成正比，与回路的总电容 成反比。0f mC0C为了减小高频电压对变容二极管的作用，减小中心频率的漂移，常将图 61 中的耦合电容 的容量选得较小（与 同数量级） ，这时变容二极管部分接入振荡回路，即振荡回1Cj路的等效电路如图 63 所示。理论分析将证明这时回路的总电容为 )/(110 jjN(6-12)回路总电容的变化量为： jCP2(6-13)频偏:fffm202 )/(1(6-14) 式中， 称为接入系数。jQCP1关于直流反偏工作点电压的选取，可由变容二极管的 曲线决定。从曲线中可jCR见，对不同的 值，其曲线的斜率（跨导） 各不相同。 较小时， 较RjCSCS

7、大，产生的频偏也大，但非线性失真严重，同时调制电压不宜过大。反之， 较大时，R较小，达不到所需频偏的要求，所以 一般先选在 曲线线性较好，且 较大CSQVjR区段的中间位置，大致为手册上给的反偏数值，例：2CC1C， 。本实验将具体测出VQ4实验板上的变容二极管的 曲线，并由同学们自己选定 值，测量其频偏 的大jCR f图 6-4 测量 CjVR 曲线小。（2）变容二极管 曲线的测量，将图 61 的振荡回路重画于图 64， 代jCR jXC表不同反偏 时的结电容，其对应的振荡频率为 。若去掉变容二极管，回路则由 、RX Xf N组成，对应的振荡频率为 ，它们分别为 LNf)(2jxNxCL（6

8、-15）NLCf21（6-16）由式（6-15） 、 （6-16）可得： NXNXNjx ff)1(22(6-17)、 易测量，如何求 ？将一已知电容 并接在回路 两端，如图 6-5 所NfXCKL示。此时，对应的频率为 ，有Kf(6-18)(2KNKCLf由式（6-16） 、 （6-18）可得：(6-19)KNfC2（3）调制灵敏度单位调制电压所引起的频偏称为调制灵敏度，以 表示，单位为 KHz/V，即fS(6-20)mfuS式中， mu为调制信号的幅度（峰值） 。为变容管的结电容变化 时引起的频率变化量，由于变容管部分接入谐振回路，fjC则 引起回路总电容的变化量 为Cj (6-21)jP

9、2频偏较小时， 与 的关系可采用下面近似公式，即fQCf10(6-22)将式（6-22）代入（6-20）中得mQf UCS20(6-23)式中， 为变容二极管结电容的变化引起回路总电容的变化量， 为静态时谐振C QC回路的总电容，即(6-24)QCQ1调制灵敏度 可以由变容二极管 特性曲线上 u处的斜率 KC 及式（6-23）计fSUj CK算，S f越大，调制信号的控制作用越强，产生的频偏越大。2、实验线路见附图 G1使用 12V 供电，振荡器 Q1 使用 3DG12C，变容管使用 Bb910，Q2 为隔离缓冲级。主要技术指标：主振频率 ，最大频偏 。MHZf7.10HZfm20本实验中，由

10、 R1、R2、W1、R3 组成变容二极管的直流偏压电路。C3、C4、C12 组成变容二极管的不同接入系数。IN1 为调制信号输入端，由 L4、C8、C7、C9、C5 和振荡管组成LC 调制电路。五、实验步骤参照附图 G1，在主箱上正确插好发射模块，对照发射模块中的变容二极管调频部分，正确连接电路电源线，12V 孔接+12V， GND 接 GND（从电源部分+12V 和 GND 插孔用连接线接入） ，接上电源通电(若正确连接了,扩展板上的电源指示灯将会亮)。1、LC 调频电路实验（1）连接 J3、J4、J5 组成 LC 调频电路。（2）接通电源，K1 向右拨，调节 W1，在 C6 的上端用万用表

11、测试电压，使变容二极管的反向偏压为 2.5V。如下图（1）所示：图（一）（3）用示波器和频率计在 TT1 处观察振荡波形，调节 CC1，使振荡频率为 10.7MHz，调节 W2 使输出波形失真最小。如下图（二）所示：图（二）（4）从 IN1 处输入 1KHz 的正弦信号作为调制信号（信号由低频信号源提供,参考低频信号源的使用。信号大小由零慢慢增大，用示波器在 TT1 处观察振荡波形变化,如果有频谱仪则可以用频谱仪观察调制频偏） ，此时能观测到一条正弦带。如果用方波调制则在示波器上可看到两条正弦波，这两条正弦波之间的相差随调制信号大小而变。如下图图（三） 、图（四）所示、图（五）所示图（三）图（

12、四）图（五）（5）分别接 J1、J2 重做实验 4。（6） （选做）测绘变容二极管的 曲线（参看图 6-4） 。jXCRV2、断开 J1、J2，连接 J3、J4、J5，断开 IN1 的输入信号，使电路为 LC 自由振荡状态。（1）断开变容二极管 （即断开 J4） ，用频率计在 TT1 处测量频率 。如下图（六）jCNf所示图（六）（2）断开 ，接上已知 （即连通 J5，在 C6 处插上电容） ，在 TT1 处测量频率 ，jCK Kf由式（6-19）计算出 值，填入表 6-1 中。 如下图(七)所示N图（七）表 6-1fN 11.09MHz CK 100uffK 11.088MHz CN 277

13、175uf（3）断开 CK（即取出 C6 上的电容）,接上变容二极管(即连接 J4)，调节 W1，测量不同反偏 值时，对应的频率 值，代入式（6-17）计算 值，填入表 6-2 中。RXVXf jX表 6-2VRX（伏） 1.825 1.860 2.217 2.530 2.835 3.074 3.210fX（ MHz）10.633 10.633 10.634 10.635 10.636 10.637 10.641（4）作 曲线。jXCRV（5）作 曲线。f（6）用频谱仪观察调频信号（应接入变容二极管,即连 J4 并取下 C6） ，记下不同的对应的不同的 ，计算调制灵敏度 的值。 （如果没有频谱仪则此项不作要VfVfKf求） 。（7）观察频偏与接入系数的关系（此时应取下 C6，连接 J4） 。在直流偏值电压相同的情况下，输入调制信号相同的情况下，分别连接 J1、J3 测试所得的频偏， 计算 的。验证 。 为 7）中所测的值。VfKf fPf2（8）观察频偏与直流反偏电压的关系（连接 J3、J4） 。（9）观察频偏与调制信号频率的关系（连接 J4、J4） 。六、实验心得在做测试技术的实验前,我以为不会难做,就像以前做物理实验一样,做完实验,然后两下子就将实验报告做完.直到做完测试实验时,我才知道其实并不容易做,但学到的知识与难度成正比,使我受益匪浅.