实验六 变容二极管调频

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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Cj～V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Cj～V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

2、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变化。设调制信号：，载波振荡电压为：根据定义，调频时载波的瞬时频率随成线性变化，即（6-1）则调频波的数字表达式如下：或　　（6-2）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，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

3、的特性直接产生调频波，其原理电路如图6—1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分。因而，振荡回路的总电容C为：　　　　（6-3）振荡频率为：（6-4）加在变容二极管上的反向偏压为：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，如图6—2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（在教材中称）。当反偏增加时，减小；反偏

4、减小时，增大，其变化具有一定的非线性，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，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6—1，并设调制电压很小，工作在～曲线的线性段，暂不考虑高频电压对变容二极管作用。设　　（6-5）由图6—2（c）可见：变容二极的电容随υR变化。即：　（6-6）由公式（3）可得出此时振荡回路的总电容为由此可得出振荡回路总电容的变化量为：　　　　（6-7）由式可见：它随调制信号的变化规

5、律而变化，式中的是变容二极管结电容变化的最大幅值。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，其关系如下：（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，显然由公式（6-4）可计算出（调频中又称为中心频率）。即：将（6-7）式代入（6-8）式，可得：（6-9）频偏：（6-10）振荡频率：　　　（6-11）由此可见：振荡频率随调制电压线性变化，从而实现了调频。其频偏与回路的中心频率成正比，与结电容变化的最大值成正比，与回路的总电容成反比。为了减小高频电压对变容二极管的作用，减小

6、中心频率的漂移，常将图6—1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，即振荡回路的等效电路如图6—3所示。理论分析将证明这时回路的总电容为　　　(6-12)回路总电容的变化量为：　图6-3　Cj部分接入回路　　　(6-13)频偏:　(6-14)式中，称为接入系数。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。从曲线中可见，对不同的值，其曲线的斜率（跨导）各不相同。较小时，较大，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，较小，达不到所需频偏

7、的要求，所以一般先选在～曲线线性较好，且较大区段的中间位置，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，测量其频偏的大小。（2）变容二极管～曲线的测量，将图6—1的振荡回路重画于图6—4，代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、组成，对应的振荡频率为，它们分别为（6-15）图6-4测量Cj~VR曲线（6-16）由式（6-15）、（6-16）可得：　(6-17)、易测量，如何求？将一已知电容并接在回路两端，如图6

8、-5所示。此时，对应的频率为，有(6-18)由式（6-16）、（6-18）可得：(6-19)（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(6-20)式中，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，则引起回路总电容的变化量为　　(6-21)频偏较小时，与的关系可采用下面近似公式，即(6-22)将式（6-22）代