为变容二极管的控制电路。
变容二极管调频电路
摘要调频广播具有抗干扰性能强、声音清晰等优点，获得了快速的发展。
调频电台的频带通常大约是200～250kHz，其频带宽度是调幅电台的数十倍，便于传送高保真立体声信号。
由于调幅波受到频带宽度的限制，在接收机中存在着通带宽度与干扰的矛盾，因此音频信号的频率局限于30～8000Hz的范围内。
在调频时，可以将音频信号的频率范围扩大至30～15000Hz，使音频信号的频谱分量更为丰富，声音质量大为提高。
目前，变容二极管直接调频电路是目前应用最广泛的直接调频电路，它是利用变容二极管反向所呈现的可变电容特性实现调频的，具有工作频率高固有损耗小等特点。
现有的对于调频电路的研究与仿真主要集中在锁相环电路，变容二极管直接调频电路研究较少，对于变容二极管静态调制特性的研究更是几乎无人涉及。
变容二极管为特殊二极管的一种。
当外加顺向偏压时，有大量电流产生，PN（正负极）接面的耗尽区变窄，电容变大，产生扩散电容效应；当外加反向偏压时，则会产生过渡电容效应。
但因加顺向偏压时会有漏电流的产生，所以在应用上均供给反向偏压。
在变容二极管直接调频电路中，变容二极管作为一压控电容接入到谐振回路中，有所学的正弦波振荡器章节中，我们知道振荡器的振荡频率由谐振回路的谐振频率决定。
因此，当变容二极管的结电容随加到变容二极管上的电压变化时，由变容二极管的结电容和其他回路元件决定的谐振回路的谐振频率也就随之变化，若此时谐振回路的谐振频率与加到变容二极管上的调制信号呈线性关系，就完成了调频的功能，这也是变容二极管调频的原理。
关键词：LC振荡电路、变容二极管、调频1.设计要求（1）主振频率=8MHZ（2）频率稳定度/≤0.0005/h（3）主振级的输出电压（4）最大频偏（5）电源电压= 5V2.电路原理分析变容二极管为特殊二极管的一种。
当外加顺向偏压时，有大量电流产生，PN（正负极）接面的耗尽区变窄，电容变大，产生扩散电容效应；当外加反向偏压时，则会产生过渡电容效应。
变容二极管直接调频电路
变容二极管直接调频电路
变容二极管调频电路是一种经典的调频电路，主要使用半导体可控硅电子元件变容二极管作为控制元件。
它可以用来提供按需要调整的频率、振幅和相位，可以根据调频、接收和发射系统的需要以及信号源（如晶体振荡器）来调整调制频率、振幅和相位。
变容二极管作为调频控制元件，具有电容可变的特性，可实现电容的连续变化，从而实现调频电路的实现。
调频电路中的这种变容二极管可以用作一种稳定的控制元件，用来调整感应线圈的频率。
它还可以用来控制连接电路的相位和振幅，从而控制调频信号的相位和振幅，从而实现调频电路的频率、相位和振幅的调节。
变容二极管调频电路中，变容二极管通常是以受到外部射频电磁脉冲激励为基础，借助内部结构反馈成一种和射频电磁脉冲频率及相应振幅。
一般情况下，变容二极管的输出频率比其激励源的频率要低，因为变容二极管的内部的电容，本身也作为了频率的调节因素，当激励信号的频率发生变化时，变容二极管内部的电容也会发生变化，使输出频率存在随机的波动。
因此，为了完成调频功能，变容二极管需要通过外部的频率控制焊接引脚来实现控制，从而实现控制信号的稳定和调频功能。
变容二极管调频电路具有体积小、体积效率高、运行可靠性高等优点，被广泛应用在调频、中频、短波等信号处理的领域，如通讯系统、无线电测量设备、航空专业仪器、收音机等。
由于变容二极管的调频电路设计简单，采用变容二极管作为调频控制元件，它还能节省大量空间，可扩展性非常强，可用来编辑一个可编程的调频电路，从而可以实现多种功能，如调制、接收和发射等，广泛应用在电子设备和通讯产品以及其他相关产品中。
变容二极管调频
实验四 变容二极管调频一、实验目的1、掌握变容二极管调频电路的原理。
2、掌握变容二极管调频的工作原理；3、学会测量变容二极管的C j ～V 特性曲线；4、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C j ～V 特性曲线；测量调频信号的频偏及调制灵敏度。
5、二、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变化。
设调制信号： ()t V t Ω=ΩΩcos υ，载波振荡电压为：()t A t a o o ωcos =根据定义，调频时载波的瞬时频率()t ω随()t Ωυ成线性变化，即()t t V K t o f o Ω∆+=Ω+=Ωcos cos ωωωω （4-1）则调频波的数字表达式如下：()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ΩΩ+=Ωt V K t A t a f o o f sin cos ω 或 ()()t m t A t a f o o f Ω+=sin cos ω （4-2）式中： Ω=∆V K f ω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K f 亦称调制灵敏度，代表单位调制电压所产生的频偏。
式中：F f V K m f f ∆=Ω∆=Ω=Ωω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的特性直接产生调频波，其原理电路如图4-6—1所示。
图4-1 变容二极管调频原理电路变容二极管j C 通过耦合电容1C 并接在N LC 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：j N C C C += （4-3）振荡频率为：)(2121j N C C L LC f +==ππ （4-4）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O Q R V V υυ++=Ω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j C ～R υ曲线，如图4-6—2所示。
变容二极管调频电路设计
摘要变容二极管调频电路包含有主振电路和调频电路两部分。
主振电路有LC正弦波振荡器构成，调频电路有变容二极管和电容、电阻构成。
该设计给出变容二极管调频电路的工作原理和设计电路图，并对电路的主要性能参数进行分析。
介绍了变容二极管的性质和各部分组成电路，最后还附有元器件清单和参考文献。
第一章变容二极管调频电路的基本原理第二章元器件及各部分电路的介绍变容二极管的特性概述变容二极管是根据PN结的结电容随反向电压大小而变化的原理设计的一种二极管。
它的极间结构、伏安特性与一般检波二极管没有多大差别。
不同的是在加反向偏压时，变容二管呈现较大的结电容。
这个结电容的大小能灵敏地随反向偏压而变化。
正是利用了变容二极管这一特性，将变容二极管接到振荡器的振荡回路中，作为可控电容元件，则回路的电容量会随调制信号电压而变化，从而改变振荡频率，达到调频的目的。
三极管VT——起放大作用。
在输入信号的控制之下，通过三极管将直流电源的能量，转换为输出信号的能量。
负载电阻Rc、RL——将变化的集电极电流转换为电压输出。
偏置电路Rb1、Rb2、Re——提供合适的偏置，保证三极管工作在线性区，使信号不产生失真。
这种由上下两个电阻Rb1，Rb2提供偏置的形式也称为分压偏置，或称为射极偏置。
耦合电容C1、C2——输入耦合电容C1保证交流信号加到发射结，但又不影响发射结偏置。
输出耦合电容C2保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。
直流电源VCC——为放大电路提供工作电源，给三极管放大信号提供能源变容二极管偏置电路电源V1、电阻R12，电位器R13，以及电阻R14为变容二极管工作提供合适的静态工作点，并保证变容二极管工作在反向偏压的情况下。
由于变容二极管的静态电容会随温度、偏置电压的变化而变化，造成中心频率的不稳定，在电路中电容C16 、C17 的加入可以提高振荡电路的中心频率稳定度，也可以减少高频振荡信号对变容二极管的影响，但C3 ，C4 的接入电路，其调制灵敏度和最大偏频都会受到影响。
变容二极管调频电路设计
变容二极管调频电路设计一、基本原理变容二极管调频电路利用变容二极管的非线性特性，实现调频功能。
变容二极管即反向偏压下的二极管，它的电容值与反向偏压有关，反向偏压越大，电容值越小。
当正弦信号进入反向偏压的二极管时，随着信号电压的增大，二极管的电容值减小，导致信号频率的增加。
反之，随着信号电压的减小，二极管的电容值增大，导致信号频率的减小。
通过不同程度的反向偏压，可以实现对信号频率的调整。
二、电路设计步骤1.确定工作频率范围：首先，确定设计的变容二极管调频电路的工作频率范围。
根据具体应用需求，选择适当的频率范围。
2.选择电路拓扑结构：常见的变容二极管调频电路拓扑结构包括正弦波调频电路和方波调频电路。
正弦波调频电路适用于较高频率的调频需求，而方波调频电路适用于较低频率的调频需求。
根据具体的工作频率范围和调频要求，选择合适的电路拓扑结构。
3.设置电压偏置电路：由于变容二极管是在反向偏置电压下工作，需要设计一个合适的电压偏置电路。
该电路的作用是为变容二极管提供适当的反向偏置电压，保证在工作频率范围内变容二极管始终处于反向偏压状态。
4.设计信号源和功率放大器：为了提供输入信号和驱动变容二极管，需要设计信号源和功率放大器。
信号源可以选择稳定的正弦波源或方波源，功率放大器的设计要考虑到输出功率和失真等因素。
5.确定电容和电压范围：根据工作频率范围和调频要求，选择合适的变容二极管和电容。
同时，确定电容的电压范围，以保证电容的可靠性和稳定性。
6.进行电路仿真和优化：在设计完成后，进行电路仿真和优化。
使用电路仿真软件，验证电路的性能和稳定性。
根据仿真结果，调整电路参数，优化设计。
7.制作电路原型和测试：最后，根据优化后的设计方案，制作电路原型，并进行测试。
通过测试，验证电路的性能和可靠性，可以对设计进行进一步改进和优化。
三、注意事项-选择合适的变容二极管：变容二极管的性能参数对电路的调频性能影响较大，应选择性能稳定可靠的品牌和型号。
二极管的电容效应、等效电路及开关特性
二极管的电容效应、等效电路及开关特性二极管的电容效应二极管具有电容效应。
它的电容包括势垒电容CB和扩散电容CD。
1.势垒电容CB(Cr)前面已经讲过，PN结内缺少导电的载流子，其电导率很低，相当于介质;而PN结两侧的P区、N区的电导率高，相当于金属导体。
从这一结构来看，PN结等效于一个电容器。
事实上，当PN结两端加正向电压时，PN结变窄，结中空间电荷量减少，相当于电容"放电"，当PN结两端加反向电压时，PN结变宽，结中空间电荷量增多，相当于电容"充电"。
这种现象可以用一个电容来模拟，称为势垒电容。
势垒电容与普通电容不同之处，在于它的电容量并非常数，而是与外加电压有关。
当外加反向电压增大时，势垒电容减小;反向电压减小时，势垒电容增大。
目前广泛应用的变容二极管，就是利用PN 结电容随外加电压变化的特性制成的。
2.扩散电容CDPN结正向偏置时，N区的电子向P区扩散，在P区形成一定的非平衡载流子的浓度分布，即靠近PN结一侧浓度高，远离PN结的一侧浓度低。
显然，在P区积累了电子，即存贮了一定数量的负电荷;同样，在N区也积累了空穴，即存贮了一定数的正电荷。
当正向电压加大时，扩散增强，这时由N区扩散到P区的电子数和由P区扩散到N区的空穴数将增多，致使在两个区域内形成了电荷堆积，相当于电容器的充电。
相反，当正向电压减小时，扩散减弱，即由N 区扩散到P区的电子数和由P区扩散到N区的空穴数减少，造成两个区域内电荷的减少，、这相当于电容器放电。
因此，可以用一个电容来模拟，称为扩散电容。
总之，二极管呈现出两种电容，它的总电容Cj相当于两者的并联，即Cj=CB + CD。
二极管正向偏置时，扩散电容远大于势垒电容Cj≈CD ;而反向偏置时，扩散电容可以忽略，势垒电容起主要作用，Cj≈CB 。
二极管的等效电路二极管是一个非线性器件，对于非线性电路的分析与计算是比较复杂的。
为了使电路的分析简化，可以用线性元件组成的电路来模拟二极管。
变容二极管调频电路设计
目录摘要 01、方案选择 (1)2、变容二极管直接调频原理 (1)3、变容二极管直接调频 (3)3.1 变容二极管工作原理 (3)4、电路实现 (4)4.1课程设计指标 (4)4.2元件参数选择 (5)4.3电路设计仿真图 (5)4.4电路仿真结果 (6)4.5 PCB如图4.4所示 (7)总结与体会 (8)参考文献 (9)摘要调频电路具有抗干扰性能强、声音清晰等优点，获得了快速的发展。
主要应用于调频广播、广播电视、通信及遥控。
调频电台的频带通常大约是200～250kHz，其频带宽度是调幅电台的数十倍，便于传送高保真立体声信号。
由于调幅波受到频带宽度的限制，在接收机中存在着通带宽度与干扰的矛盾，因此音频信号的频率局限于30～8000Hz 的范围内。
在调频时，可以将音频信号的频率范围扩大至30～15000Hz，使音频信号的频谱分量更为丰富，声音质量大为提高。
变容二极管调频电路是一种常用的直接调频电路，广泛应用于移动通信和自动频率微调系统。
其优点是工作频率高，固有损耗小且线路简单，能获得较大的频偏，其缺点是中心频率稳定度较低。
较之中频调制和倍频方法，这种方法的电路简单、性能良好、副波少、维修方便，是一种较先进的频率调制方案。
本课题载波由LC电容反馈三端振荡器组成主振回路，振荡频率有电路电感和电容决定，当受调制信号控制的变容二极管接入载波振荡器的振荡回路，则振荡频率受调制信号的控制，从而实现调频。
关键词：变容二极管 LC电容反馈三端振荡器调频1、方案选择变容二极管调频方式有两种：间接调频和直接调频。
（1）间接调频先将调制信号进行积分处理，然后用它控制载波的瞬时相位变化，从而实现间接控制载波的瞬时频率变化的方法，称为间接调频法。
根据前述调频与调相波之间的关系可知，调频波可看成将调制信号积分后的调相波。
这样，调相输出的信号相对积分后的调制信号而言是调相波，但对原调制信号而言则为调频波。
这种实现调相的电路独立于高频载波振荡器以外，所以这种调频波突出的优点是载波中心频率的稳定性可以做得较高，但可能得到的最大频偏较小。
变容二极管调频实验报告总结心得
变容二极管调频实验报告总结心得尊敬的老师：通过本次变容二极管调频实验，我对调频原理和变容二极管的工作原理有了更加深入的了解。
在实验中，我们使用了变容二极管作为调频电路中的关键组件，成功地实现了对信号频率的调节。
在实验过程中，我遇到了一些问题，并通过实验不断探索和尝试，最终得到了满意的结果。
本次实验的目的是通过改变变容二极管的偏置电压，来实现对输入信号频率的调节。
在实验中，我们首先搭建了变容二极管调频电路，并通过信号发生器输入调制信号。
然后，通过改变变容二极管的偏置电压，观察输出信号频率的变化。
通过实验数据的记录和分析，我发现随着偏置电压的增加，输出信号频率也相应地增加。
这进一步验证了变容二极管调频的原理。
在实验中我遇到了一些问题。
首先是在搭建电路的过程中，我发现变容二极管的引脚连接有误，导致电路无法正常工作。
经过仔细检查和调整，我解决了这个问题。
其次是在调节偏置电压时，我发现偏置电压在一定范围内的调节对输出信号频率有明显影响，但超出范围后对频率的影响不再明显。
通过与同学们的讨论和老师的指导，我了解到这是由于变容二极管的工作特性决定的。
最后，我还遇到了实验数据的处理问题。
在记录实验数据时，我发现一些数据存在明显的误差，这可能是由于实验环境和仪器的不确定性导致的。
为了减小误差，我重复了多次实验并取平均值，确保数据的准确性。
通过本次实验，我不仅对调频原理和变容二极管的工作原理有了更深入的了解，而且提高了实验操作的能力。
实验过程中，我学会了如何搭建电路、调节仪器和分析实验数据。
我也意识到了实验中细节的重要性，只有仔细观察和耐心调试，才能得到准确的结果。
同时，通过与同学们的合作和讨论，我也学到了很多有关调频和变容二极管的知识。
总体而言，本次变容二极管调频实验让我对调频原理和变容二极管有了更加深入的了解，提高了我在实验操作和数据处理方面的能力。
我相信这对我的学习和未来的科研工作都将有很大帮助。
感谢老师的指导和同学们的合作，让我在实验中有了很多收获和成长。
直接调频电路
很明显，由于变容管仅是回路总电容的一部分，因而 调制信号对振荡频率的调变能力必将比变容管全部接 入振荡回路时小，故实现线性调频，必须选用n大于2 的变容管，同时还应正确选择C1和C2的大小。 在实际电路中，一般C2取值较大，约几十皮法至几百 皮法，而C1取值较小，约为几皮法至几十皮法。
C1和C2对调制特性的影响，如图5.3.5所示。
接近短路，而对调制频率接近开路。
2、高频等效电路
（b）图所示为等效电路。C
为变容二极管的结电容。
j
3、变容二极管的控制电路
图（c）为变容二极管的控制电路。C1 的作用使
结电容不 受振荡回路的影响。
图5.3.2 变容二极管作为回路总电容的直接调频原理电路
4、调频原理分析
由于振荡回路中仅包含一个电感L和一个变容二极管 等效电容C j，在单频调制信号 (t) Vm cos t 的作用下 回路振荡角频率，即调频特性方程为
c
(t)
角频偏
(t)
c
VB VQ
实现了线性调频。
当 n 2 时，若 m 足够小，
令 x m cos t
VB VQ
x 1
称为归一化调制信号电压，则调频特性方程可以改写为：
n
(x) c (1 x)2
将上式展开为泰勒级数，得到
osc
(t)
c[1
n 2
x
1 2!
n 2
(
n 2
1)
x2
1( 3!
5.3.3※ 张弛振荡器电路实现直接调频
一、张弛振荡器直接调频电路 1、原理电路
射极耦合的调频方 波发生器，电路如图 5.3.11，该电路产生调 频方波信号。输出的对 称方波电压的频率为
变容二极管
变容二极管Varactors,又称为电压调谐电容Voltage variable Capactors,VVC 或调谐二极管Tuning Diodes,当在二极管两端加上反向偏压时,会产生电容效应,通常变容二极管的电容量,随反向偏压增大而减小;变容二极管优点主要表现在：1体型小巧易于安装；2易于实现自动电子调谐Auto Electronic Tuning,方便遥控的电子调谐器的设计;如今的电视系统或通信系统中的频道选择及呼叫等电路,基本上都由变容二极管完成;1、 变容二极管工作原理变容二极管的等效电路如图4-7a 所示;图4-7 a 变容二极管的等效电路 b 变容二极管的简化等效电路其中,Rp ——反向偏压的结电阻Junction Resistance ；'Ls ——外部引线电感；Ls ——内部引线电感；Cc ——封装电容；Rs ——二极管体电阻；j C ——结电容;通常,等效电路中的电感与封装电容等都可略去不计,简化后的等效电路如图4-7b 所示;一般地,变容二极管与外加电压的关系可表示为 γ)1(0Dj j V v C C -= 4-5 j C 为变容二极管的结电容,0j C 为变容管加零偏压时的结电容；D V 为变容管PN 结内建电位差硅管D V =,锗管D V =；γ为变容二极管的电容变化指数,与频偏的大小有关；v 为变容管两端所加的反向电压;在小频偏情况下,选γ=1的变容二极管可近似实现线性调频；在大频偏情况下,必须选γ=2的超突变结变容二极管,才能实现较好的线性调频;变容二极管的v C j -特性曲线如图2所示;当加入的反向电压为t V V v V v m Q Q Ω+=+=ΩΩcos 时,设电路工作在线性调制状态,在静态工作点Q 处,可得曲线的斜率为V C k t ∆∆=;图4-8 变容二极管的v C j -特性曲线2、变容二极管重要参数：变容比率与Q 值1变容比率,实际上就是在两个不同偏压下的电容量比值,设为R C ,可得近似的变容比率为 γ⎥⎦⎤⎢⎣⎡≈=min max max min )()(V V V C V C C R 4-6 式中,)(min V C ——在偏压最小时的结电容值；)(max V C ——在偏压最大时的结电容值; 可见,变容比率R C 与γ值有关,γ值愈大变容比率R C 愈大;2变容二极管Q 值由简化的等效电路,可导出变容二极管的元件Q 值为222)2(2p s j p s p j R R fC R R R fC Q ππ++= 4-7可见,变容二极管的Q 值并非为定值,而是随外加偏压及频率的变化而变化;通常,s R 阻值小于１欧姆,p R 阻值为1010Ω级,在较高频率时,因)()2(22p s p s j R R R R fC +>>π,可得高频时的Q 值为 sj s R fC Q Q π21=≈ 4-8 可见,由于二极管中等效串联电阻s R 的影响,高频时Q 值将会降低;而在较低频率时,由于等效电路以p R 为主导,忽略22)2(p s j s R R fC R π+的影响,可得此时的Q 值为p j p R fC Q Q π2=≈ 4-9可见,在低的频率段,随着频率的上升,Q 值会有所提高；而在低的频率段的低区,由于反向偏压所引起的结电阻基本为恒值,会导致Q 值下降;由上面的分析可知,变容二极管主要存在以下不足：1品质因素Q 值不够高;早期所用的机械式调谐电容器,元件本身的品质因数Q 值都很高,一般都可达几千;因而应用这类调谐电容器的电路,电路Q 值可由振荡线圈、振荡电容、谐振电阻等元件而定；采用变容二极管为调谐电容后,变容二极管的Q 值通常在几十至几百之间,因而必须注意其Q 值对电路的影响,尤其是频率的低端与高端;2容易受温度影响;由于变容二极管为半导体器件,因而在温度效应上,仍有其先天不足,因此在设计时,应注意温度补偿的问题;常用的补偿设计,可采用的二极管正向导通压降来实现对变容二极管的温度补偿,当温度上升时,二极管正向导通的压降随之减少,因而可使变容二极管上的反向偏压改变;如图4-9所示,二极管D1的正向压降D V 设为,当温度上升后,若D V 降至约为,而in V 保持为恒定,则输出至变容二极管v D 的偏压o V 将会增加;所增加的电压,将会使变容二极管的电容量下降,因而可抵消因温度改变而增加的量;在实际应用时,为使这一电路能有效工作,补偿用二极管的材质特性,宜与变容二极管的相当;且在电路中的安装位置,应与变容二极管处于相同的温度环境;另外,以变容二极管设计的电容控制振荡器co V ,为锁相环路中的主体,且由于其本身已具有反馈环路,由于外因导致的变容二极管上容量产生变化,都可经由反馈而取得补偿,因而不需再加额外的补偿装置;图4-9 正向二极管温度补偿在工程应用中,要注意以下几点：1进行调谐电视频道或调幅广播时,需要较宽的频率范围,因而通常选用1≥γ的超突变结变容二极管；2电容量大的,多用于频率较低的系统,如应用在10M 以下的调幅AM 广播频段； 3调谐变容二极管在选用时应尽量配对使用,因为在几个调谐电路中用的是同一个调谐电压,则要求变容二极管在同一变化的电压下,容量的变化相同,即电压、容量特性的一致性;所以在选用更换时要求要同型号、同色点或同字母;以保证调谐的准确和良好的接收效果;4在很多的技术资料上,都设in V =4V 为最佳工作状况的最低反向偏压值;有时为取得更高的变容比率,可以降低V值,不过必须以牺牲变容二极管Q Q值为代价;m in5在降低反向偏压时,必须注意外加信号电压峰值大小,以避免变容二极管工作在正向导通状态;且在信号电压过大时,将会引发电容调制效应而产生失真;6实际应用变容比率C时,都较手册理论值低,在设计应用时需加注意;R。
变容二极管频率调制电路(共5张PPT)
应的频率填入表中。
第三页，共5页容二极管调频器电路原理和测试方法； 了解变容二极管调频器电路原理和测试方法； 观察寄生调幅现象，了解其产生原因及消除方法。 1、输入端不接调制信号，将示波器接至TP2观察波形；
U 变了容解二 调极频管器频调率制d 调特制性电及路主要性能参数的测量方法； (V) 了解调频器调制特性及主要性能参数的测量方法；
3、调节W2使TP3处的电压变化，将对应的频率填入表中。
F 了了解解调 变频容器二调极制管0 特调性频及器主电要路性原能理参和数测的试测方量法方；法；
了解变容二(M极H管z调) 频器电路原理和测试方法；
1、输入端不接调制信号，将示波器接至TP2观察波形； 变容二极管频率调制电路 观察寄生调幅现象，了解其产生原因及消除方法。 了解变容二极管调频器电路原理和测试方法；
第四页，共5页。
变容二极管频率调制电路图
第五页，共5页。
变容二极管频率调制电路
第一页，共5页。
实验目的
1. 了解变容二极管调频器电路原理和测 试方法； 2. 了解调频器调制特性及主要性能参数 的测量方法； 3. 观察寄生调幅现象，了解其产生原因 及消除方法。
第二页，共5页。
实验内容
静态调制特性测量 1、输入端不接调制信号，将示波器接
至TP2观察波形； 2、调节W1使振荡器起振，且波形不失
常用变容二极管
常用变容二极管变容二极管（Varactors ），又称为电压调谐电容（Voltage variable Capactors ，VVC ）或调谐二极管（Tuning Diodes ），当在二极管两端加上反向偏压时，会产生电容效应，通常变容二极管的电容量，随反向偏压增大而减小。
变容二极管优点主要表现在：（1）体型小巧易于安装；（2）易于实现自动电子调谐（Auto Electronic Tuning ），方便遥控的电子调谐器的设计。
如今的电视系统或通信系统中的频道选择及呼叫等电路，基本上都由变容二极管完成。
1、 变容二极管工作原理变容二极管的等效电路如图1（a ）所示。
图1 （a ）变容二极管的等效电路 （b ）变容二极管的简化等效电路其中，R p ——反向偏压的结电阻（Junction Resistance ）；'s L ——外部引线电感； s L ——内部引线电感； c C ——封装电容； s R ——二极管体电阻； j C ——结电容。
通常，等效电路中的电感与封装电容等都可略去不计，简化后的等效电路如图1（b ）所示。
一般地，变容二极管与外加电压的关系可表示为(1)j j DC C v V γ=- (1) j C 为变容二极管的结电容，0j C 为变容管加零偏压时的结电容；V D 为变容管PN 结内建电位差（硅管V D =0.7V ，锗管V D =0.3V ）；γ为变容二极管的电容变化指数，与频偏的大小有关；v 为变容管两端所加的反向电压。
在小频偏情况下，选γ=1的变容二极管可近似实现线性调频；在大频偏情况下，必须选γ=2的超突变结变容二极管，才能实现较好的线性调频。
变容二极管的j C v - 特性曲线如图2所示。
当加入的反向电压为cos Q Q m v V v V V t ΩΩ=+=+Ω时，设电路工作在线性调制状态，在静态工作点Q 处，可得曲线的斜率为/c k C V =∆∆。
图2 变容二极管的j C v -特性曲线2、变容二极管重要参数：变容比率与Q 值（1）变容比率，实际上就是在两个不同偏压下的电容量比值，设为C R ，可得近似的变容比率为max min max min ()C ()R V C V C V V γ⎛⎫=≈ ⎪⎝⎭(2)式中，min ()C V ——在偏压最小时的结电容值；max ()C V ——在偏压最大时的结电容值。
使用VCO实现变容二极管直接调频_李峰
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｝
ｖｏｉｄ ｄｅｌａｙ（ｕｉｎｔ ｄｅｌｘ） ｛ ｉｄａｔａ ｕｉｎｔ ｉ＝０； ｗｈｉｌｅ（ｉ＜ｄｅｌｘ） ｛ ｉ＋＋； ｝ ｝
ｍａｉｎ（） ｛ ＷＤＴＣＮ＝０ｘｄｅ； ／／ 禁止看门 狗定时器 ＷＤＴＣＮ＝０ｘａｄ； ＳＹＳＣＬＫ＿Ｉｎｉｔ（）； ／／ 初始化振 荡器 ＰＯＲＴ＿Ｉｎｉｔ（）； ／／ 初始化数据交 叉开关和通用 Ｉ／Ｏ 口 ｃｓ＝０； ｒｅｓ＝１； ｄｅｌａｙ（１０）； ｒｅｓ＝０； ｄｅｌａｙ（１０）； ｓｐｉ＿ｂｅｇｉｎ（）； ｓｔａｔｕｓ［０］＝ｓｐｉ＿ｓｅｎｄ＿ｂｙｔｅ（０ｘ１４）； ｓｔａｔｕｓ［１］＝ｓｐｉ＿ｓｅｎｄ＿ｂｙｔｅ（０ｘ００）； ｓｐｉ＿ｅｎｄ（）； ｄｅｌａｙ（５００）；／／准备接收指令，但尚 未上电
二极管结电容随温度变化 而带来的中心频率漂移问 题，同时通过调整耦合电 容 Ｃ１ 的大小，可以保证变 容二极管工作在线性区， 并控制频偏大小。在保证 最大频偏的前提下，尽量
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MARCH 2005 ６ ３
应用天地
AP P LI C AT I ONS
（Ｃ７Ｃ６Ｃ５Ｃ４Ｃ３Ｃ２Ｃ１Ｃ０）＝（１０００００００） ，选择 φ Ｒ 与φ Ｖ 双端输出，禁止 ＬＤ、ｆ Ｒ、ｆ Ｖ、 ＲＥＦ ＯＵＴ 输出，以减小电路功耗，同时降 低无用端口对电路的影响。
至后面的放大电路，另一部分送入分频
主要电路工作原理 本电路实际上是一个小功率调频发
射机，其调制部分采用了变容二极管直 接调频技术，主要功能是实现 ８ ７ ～ １０８ＭＨｚ 频段内以 １００ｋＨｚ 为间隔的调 频激励源；输入调频信号为音频 （３０Ｈｚ ～１５ｋＨｚ） ，要求实现最大频偏为 ７５ｋＨｚ，其框图如图 ４ 所示。
无线电通信-8.2 调频方法概述、变容二极管调频、晶体振荡器直接调频及间接调频
所以为利用PN结的电容，PN结应工作在反向偏置状态
PN结反向偏置时，结电容会随外加反向偏压而变化， 而专用的变容二极管，经过特殊工艺处理（控制半导 体的掺杂浓度和掺杂的分布）使势垒电容能灵敏地随 反向偏置电压的变化而呈现较大变化的压控变容元件。
调制信号控制变容二极管结电容，使 晶体谐振频率（串或并）发生变化， 其等效电抗发生变化，振荡频率发生 变化，获得调频信号。但最大相对频 移小10e-4量级。
并联缺点变容管参数的不稳定直接影 响调频信号中心频率的稳定度
串联 皮尔斯晶体振荡器
工作原理 晶体直接调频原理图
图(a)是中心频率为4.0MHz的晶体调频振荡器 的实际电路，图(b)是它的交流等效电路。
直接调频基本原理：用调制信号直接线性地改变载波 振荡的瞬时频率。
因此，凡是能直接影响载波振荡瞬时频率的元件 或参数，只要能够用调制信号去控制它们，并从而使 载波振荡瞬时频率按调制信号变化规律线性地改变， 都可以完成直接调频的任务。
如果载波由LC自激振荡器产生，则振荡频率主 要由谐振回路的L和C所决定。只要能用调制信号去 控制回路的电感或电容，就能控制振荡频率。
如何稳定调频波的中心频率呢？通常采用以下三种方法： ① 晶体振荡器直接调频； ② 采用自动频率控制电路； ③ 利用锁相环路稳频。
8.5 晶体振荡器直接调频
通常利用变容二极管控制晶体振荡器的振荡频率来实现调 频。晶体工作于串并联谐振频率之间，等效为一个高品质 因数的电感元件，作为振荡回路元件之一。 变容二极管接入振荡回路方式：与石英晶体串联或并联
图 8.4.2 变容二极管调频电路
图 8.4.3 振荡回路的 等效电路
变容二极管加正向电压
变容二极管加正向电压变容二极管加正向电压，这个听起来有点儿复杂，但其实就像你调节手机屏幕亮度一样，能量和电流的变化只要稍微掌握了规律，其实没那么难。
你知道吗，这种东西其实就是在电子设备里偷偷地、悄悄地调皮捣蛋，让电流在特定的条件下变得“更好用”。
好比说，玩游戏时想提高帧率，你也得给手机或者电脑一点点正向的刺激才行，不然那些画面就会卡死。
你要是愿意细细琢磨，真能从这小小的变容二极管中学到不少电路奥秘。
说到变容二极管，那可是有点“心机”的家伙。
它的核心特点就是能根据加在它两端的电压大小，自动改变它的电容值。
简单点讲，就像你换了不同的鞋子，走路的步伐也能不一样。
加正向电压时，电容就像被施了魔法一样，逐渐变小，电流通过的难度就降低了，电路的效率瞬间就能提升。
怎么理解呢？就好比你被一个小伙伴拉着走，他往前使劲推你，你走得快了，跑得更稳了。
加了电压的“推力”，让它能“跑”得更顺畅，功效自然不同。
大家都知道，二极管就像一个“单向阀”，它有一个特性，就是只有电压大到一定程度，它才愿意“让路”给电流通过。
好像在你家门口，如果没有敲门，门是绝对不会开的。
你用力一敲，门就开了，电流也能像水一样流进电路了。
没错，正向电压就是这种“敲门”的动作。
变容二极管就像一个“聪明”的守门员，根据你给的敲门力度（电压大小）来决定是否让电流畅通无阻。
这个过程看起来简单，但其实非常讲究“力度”，加得太少，电流还是进不去；加得太多，反而可能会让它“过载”，电路就炸了。
变容二极管的作用特别隐蔽，它可能就在你没注意的地方悄悄地发生变化，影响着整个电路的性能。
举个例子，咱们平常用的调频收音机就是用它来调节频率的。
你想听广播，频率得准确，否则你就只能听到杂音。
变容二极管在这个时候就像是一个“微调大师”，用它的电容变化让你接收到最清晰的信号。
你加一点正向电压，它的电容就减少，调频就变了，广播就能清晰地播放出来。
想想看，这个过程多么神奇：你只需要改变电压，收音机就能立刻“听懂”信号，给你带来高质量的声音。
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称为归一化调制信号电压，则调频特性方程可以改写为：
( x) c (1 x)
主讲 元辉
高 频 电 子 线 路
将上式展开为泰勒级数，得到
n 1 n n 1 n n 2 osc (t ) c [1 x ( 1) x ( 1)( 2) x3 ] 2 2! 2 2 3! 2 2
osc (t )
1 LC j
1 LC jQ (1 m cos t )n
c (1 m cos t )
n 2
1 式中 c 为 0 时的振荡角频率，即调频电路 LC jQ
中心角频率（载波角频率），其值由VQ 控制。
主讲 元辉
高 频 电 子 线 路
由上式可以看出，当变容二极管变容指数n=2时
高 频 电 子 线 路
5.3
5.3.1
直接调频电路
变容二极管直接调频电路
一、变容二极管的特性
变容二极管的符号和结电容 C j 随外加偏压
变化的关系如图5.3.1所示，其表达式为
Cj
(1
C j (0) VB )n
式中： ：为加到变容管两端的电压；
VB ：变容管的势垒电位差（锗管为0.2V，硅管
主讲
图5.3.3 变容二极管结电容随高频 电压变化的特性
元辉
高 频 电 子 线 路
三、变容二极管作为振荡回路部分电容的直接调频电路 为了提高直接调频电路中心频率的稳定性和调制线
性，在直接调频的LC正弦振荡电路中，一般都采用图
C2 是高频滤波电容，对高频容抗很小接近短路，而
对调制频率的容抗很大，接近开路。
C1 为隔直流电容，作用是保证 VQ 和 (t )能有效地加 到变容管上，而不被L短路，因此要求 C1 对高频
接近短路，而对调制频率接近开路。
主讲 元辉
高 频 电 子 线 路
2、高频等效电路 （b）图所示为等效电路。 C j为变容二极管的结电容。
主讲 元辉
高 频 电 子 线 路
在实际调频电路中，加在变容二极管上的电压不 仅有VQ 和 ，还叠加有振荡器产生的高频振荡电
压，如图5.3.3中
虚线所示。高频电 压不仅影响振荡频
率随调制电压
的变化规律，而且 还影响振荡幅度 和频率稳定度等性能， 在实际电路中总是力 求减小加到变容管上 的高频电压。
最大线性角频偏
nmc m 2
m
或相对最大线性角频偏
c
nm 2
rad sV
Байду номын сангаас调频灵敏度
主讲
f m nf c Sf Vm 2(VB VQ )
元辉
高 频 电 子 线 路
二次谐波失真分量的最大角频偏 n n 2 m ( 1)m2c 8 2 中心频率偏离量(这里主要由余弦的平方引起)
由于x<1，式中三次方以上的项可以忽略，并将
x m cos t 代入，可近似为
1 n n osc (t ) c [1 nm cos t ( 1)m 2 cos 2 t ] 2 4 2
主讲 元辉
高 频 电 子 线 路
由该式可得到调频波的线性角频偏为：
nmc nc nc (t ) cos t Vm cos t 2 2(VB VQ ) 2(VB VQ )
c n n ( 1)m 2c 8 2
相应地，调频波的二次谐波失真系数为
kf 2 2 m m n ( 1) m 4 2
中心角频率的相对偏离值 c n ( n 1)m2 c 8 2
主讲 元辉
高 频 电 子 线 路
通过上面的分析知：当n一定，即变容管选定后，相 对最大线性角频偏 m 与m成正比。增大
m
c
m 可以增大
c ，但同时也增大了非线性失真系数 k f 2 和中心角频 c 率的相对偏离值 c 。
或者说，调频波能够达到的最大相对角频偏受非线 性失真和中心频率相对偏离值的限制。
调频波的相对角频偏与m成正比，也即与 Vm
成正比是直接调频电路的一个重要特性。 当m选定，即调频波的相对角频偏一定时，提高 c 可以增大调频波的最大角频偏 m
为0.6V）；
主讲 元辉
高 频 电 子 线 路
n：变容管的变容指数，与PN结的结构有关， 其值为 1 3 ~ 6 。
C j (0) 当加到变容管两端的电压 0 时的结电容；
为了保证变容管在调制信号电压变化范围内保持 反偏，必须外加反偏工作点电压VQ 所以加在变容管 上的总电压为
(VQ )
osc (t ) c (1 m cos t ) c
角频偏 (t ) 实现了线性调频。 当 n 2 时，若
c
VB VQ
c (t )
c
VB VQ
m足够小，
VB VQ
n 2
令 x m cos t
x 1
3、变容二极管的控制电路
图（c）为变容二极管的控制电路。 C1 的作用使 结电容不 受振荡回路的影响。
图5.3.2 变容二极管作为回路总电容的直接调频原理电路
主讲
元辉
高 频 电 子 线 路
4、调频原理分析 由于振荡回路中仅包含一个电感L和一个变容二极管
等效电容 C j，在单频调制信号 (t ) Vm cos t 的作用下 回路振荡角频率，即调频特性方程为
Vm m VQ VB
（即 0 ） 其中 C jQ为加在变容管两端的电压 VQ 时变容管的结电容，即静态工作点处的结电容，
m表示结电容调制深度的调制指数。
主讲 元辉
高 频 电 子 线 路
二、变容二极管作为振荡回路总电容 的直接调频电路 图5.3.2（a）所示电路为LC正弦 波振荡器中的谐振回路。 1、各元件的作用： L1 为高频扼流圈，对高频感抗很大，接近开路， 而对直流和调制频率则接近短路；
且 VQ
主讲
元辉
高 频 电 子 线 路
当 [VQ (t )] [VQ Vm cos t ] 时，
Cj C j (0) (VQ ) VB )
n
C jQ (1 m cos t ) n
(1
式中 C jQ
C j (0) V (1 Q ) n VB