为变容二极管的控制电路。
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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 )
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
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 )
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
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
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
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
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)
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
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 百度文库 3! 2 2
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
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
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。
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
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；
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。
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 )
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
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 )
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
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
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
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
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)
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
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 百度文库 3! 2 2
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
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
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。
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
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；
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。