实验四 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的工作原理。

2、学会测量静态特性曲线，理解动态特性的含义。

3、学会测量调频信号的频偏及调制灵敏度。

4、观察寄生调幅现象。

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)的瞬时频率，使其按调制信息的规律变化。

设调制信号：υΩ(t)= VΩcosΩt，载波振荡电压为：a ( t ) = A o cosωo t

根据定义，调频时载波的瞬时频率ω(t)随υΩ(t)成线性变化，即

ω(t)= ωo + K f VΩcosΩt =ωo + ΔωcosΩt (4-1) 则调频波的数字表达式如下：

a f (t) = A o cos(ωo t+

ΩΩ

V

K

f sinΩt)

或a f (t) = A o cos(ωo t+ m f sinΩt) (4-2) 式中：Δω= K f VΩ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：m f = K f VΩ/Ω= Δω/Ω =Δf / F 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。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4-1所示。

图4-1 变容二极管调频原理电路

变容二极管C j通过耦合电容C1并接在LC N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：

C = C N + C j(4-3)

加在变容二极管上的反向偏压为：

V R = V Q(直流反偏)+υΩ(调制电压)+υo(高频振荡，可忽略)

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C j ～υR 曲线，如图4-2所示。

图4-2 用调制信号控制变容二极管结电容

由图可见：未加调制电压时，直流反偏V Q (在教材称V o 所对应的结电容为C jΩ(在教材中称C o )。当反偏增加时，C j 减小；反偏减小时，C j 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C j ～υR 曲线的线性段，C j 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。

2、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S f 表示，单位为KHZ/V ，即 S f =|Δf| / m u Ω (4-12)

式中，m u Ω为调制信号的幅度(峰值)。

Δf 为变容管的结电容变化ΔC j 时引起的频率变化量，由于变容管部分接入谐振回路，则ΔC j 引起回路总电容的变化量ΔC Σ为

ΔC Σ=p 2ΔC j (4-13)

频偏较小时，Δf 与ΔC Σ的关系可采用下面近似公式，即

∑∑∆⋅-≈∆Q C C f f 210 (4-14)

将式(4-14)代入(4-12)中得m Q f U C C f S Ω∑∑∆⋅=20

(4-15) 式中，∑∆C 为变容二极管结电容的变化引起回路总电容的变化量，为静态时谐振回路的总电容，即Q C Q

C Q C C C C C C ++=∑1 (4-16)

调制灵敏度S f 可以由变容二极管C j-u 特性曲线上Ωu 处的斜率K C 及式(4-15)计算，S f 越大，调制信号的控制作用越强，产生的频偏越大。

三、实验线路

变容二极管调频实验电路 使用12V 供电，振荡器Q101使用3DG12C(9018)，变容管使用Bb910，Q102为隔离缓冲级。

主要技术指标：主振频率f 0=10.7MHZ ，最大频偏Δf m =±20KHZ 。

本实验中，由R101、R102、W101组成变容二极管的直流偏压电路。C102、C103组成变容二极管的不同接入系数。IN101为调制信号输入端，L102、C105、C107、C110、C113，C111和振荡管等组成调频电路。

四、实验内容

（一）测量静态调制特性（v-f 曲线），测量调频灵敏度

1、参照正弦波振荡、变容二极管调频、功放及调频发射模块(连接J10

2、J10

3、J105，断开J10

4、J106、J107、JA1)组成变容二极管调频电路。

2、接通电源调节W101，在变容二极管D101负端用万用表测试电压，使变容二

极管的反向偏压为2.5V。

3、用示波器和频率计在TA101处观察振荡波形，调节C105，使振荡频率为10.7MHZ。刻度：0.1V，0.02us，波形如下图：

4、IN101处用函数信号发生器输入1KHz的正弦信号作为调制信号。信号大小由零慢慢增大，用示波器在TA101处观察振荡波形变化，此时能观测到一条正弦带，波形如下图，刻度：0.1V，0.02us

如果用方波调制则在示波器上可看到两条正弦波。试验中根据不同调制信号幅度得到两组波形，刻度：0.1V，0.02us，波形如下：

可看出这两条正弦波之间的相差随调制信号幅度大小变化而变化。

5、静态调制特性测量

①在无调制信号输入的情况下，调节电位器W101，使加在变容二极管上的直流偏置电压方分别为1V，2V，3V，4V，5V，6V，7V，8V，并相应测量电路输出信号的频率。

②根据测量的数据，绘出U-f曲线。

6、测量调频灵敏度

①在无调制信号输入的情况下，调节电位器W101，使输出信号频率振荡在中心频率f0=10.7MHz上，并测出此时A点的直流电压U a=2.5 V。

②在无调制信号输入的情况下，调节电位器W101，使A点的直流电压在U a的基础上改变U=±1V，并测量相应的输出信号频率f1和f2，灵敏度=Δf/ΔU。

U1=1.5V，U2=3.5V。此时测量相应的输出信号频率，得f1=10645kHz，f2=10765kHz。