变容二极管直接调频电路要点
变容二极管直接调频电路
只有在 2 时为理想线性调制，可得到输出信号是一调频波，其余 都是非线性。因此，在变容管作为振荡回路总电容的情况下，必须 选用 2 的超突变结变容管。否则，频率调制器产生的调频波不仅 出现非线性失真，而且还会出现中心频率不稳定的情况。
小结：
本节课我们主要给大家讲解了变容二极管的直接调频电 路，通过学习，可知其工作原理如下：
近开路。为防止振荡回路L对UQ和短路，必须在变容二极管和L之间加入隔直电容 C1和C2，它们对于高频接近短路，对于调制频率接近开路。综上所述，对于高频 而言，由于L1开路、C3短路，可得高频通路，如图（b）所示。
3.原理电路
C1
L Cj C2
L1
uΩ C3
UQ
L Cj
L1
Cj
uΩ
UQ
(a)
(b)
(c)
UQ
L Cj
L1
Cj
uΩ
UQ
(a)
(a)原理电路
(b)
(c)
(b)高频振荡通路 (c)低频控制电路
将变容二极管接入LC正弦振荡器的谐振回路中(VCO),图(a)原理电路中 ，L和变容二极管组成谐振回路，虚方框为变容二极管的控制电路。UQ用来 提供变容二极管的反向偏压，其取值应保证变容二极管在调制信号电压的变 化范围内，始终工作在反向偏置状态，同时还应保证由UQ值决定的振荡频 率等于所要求的载波频率。通常调制电压比振荡回路的高频振荡电压大得多 ，所以变容二极管的反向电压随调制信号变化，即
将调制信号作为压控振荡器的控制电压，直接控制主振荡 回路元件的变容二极管 Cj 的值，使其产生的振荡频率随调制 信号规律而变化，从而实现直接调频的目的。
通信技术专业教学资源库 四川信息职业技术学院
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。
高频实验八 变容二极管调频实验报告
实验八 变容二极管调频实验一 实验目的1. 进一步学习掌握频率调制相关理论。
2. 掌握用变容二极管调频振荡器实现FM 的电路原理和方法。
3. 理解变容二极管静态调制特性、动态调制特性概念并掌握测试方法。
二、实验使用仪器1．变容二极管调频振荡电路实验板 2．100MH 泰克双踪示波器 3. FLUKE 万用表 4. 高频信号源三、实验基本原理与电路1. 变容二极管调频原理变容二极管的调频原理可用图8-1说明。
变容二极管的电容C 和电感L 组成LC 振荡器的谐振电路，其谐振频率近似为 LCf π21=。
在变容二极管上加一固定的反向直流偏压U 偏和调制电压U Ω（图ａ），则变容二极管的结电容C 将随调制信号U Ω的幅度变化而变化 ，通过二极管的变容特性（图ｂ）可以找出结电容C 随时间的变化曲线（图ｃ）。
此电容C 由两部分组成，一部分是0C ，由反向直流偏压U 偏决定，为固定值；另一部分是变化的电容，由调制电压U Ω的幅度决定，可以表示为t C m Ωcos ，其中Ω为调制信号的频率。
m C 是电容变化部分的幅度，则有C ＝0C 十t C m Ωcos 将C 代入f 的公式，化简整理可得f f t C C f f f m ∆+=Ω⋅-=0000cos 21式中 f ∆=021f -t C C mΩcos 00f 是0=m C 时，由电感L 和固定电容0C 所决定的谐振频率，称为中心频率，021LC f π=。
f ∆是频率的变化部分，而21C C f m是频率变化部分的幅值，称为频偏。
式中的负号表示当回路电容增加时，频率是减小的。
我们还可通过图8-1（C ）及图（D ）（L 固定，f 与C 成反比曲线）找出频率和时间的关系。
比较图（a ）及图（e ），可见频率f 是随调制电压Ωu 的幅度变化而变化，从而实现了调频。
f f图8-1 变容二极管调频原理3. 变容二极管调频实验电路变容二极管调频实验电路如图8-2。
可采用变容二极管晶体直接调频电路
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 元辉
四、电路实例分析
高 频 电 子 线 路
用在卫星通信地面站调 频发射机中。
图5.3.6 140 MHz的变容管作回路总电容的直接调频电路
主讲
元辉
高 频 电 子 线 路
调频电路的高频通路、变容管的直流通路和音频控 制电路分别如图(b)、(d)、(c)所示。
注意： 画高频通路时，忽略了接在集电极上的75Ω小电阻。 画音频控制通路时，忽略了直流通路中的各个电阻。 由图(b)高频通路知，这是一个变容二极管作回路总电
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
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。
变容二极管直接调频电路的仿真分析
变容二极管直接调频电路的仿真分析
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
黄丽贤 兰州交通大学电子与信息工程学院
致富eriodical_zfsd-x201009205.aspx
万方数据
图三ＦＭ波的波形（红色）与调制信号（蓝色）的波形
调频波的瞬时频率的变化也可显示出来。同样，其他的调频
或鉴频电路也可仿真实现。
二、结束语
Ｉ蛊
变容二极管直接调频电路的仿真分析验证了理论的正蚕
确性。通过对电路输出调频波的观察，不仅可以加深初学主
型生—————～》 者对变容二极管调频电路的理解，而且也提高了对调频电路主
（一）变容二极管
容二极管。
变容二极管是一种特殊的二极管，其结电容随外加反向电 压的变化而变化。变容二极管两端对外呈现的电容量与变容二
极管两端的反向电压的关系曲线如下：
０ｊ ／ ｌ
／ 、
图二Ｍｕｌｔｉｓｉｍ界面上的变容二极管直接调频电路 通过理论的分析，可以得到输出的调频波。实际电路输出波 形通过ＭｕｌｔｉｓｉｍｌＯ软件提供的示波器，如图三所示。
路。它是利用变容二极管反时所呈现的可变电容特性实现调频 地频偏，其缺点是中心频率稳定度较低。图二给出了变容二极管
的，具有工作频率高，固有损耗小等特点。 一、变容二极管直接调频电路的仿真分析
直接调频实现电路。图中Ｖ１为变容二极管直接调频电路直流电 源；Ｖ２为调制信号；Ｖ４为变容二极管的直流偏置电源。Ｄｌ为变
图一 变容二极管的电容量与反向电压的关系 （二）变容二极管调频原理 直接调频就是用调制信号去控制振荡器的工作状态，改变 其振荡频率，以产生调频信号。例如，被控电路是Ｌｃ振荡器，那 么ＬＣ振荡器的振荡频率主要ＬＣ振荡回路的电感Ｌ与电容Ｃ 的数值决定。若在ＬＣ振荡回路中加入可变电抗，用低频调制信 号去控制可变电抗的参数，即可产生振荡频率随调制信号变化 的调频波。变容二极管调频就是用调制信号控制变容二极管的 电容，变容二极管通常接在ＬＣ振荡器的电路中作为随调制信号 变化的可变电容，从而使振荡器的频率随调制信号的变化而变 化。达到调频的目的。 （三）仿真分析 变容二极管是一种电压控制的可变可控电抗元件。利用它 的结电容随反向电压而变化这一特性，可以很好地实现调频。变 容二极管调频电路在移动通信和自动频率微调系统中广泛应
变容二极管调频实验报告(高频电子线路实验报告)
变容二极管调频实验一、实验目的1、掌握变容二极管调频电路的原理。
2、了解调频调制特性及测量方法。
3、观察寄生调幅现象，了解其产生及消除的方法。
二、实验内容1、测试变容二极管的静态调制特性。
2、观察调频波波形。
3、观察调制信号振幅时对频偏的影响。
4、观察寄生调幅现象。
三、实验仪器1、信号源模块1块2、频率计模块1块3、 3 号板1块4、双踪示波器1台5、万用表1块6、频偏仪（选用）1台四、实验原理及电路1、变容二极管工作原理调频即为载波的瞬时频率受调制信号的控制。
其频率的变化量与调制信号成线性关系。
常用变容二极管实现调频。
变容二极管调频电路如图1所示。
从P3处加入调制信号，使变容二极管的瞬时反向偏置电压在静态反向偏置电压的基础上按调制信号的规律变化，从而使振荡频率也随调制电压的规律变化，此时从P2处输出为调频波（FM）。
C15为变容二级管的高频通路，L2为音频信号提供低频通路，L2可阻止外部的高频信号进入振荡回路。
本电路中使用的是飞利浦公司的BB910型变容二极管，其电压-容值特性曲线见图12-4，从图中可以看出，在1到10V的区间内，变容二极管的容值可由35P到8P左右的变化。
电压和容值成反比，也就是TP6的电平越高，振荡频率越高。
图2表示出了当变容二极管在低频简谐波调制信号作用情况下，电容和振荡频率的变化示意图。
在（a ）中，U 0是加到二极管的直流电压，当u ＝U 0时，电容值为C 0。
u Ω是调制电压，当u Ω为正半周时，变容二极管负极电位升高，即反向偏压增大；变容二极管的电容减小；当u Ω为负半周时，变容二极管负极电位降低，即反向偏压减小，变容二极管的电容增大。
在图（b ）中，对应于静止状态，变容二极管的电容为C 0，此时振荡频率为f 0。
因为LCf π21=，所以电容小时，振荡频率高，而电容大时，振荡频率低。
从图（a ）中可以看到，由于C-u 曲线的非线性，虽然调制电压是一个简谐波，但电容随时间的变化是非简谐波形，但是由于LCf π21=，f 和C 的关系也是非线性。
调频电路,变容二极管
变容二极管一、实验目的1.了解变容二极管调频器的电路结构与电路工作原理2.掌握调频器的调制特性及其测量方法3.观察寄生调幅现象和了解其产生的原因及其消除方法 二、实验预习要求实验前，预习“电子线路非线性部分”第5章：角度调制与解调电路；“高频电子线路”第八章：角度调制与解调；“高频电子技术”第9章：角度调制与解调—非线性频率变换电路等有关章节的内容。
三、实验原理1.变容二极管直接调频电路：变容二极管实际上是一个电压控制的可变电容元件。
当外加反向偏置电压变化时，变容二极管PN 结的结电容会随之改变，其变化规律如图3-1所示。
图3-1变化规律直接调频的基本原理是用调制信号直接控制振荡回路的参数，使振荡器的输出频率随调制信号的变化规律呈线性改变，以生成调频信号的目的。
若载波信号是由LC 自激振荡器产生，则振荡频率主要由振荡回路的电感和电容元件决定。
因而，只要用调制信号去控制振荡回路的电感和电容，就能达到控制振荡频率的目的。
¿¿¿¿¿¿若在LC 振荡回路上并联一个变容二极管，如图3-2所示，并用调制信号电压来控制变容二极管的电容值，则振荡器的输出频率将随调制信号的变化而改变，从而实现了直接调频的目的。
2.电容耦合双调谐回路相位鉴频器：相位鉴频器的组成方框图如3-3示。
图中的线性移相网络就是频—相变换网络，它将输入调频信 号u1 的瞬时频率变化转换为相位变化的信号u2，然后与原输入的调频信号一起加到相位检波器，检出反映频率变化的相位变化，从而实现了鉴频的目的。
图3-4的耦合回路相位鉴频器是常用的一种鉴频器。
这种鉴频器的相位检波器部分是由两个包络检波器组成，线性移相网络采用耦合回路。
为了扩大线性鉴频的范围，这种相位鉴频器通常都接成平衡和差动输出。
图3-4 耦合回路相位鉴频器图3-5（a ）是电容耦合的双调谐回路相位鉴频器的电路原理图，它是由调频—调相变换器和相位检波器两部分所组成。
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。
变容二极管直接调频电路
变容二极管直接调频电路介绍在现代通信中，频率调制是一项非常重要的技术。
变容二极管直接调频电路是一种常见的实现电路。
在本文中，我们将详细讨论这种电路的原理、实现、优点和应用。
原理在传统的电压控制振荡器（VCO）中，我们使用电容/电感对电路进行调节。
而在变容二极管直接调频电路中，我们使用变容二极管代替了电容。
变容二极管的容量可以通过控制二极管的偏置电压来调节。
由于变容二极管的容量是可变的，因此我们可以通过这种方式来调节电路的频率。
变容二极管直接调频电路通常由三个元件组成：一个可变电容二极管、一个晶体振荡器（或其他振荡器类型）、和一个偏置电压源。
当我们改变二极管的偏置电压时，二极管的容量也会随之改变，从而调节了振荡器的频率。
这种电路的原理相对简单，但实现情况需要非常精准和稳定的电源，因此需要仔细设计和测试。
实现变容二极管直接调频电路的实现相对简单，通常由两部分组成：一个变容二极管和一个固定电容。
变容二极管可以使用 MMBD914 之类的常见部件，而固定电容则是一个普通的电容器，其容量需要根据具体应用来进行选择。
同样的，振荡器的类型也需要根据具体应用来选择，常见的选择有晶体振荡器和无源振荡器。
实现时需要注意的是，变容二极管的偏置电压需要非常稳定。
如果电压不稳定，会导致电路的频率不稳定，甚至无法工作。
因此在实际应用中，我们通常会使用稳压器来稳定电压，以确保电路的稳定性和可靠性。
优点相比于传统的电压控制振荡器，变容二极管直接调频电路具有以下优点：1.精度更高：变容二极管的容量可以精确地通过偏置电压来调节。
2.频率范围更广：由于变容二极管可以调节的范围更广，因此变容二极管直接调频电路的频率范围也会更广。
3.更简单：传统电压控制振荡器需要电容/电感对电路进行调节，而变容二极管直接调频电路直接使用变容二极管进行调节，因此更加简单。
4.更便宜：由于变容二极管是常见部件，因此变容二极管直接调频电路的成本比传统电压控制振荡器更低。
实验四变容二极管调频器
T4
J3
混频输出
J4
中波输入
LED2 LED1
7
J9 模拟乘法器混频
TH7
TH8
TH9
●●● F2
射G频ND输 入 （ D D S 信U号1 源 提 供 ）TH6
fs=5.5MHz VsP-P=300mV
J8
本振 输入
J7
射频 输入
四、实验步骤(1)
1、输入本振信号：用实验箱的信号源做本振信号， 将频率fL=10MHz（幅度VLP-P＝600mV左右）的本 振信号从J8处输入(TH7处测试)，
二．为了实现混频功能，混频器件必须工作在非线性状态，而作用在混频器上的除了输入信号电压 VS和本振电压VL外，不可避免地还存在干扰和噪声。它们之间任意两者都有可能产生组合频率， 这些组合信号频率如果等于或接近中频，将与输入信号一起通过中频放大器、解调器，对输出级产 生干涉，影响输入信号的接收。
三．干扰影响最大的是中频干扰和镜象干扰。
一、实验目的
二、实验内容
一．了解集成混频器的工作原理； 二．了解混频器中的寄生干扰。 三．研究平衡混频器的频率变换过程； 四．研究平衡混频器输出中频电压Vi与输入本振电压的关系； 五．研究平衡混频器输出中频电压Vi与输入信号电压的关系； 六．研究镜象干扰。
三、实验 原理
R7 1K
+12
R10 1K
设回路电感为L，回路的电容是变容二极管
的电容C（暂时不考虑杂散电容及其它与变
容二极管相串联或并联电容的影响），则
振荡频率为
f 1
2 LC
实验步骤--静态调制特性测量
VD1(V) 2 2.5 3 4 5 6 7 10 11
F0(MHz)
实验八 变容二极管调频电路
实验八 变容二极管调频电路一、实验目的1． 进一步学习掌握频率调制相关理论。
2． 掌握用变容二极管调频振荡器实现FM 的方法。
3. 理解静态调制特性、动态调制特性概念和测试方法。
二、实验使用仪器1．变容二极管调频电路实验板2．谱分析仪、低频信号源、100MHz 双踪示波器、万用表 三、实验基本原理与电路1. 变容二极管调频原理变容二极管的调频原理可用图8-1所示。
在变容二极管上加一固定的反向直流偏压ＵR和调制电压Ωu （图ａ），则变容二极管电容量j C 将随Ωu 改变，通过二极管的变容特性（图ｂ）可以找出电容Ｃ随时间的变化曲线（图ｃ）。
此电容Ｃ由两部分组成，一部分是0C 为固定值；另一部分近似为t C m Ωcos ，为变化值，m C 是变化部分的幅度，则有t C C C m j j Ω+=cos 0 （8-1）将变容二极管接入振荡器的谐振回路，若调制信号的幅度不大，即在窄带调制时，可实现线性调频。
ff图8-1 变容二极管调频原理3. 变容二极管调频实验电路变容二极管调频实验电路如图8-2，置于本实验讲义末。
实验电路的交流谐振回路如图8-3（a ）。
若65C C <<、75C C <<、2C C j <<，则图8-3（a ）可近似为图7-4（b ）。
四、实验内容1．变容二极管调频静态调制特性测试。
2．变容二极管调频动态调制特性测试。
3．变容二极管的Cj ～V 特性曲线的测量。
五、实验步骤1．变容二极管调频静态调制特性测试在实验箱主板上插上变容二极管调频实验电路模块。
接通实验箱上电源开关，电源指标灯点亮。
断开J2，连接J1。
调整电位器RW1，在测试点TP2测电压为+5V ，即变容二极管的反向偏压为-5V 。
连接J1、J2。
调整微调电容CV1、电位器RW2、RW3在TP3得到频率为10.7MHz 的最大不失真正弦信号（频率由OUT 端测试）。
调整RW1，改变变容二极管两端的反向电压V D ，测量变容二极管调频实验电路的输出频率，得到变容二极管调频静态调制特性。
变容二极管调频电路
变容二极管调频电路实现调频的法很多，大致可分为两类，一类是直接调频，另一类是间接调频。
直接调频是用调制信号电压直接去控制自激振荡器的振荡频率〔实质上是改变振荡器的定频元件〕，变容二极管调频便属于此类。
间接调频那么是利用频率和相位之间的关系，将调制信号进展适当处理〔如积分〕后，再对高频振荡进展调相，以到达调频的目的。
两种调频法各有优缺点。
间接调频器间接调频的优点是载波频率比拟稳定，但电路较复杂，频移小，且寄生调幅较大，通常需屡次倍频使频移增加。
对调频器的根本要调频频移大，调频特性好，寄生调幅小。
调频器广泛用于调频播送、电视伴音、微波通信、锁相电路和扫频仪等电子设备直接调频的稳定性较差，但得到的频偏大，线路简单，故应用较广；间接调频稳定性较高，但不易获得较大的频偏。
常用的变容二极管直接调频电路如图Z0916〔a〕所示。
图中D为变容二极管，C2、L1、和C3组成低通滤滤器，以保证调制信号顺利加到调频级上，同时也防止调制信号影响高频振荡回路，或高频信号反串入调制信号电路中。
调制级本身由两组电源供电。
对高频振荡信号来说，L1可看作开路，电源EB的交流电位为零，R1与C3并联；如果将隔直电容C4近似看作短路，R2看作开路，那么可得到图〔b〕所示的高频等效电路。
不难看出，它是一个电感三点式振荡电路。
变容二极管D的结电容Cj，充当了振荡回路中的电抗元件之一。
所以振荡频率取决于电感L2和变容二极变容二极管的正极直流接地〔L2对直流可视为短路〕，负极通过R1接+EB，使变容二极管获得一固定的反偏压，这一反偏压的大小与稳定，对调频信号的线性和中心频率的稳定性及精度，起着决定性作用。
对调制信号来说，L2可视为短路，调制信号通过隔直流电容C1和L1加到变容二极管D的负极，因此，当调制信号为正半时，变容二极管的反偏电压增加，其结电容减小，使振荡频率变高；调制信号为负半时，变容二极管的反偏压减小，其结电容增大，使振荡频率变低。
变容二极管调频电路设计
变容二极管调频电路设计在无线通信领域中，调频（Frequency Modulation，FM）是一种重要的调制技术。
其中，变容二极管（Varactor Diode）作为一种非线性元件，具有调节容值的特性，被广泛应用于调频电路中。
本文将介绍变容二极管调频电路的设计原理、电路结构以及性能优化方法。
一、变容二极管调频电路的设计原理在FM调频电路中，变容二极管的作用是通过改变电容值来实现对频率的调节。
通过调节电容值，可以改变电路中LC振荡器的频率。
变容二极管的电容-电压关系可以近似为：C=C0*(1-(V/Vr)^m)其中，C是变容二极管的电容值，C0是基准电容值，V是变容二极管的偏置电压，Vr是反向偏置电压，m是非线性指数。
通过调节V，可以改变C的数值。
二、变容二极管调频电路的结构变容二极管调频电路由变容二极管、电感器（Inductor）、电容器（Capacitor）和其他辅助元件组成。
其中，电感器和电容器组成LC振荡器，负责产生基准频率信号。
变容二极管则负责调节LC振荡器的频率。
___________________，RFIN---，，，----RFOUTLC，C1---，___，_______C2在上图中，RFIN表示输入射频信号，RFOUT表示输出射频信号。
C1和C2分别是包含变容二极管的电容器，LC是包含电感器和电容器的LC振荡器。
三、变容二极管调频电路的性能优化方法为了获取更好的调频性能，可以采取以下方法进行优化。
1.变容二极管的选择：选择具有较大非线性指数m的变容二极管，以实现更大的频率调节范围。
2.变容二极管的偏置电压控制：通过改变变容二极管的偏置电压，可以改变其电容值，从而实现频率的调节。
可以使用控制电压的变压器来实现对偏置电压的精确控制。
3.LC振荡器的设计：选择合适的电感器和电容器，以满足所需要的振荡频率范围。
4.封装和散热设计：为了保证电路的稳定性和长期可靠性，需要对变容二极管进行良好的封装和散热设计，以提供良好的工作环境和散热条件。
231变容二极管课题三高频调频技术直接调频课件
• 石英晶体振荡回路具有振荡中心频率十分 稳定，载波频率飘移小的优点，但晶体的 调制频偏小，为提高调频频偏，后级连接 12倍频电路使发射频率倍频到229.56MHz (19.130 MHz×12=229.56MHz)。倍频后， 不仅提高了载频频率，调制频偏也扩大了 12倍。
例题
二、直接调频电路
• 调频与调相都使瞬时相位、瞬时频率发生变化， 因此，调频与调相可以相互转化，但在模拟信号 的角度调制中，调频调制应用更广，这里主要学 习调频电路。调频电路通常分为直接调频电路和 间接调频电路，直接调频是利用调制信号直接控 制振荡器的振荡频率而实现的调频方法。常用的 直接调频电路有变容二极管(或电抗管)调频电路、 晶振调频电路、集成调频电路等。
• 由式(2.3.21)可以看出，如果对调频器的调制线性没有 要求， n值愈大，调制灵敏度越高。因此，选用n值大的变 容管，电路不外接串联或并联固定电容，就可以获得较高 的调制灵敏度。
四、实验步骤
• 1.静态调制特性测量(参见模块二课题一 图2-1-20，图2-1-21 )
• 将电路接成压控振荡器， J2端不接音频信 号，将频率计接于J1处，调节电位器W1， 记下变容二极管D1、D2两端电压和对应 输出频率，并记于下表中。
• (2)电路实例 • 图2-3-偏置直流) 通过22μH电感加在变容二极管两端，控制 变容二极管容量使振荡器频率随低频调制 信号电压变化。
• 电路的基础是电容三点式正弦振荡器，如 图2-3-6 ( b)为振荡部分交流等效电路，通 过电感耦合输出调频信号。
1、变容二极管调频器获得线性调制的条件
• 了获得线性调制，频率振荡应 该与调制电压成线性关系，用 数学表示为：
变容二极管调频电路原理图
变容二极管调频电路原理图
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6-1 所示。
变容二极管Cj 通过耦合电容C1 并接在LCN 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 = CN + Cj （6-3）
振荡频率为：
加在变容二极管上的反向偏压为：
VR = VQ（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
Cj ～υR 曲线，如图6-2 所示。
由图可见：未加调制电压时，直流反偏VQ（在教材称VO）所
对应的结电容为
CjΩ（在教材中称CO）。
当反偏增加时，Cj 减小；反偏减小时，
Cj 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Cj ～υR 曲
线的线性段，Cj 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。
我们再回到图6-1，并设调制电压很小，工作在Cj ～υR 曲线
的线性段，暂不考
虑高频电压对变容二极管作用。
设υR = VQ + VQ cosΩt （6-5）
由图6—2（c）可见：变容二极的电容随υR 变化。
即：Cj=CjQ —CmcosΩt （6-6）
由公式（3）可得出此时振荡回路的总电容为C′= CN + Cj =
CN + CjQ —CmcosΩt。
变容二极管的直接调频原理
变容二极管的直接调频原理
变容二极管是一种通过调节二极管的反向偏压来改变其导通状态的器件。
在二极管正向电压下，二极管处于导通状态，电流可以通过二极管。
而在二极管反向电压下，当电压达到某一临界值时，二极管将处于截止状态，阻止电流通过。
根据直接调频原理，当二极管处于反向偏压状态时，其截至电压与电容的电压有关。
通过调节二极管的反向偏压，可以改变二极管的导通或截止状态，实现对信号频率的调节。
具体来说，当二极管的反向偏压较大时，二极管处于截止状态，导致输入信号无法通过二极管。
而当反向偏压较小时，二极管处于导通状态，输入信号可以通过二极管。
通过对二极管的反向偏压进行精确控制，可以实现对信号频率的调节。
变容二极管的直接调频原理可以用于实现频率调制、解调、混频等信号处理功能，常见于无线通信、广播等领域。
变容二极管调频
10pF
20pF
(a) 图8-11 变容管直接调频实例
(b)
由振荡器的等效电路可见，这是电容三点式电路，
变容管部分接入振荡回路，它的固定反偏电压由+9V电源
经电阻56k和22k分压后取得，调制信号v经高频扼流 圈47H加至变容管起调频作用。图中各个1000pF电容对高 频均呈短路作用，振荡管接成共基极组态。
2
2
由以上各式可知，若选取=1，则二次、三次非线性失 真以及中心频率偏移均可为零。
CC CC C (t ) C C CC 1 m cos t C0 C0 C0 当 CC CC 时上式近似为 m cost 1 C0 C0 2 CC C0 C (t ) m cost CC 2 (1 ) C0
2
CC
通常 CC (m, ) 1 CC 成立
C0 C0
则
C C C0 C(t ) (m, ) C (1 C ) 2 C0
2
(8-33)
说明了振荡回路电容的变化量△C(t)与调制信号 [体现在函数 (m, ) 中]之间的关系
根据频率稳定度的概念可知，当<<0时
CC C j
Cc (8-32) Cc C 1 (1 m cost ) 1 c C0 C0 （ 1 m cos t ） 从上式看出，△C(t)中与时间有关的部分是 。 将其在 m cos t =0附近展开成泰勒级数（参看附录8.1）,得
图中 C (t ) C (t ) C
f 1 C L 1 C 2 C L 2 C (8-34) f0 0
式中0是未调制时载波角频率；C是调制信号为零时的回路 总电容。 由于△C/C很小，所以f/ f很小，属于小频偏的情况 调频时，△C随调制信号变化，因而△f随时间变化，以 △f（t）表示 f(t)=Kf0[A0+A1cost+A2cos2t+……] =f0+f1+f2+f3+…… (8-35)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2012 ~2013学年第1 学期《高频电子线路》课程设计报告题目：变容二极管直接调频电路的设计专业：电子信息工程班级： 10信息（2）班电气工程系2012年12月17日1、任务书课题名称变容二极管直接调频电路的设计指导教师（职称）执行时间2012~2013学年第二学期第16 周学生姓名学号承担任务设计目的1．原理分析及电路图设计2．用相关仿真软件画出电路并对电路进行分析与测试设计要求(1)输入1KHz大小为200Mv的正弦电压（也可以用1KHz的方波）；(2)主振频率为f0大于15MHz；(3）最大频偏△fm= 20KHz。
变容二极管直接调频电路的设计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。
关键字：变容二极管；直接调频；LC振荡电路。
变容二极管直接调频电路的设计目录第一章设计思路 (1)第二章调频电路工作原理 (2)2.1 间接调频原理 (2)2.2 直接调频原理 (2)2.3 变容二极管直接调频原理 (2)第三章电路设计 (5)3.1 主振电路设计原理分析 (5)3.2 变容二极管直接调频电路设计原理分析 (6)第四章电路元器件参数设置 (8)4.1 LC震荡电路直流参数设置 (8)4.2 变容管调频电路参数设置 (8)4.3 T2管参数设置 (8)5.1 mulitisim11软件介绍 (9)5.2 电路仿真 (9)小结 (12)附录一元器件清单 (13)附录二参考文献 (14)第一章设计思路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，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。
第二章调频电路工作原理频率调制是对调制信号频谱进行非线性频率变换，而不是线性搬移，因而不能简单地用乘法器和滤波器来实现。
实现调频的方法分为两大类：直接调频法和间接调频法。
2.1 间接调频原理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。
2.2 直接调频原理用调制信号直接控制振荡器的瞬时频率变化的方法称为直接调频法。
如果受控振荡器是产生正弦波的LC 振荡器，则振荡频率主要取决于谐振回路的电感和电容。
将受到调制信号控制的可变电抗与谐振回路连接，就可以使振荡频率按调制信号的规律变化，实现直接调频。
可变电抗器件的种类很多，其中应用最广的是变容二极管。
作为电压控制的可变电容元件，它有工作频率高、损耗小和使用方便等优点。
具有铁氧体磁芯的电感线圈，可以作为电流控制的可变电感元件。
此外，由场效应管或其它有源器件组成的电抗管电路，可以等效为可控电容或可控电感。
直接调频法原理简单，频偏较大，但中心频率不易稳定。
在正弦振荡器中，若使可控电抗器连接于晶体振荡器中，可以提高频率稳定度，但频偏减小。
2.3 变容二极管直接调频原理变容二极管具有PN结，利用PN结反向偏置时势垒电容随外加反向偏压变化的机理，在制作半导体二极管的工艺上进行特殊处理，以控制半导体的掺杂浓度和掺杂分布，可以使二极管的势垒电容灵敏地随反偏电压变化且呈现较大的变化，这样就制作成了变容二极管。
变容二极管的结电容Cj，与在其而端所加反向电压u之间存在着如下关系：nB Vu Cj Cj ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=10 (Ⅰ)式中，V B 为PN 结的势垒位差(硅管约为0.7V,锗管约为0.3V)，C j0为变容二极管在零偏置时的结电容值，n 为变容二极管的结电容变化指数，它取决于PN 结的杂质分布规律：n=1/3对于缓变结，扩散型管多属此种； n=1/2为突变结，合金型管属于此类。
采用特殊工艺制程的超突变结的n 在1～5之间。
变容二极管的结电容变化曲线如所示。
图2.1 变容二极管的Cj-u 特性曲线加到变容二极管上的反向电压包括直流偏压V0和调制信号电压V Ω(t)= V Ωcos Ωt ，即t cos V V m Q ΩΩΩ+=+=V V u Q ……………………………………（Ⅱ） 将式（Ⅱ）带入（Ⅰ），得()nQ m V Cj Cj -+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫⎝⎛++=t cos 1Cj t cos V V V 11VV 1Cj V t cos 1Q nB Q mnB Q 0nB 0ΩΩΩΩ式中，nB Q Q V V Cj Cj ⎪⎭⎫ ⎝⎛+=10为静态工作点的结电容，()Q mB QmV V V Ω≈+=VV m Ω为反映结电容调深度的调制指数。
结电容在u(t)的控制下随时间的变化而变化。
把受到调制信号控制的变容二级管接入载波振荡器的振荡回路，则振荡回路的频率已收到调制信号的控制。
适当选择调频二极管的特性和工作状态，这样就实现了调频。
设电路工作在线性调制状态，在静态工作点Q 处，曲线的斜率为V C k ΔΔC =。
第三章 电路设计变容二极管调频电路主要是由主振电路和变容二极管直接调频电路构成，电路如图所示。
C 14100n FC9100pFC10330pFC82330pFC724pFC330pFC1233pF C1310nFR42kΩR51kΩR615kΩR78.2kΩR23.9kΩR3180kΩR120kΩR88.2kΩR910kΩR101.5kΩC14.7uF W220kΩKey=A 50%CC1100pFKey=A50%W15kΩKey=A50%L41.2uH L147uH Key=A 50%D1BB910V112 VC85pF21C1110nF8XFG1XSC1A BExt Trig++__+_Q12N3391Q22N339110121459616181303图 3.1 总体电路图3.1 主振电路设计原理分析端口通过滤直电容C82输入频率为1KHz 大小为200mv 的调制信号，并且频率由零慢慢增大，端口12输出调频信号。
T1,T2为3DG12C 三极管，C9、C10、C7、L4、CC1、C8为主振回路，D1为Bb910变容二极管。
为了减小三极管的极间电容Cce 、Cbe 、Ccb 这些不稳定电容对振荡频率的影响，要求C9>C7,C10>C7，且C7越小，这种影响就越小，回路的标准性也就越高。
则回路的谐振频率是Cf o L 21π本电路采用常见的电容三点式振荡电路实现LC 振荡，简便易行。
式中，L 为LC 振荡电路的总电感量，C 为振荡电路中的总电容，主要取决于C3、C7、C8、Cc1及变容二极管反偏时的结电容Cj 。
，变容二极管电容Cj 作为组成LC 振荡电路的一部分，电容值会随加在其而端的电压的变化而变化，从而达到变频的目的。
R4、R5、R6、R7和W2调节并设置电容三点式振荡器中T1管的静态工作点，R8、R9、R10调节并设置T2管的静态工作点，C7、C9、C10以及L4、CC1、C8构成LC 振荡电路。
电容三点式振荡器电路等效电路如下图所示。
T33DG12CC9100pFC10330pFL 1.2uH 6117图3.2 电容三点式振荡器等效电路3.2 变容二极管直接调频电路设计原理分析图3.1中，直接调频电路由变容二极管(Bb910)D1，耦合电容C1、C3、C82，偏置电阻R1、R2，隔离电阻R3和电位器W1构成。
接入系数Cj C C p +=33，（C3由不同电容值的电容代替，保证接入系数不同）其中等效电路图如下图所示。
LCaCJC3213图3.3 变容二极管部分接入等效图无调制时，谐振回路的总电容为：式中()718C CC C Ca +=，（由于C9和C10电容值远大于C7,C9和C10可串联忽略） CQ 为静态工作点是所对应的变容二极管结电容。
调频电路中，R1、R2、R3和W1调节并设置变容二极管的反偏工作点电压VQ ，，调制信号v Ω经C82和高频扼流圈L1加到二极管上。
为了使VQ 和v Ω能有效的加到变容管上，而不至于被振荡回路中L4所短路，须在变容管和L4之间接入隔直流电容C3，要求它对高频接近短路，而对调制频率接近开路。
C1为高频滤波电容，要求它对高频的容抗很小，近似短路，而对调制频率的容抗很大，近似开路。
信号V Ω从端口通过C82输入，C82Q3Q3Q C C C C C C a ++=∑为隔直电容，滤除输入信号中掺杂的直流成分。
电感L1为高频扼流圈，要求它对高频的感抗很大，近似开路，而对直流和调制频率近似短路。
对高频而言，L1相当于断路，C3相当于短路，因而C3和二极管D1接入LC振荡电路，并组成振荡器中的电抗分量，等效电路如下左图所示。
对直流和调制频率而言，由于C3的阻断，因而VQ和vΩ可以有效的加到变容管上，不受振荡回路的影响，等效电路如下右图所示。
LCaCJC3213D1VΩVQ213图3.4 高频通路图3.5 直流和调制频率通路第四章 电路元器件参数设置4.1 LC 震荡电路直流参数设置ICQ 一般为1～4mA 。
若ICQ 偏大，振荡幅度增加，但波形失真加重，频率稳定性变差。