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：

)(21

21

j 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。

由图可见：未加调制电压时，直流反偏Q V （在教材称0V ）所对应的结电容

为Ωj C （在教材中称0C ）。当反偏增加时，j C 减小；反偏减小时，j C 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j C ～R υ曲线的线性段，j C 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4-2 用调制信号控制变容二极管结电容

回到图4-6—1，并设调制电压很小，工作在j C ～R υ曲线的线性段，暂不考

虑高频电压对变容二极管作用。

设 t V V Q Q R Ω+=cos υ （4-5）

由图4-6—2（c ）可见：变容二极的电容随υR 变化。

即： t C C C m jQ j Ω-=cos （4-6-4-6）

由公式（3）可得出此时振荡回路的总电容为

t C C C C C C m jQ N j N Ω-+=+='cos

由此可得出振荡回路总电容的变化量为：

()t C C C C C C m j jQ N Ω-=∆=+-'=∆cos

（4-4-7）

由式可见：它随调制信号的变化规律而变化，式中m C 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C ∆时，振荡频率也会产生f ∆的变化，其关系如下：

图4-3 Cj 部分接入回路 C C f f ∆•≈∆210 （4-4-8）

式中，是0f 未调制时的载波频率；0C 是调制信号为零时的回路总电容，显

然

jQ N o C C C +=

由公式（4-4）可计算出0f （调频中又称为中心频率）。

即： )(210jQ N C C L f +=

π

将（4-4-7）式代入（4-4-8）式，可得： t f t C C f t f m Ω∆=Ω=∆cos cos )/(21)(00

（4-4-9）

频偏： m C C f f )/(2100=∆ （4-10）

振荡频率： ()()t f f t f f t f o o Ω∆+=∆+=cos （4-11）

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f ∆与

回路的中心频率0f 成正比，与结电容变化的最大值m C 成正比，与回路的总电容0C 成反比。

为了减小高频电压对变容二极管的作用，减小中心频率的漂移，常将图4-6

—1中的耦合电容1C 的容量选得较小（与j C 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4-6—3所示。理论分析将证明这时回

路的总电容为

)/(11'0j j N C C C C C C +•+= (4-12)

回路总电容的变化量为：

)/(11'0j j N C C C C C C +•+= (4-12)

回路总电容的变化量为：