武大电子信息学院毕业设计《变容二极管调频倍频》.pptx
武大电子信息学院毕业设计《变容二极管调频倍频》[1]
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Part 4:变容二极管调频的实现
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武大电子信息学院毕业设计《变容二 极管调频倍频》[1]
Part 4:变容二极管调频的实现
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武大电子信息学院毕业设计《变容二 极管调频倍频》[1]
•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。
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武大电子信息学院毕业设计《变容二 极管调频倍频》[1、最常用的方法是利用变容二极管 的特性直接产生调频波
•其原理电路下图所示
???
•如何产生调频信号？
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Part 4:变容二极管调频的实现
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•（4）
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。
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•
Part 2：
• 什么是调频？
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Part 2: 什么是调频？
• 使载波频率按照调制信号 改变的调制方式叫调频。 已调波频率变化的大小由 调制信号的大小决定，变 化的周期由调制信号的频 率决定。已调波的振幅保 持不变。调频波的波形， 就像是个被压缩得不均匀 的弹簧，调频波用英文字 母FM表示。
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。
《变容管调频和鉴频》课件
鉴频器通常采用不同的频率测量方法 ，如计数法、电桥法、差分法等，以 实现对信号频率的准确测量。
鉴频电路
鉴频电路组成
鉴频电路通常由信号输入、信号 处理和信号输出三个部分组成。 输入信号经过处理后，转换为相 应的输出信号，以供后续处理或
识别。
常见鉴频电路
常见的鉴频电路包括RC电路、 LC电路、石英晶体电路等。这些 电路通过不同的方式实现对信号
调频适用于需要较高抗干扰能力的场合，如无线通信、 广播等。
鉴频适用于需要较高灵敏度的场合，如雷达、无线电导 航等。
优缺点比较
调频的优点
调频的抗干扰能力强，能够有效地抵抗各种干扰信号的影响。
优缺点比较
调频的缺点
调频信号的带宽相对较窄，可能会限制传输速率和调制效率。
优缺点比较
鉴频的优点
鉴频的灵敏度高，能够更好地处理微弱信号。
电子测量应用
在电子测量领域，鉴频技术常用于信号分析、频谱分析和频率测量等方 面。通过鉴频器，可以实现对信号频率的高精度测量和识别。
03
其他应用
除了通信和电子测量领域，鉴频技术还广泛应用于雷达、声呐、振动分
析等领域。通过鉴频技术，可以实现对信号频率的有效检测和识别，为
后续处理和分析提供基础数据。
04
工作原理
通过调频控制电路调节变容管的偏 置电压，改变其电容值，从而改变 振荡回路的谐振频率，实现调频。
电路特点
变容管调频电路具有结构简单、调 频范围广、易于集成等优点，但也 存在稳定性较差、调频速度较慢等 缺点。
变容管调频的应用
无线通信
在无线通信领域，变容管 调频技术广泛应用于发射 机和接收机的调频和解调 。
集成化
未来变容管调频和鉴频技术将更加集成化，能够与其他电 子器件实现更高效的集成，提高系统的整体性能。
《变容二极管》课件
02
变容二极管的构造和类型
变容二极管的构造
变容二极管是由半导体材料制成的电子元件，其结构包括两个电极和中间的半导体 介质。
两个电极通常为金属材料，如金、银、铝等，而半导体介质则根据不同的变容二极 管类型而有所不同，常见的有硅、锗等。
的重要参数。
03
变容二极管的应用
调频调相应用
调频调相是变容二极管的重要应用之一，通过改变变容二极管的反向偏置电压，可以改变其 结电容，从而改变信号的频率或相位。
在调频应用中，变容二极管可以作为调频器或调相器中的关键元件，用于实现信号频率或相 位的调制。
调频调相技术广泛应用于通信、雷达、电子对抗等领域，可以实现信号的加密、抗干扰和远 距离传输。
变容二极管的检测与维护
使用万用表等检测工具，检测变容二极 管的正反向电阻值，判断其是否正常工
作。
检查变容二极管的外观是否有破损、裂 纹等现象，确保其结构完，并分析原因，避免类似问题
再次发生。
05
变容二极管的发展趋势和未 来展望
当前变容二极管的发展趋势
在调频立体声广播中，变容二极管作为调制器中的关键元件，能够将立 体声音频信号调制到高频载波上，实现信号的传输和广播。
调频立体声广播具有音质清晰、抗干扰能力强、传输距离远等优点，是 现代广播领域中的主流技术之一。
04
变容二极管的选用和注意事 项
如何选用变容二极管
根据电路需求选择合适的变容 二极管型号和规格，考虑其电 压、电流、结电容等参数是否 满足电路要求。
变容二极管的主要参数
反向击穿电压
指变容二极管所能承受 的最大反向电压，是变 容二极管的重要参数之
变容二极管调频器与相位鉴频器实验课件
1、了解变容二极管调频器的电路结构与电路工 、 作原理。 作原理。 2、掌握调频器的调制特性及其测量方法。 、掌握调频器的调制特性及其测量方法。
二、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受电压控制的可 变容二极管实际上是一个受电压控制的可 变电容元件。 变电容元件。 当外加反向偏置电压变化时， 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。 结的结电容会随之改变。 结的结电容会随之改变 直接调频的基本原理是调制信号直接控制 直接调频的基本原理是调制信号直接控制 振荡回路的参数，使振荡器的输出频率随调制 振荡回路的参数， 信号的变化规律呈线性改变， 信号的变化规律呈线性改变，以生成调频信号 的目的。 的目的。
四、实验步骤
VI(VP-P) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6
V0(VP-P)
四、实验步骤
Ed（V）
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
f0
MHz
不并C404
并C404
四、实验步骤
（四）、变容二极管动态调制特性的测量 ）、变容二极管动态调制特性的测量 在变容二极管调频器的输入端J401接入 接入1K 在变容二极管调频器的输入端 接入 的音频调制信号Vi。 短接， 的音频调制信号 。将K401 的1-2短接， 短接 令Ed=2V，连接 ，连接J402与J403。用双踪示波 与 。 器同时观察调制信号与解调信号，改变Vi 器同时观察调制信号与解调信号，改变 测量输出信号，结果填入下表。 的幅度 ，测量输出信号，结果填入下表。
通信电路设计变容二极管调频电路设计
通信电路设计变容二极管调频电路设计
变容二极管调频电路是一种用于实现快速可调调频的电路，它可以快速变化调频信号
的输出频率而不影响调频信号的波形、幅度和相位。
这种电路由于具有调节脉宽和调节频
率容易操作的优点，已广泛应用于微波信号处理、无线连接、语音处理等领域。
变容二极管调频电路由二极管、变容电容器、滤波元件和稳压电路组成，其结构如下
图所示：
图1 变容二极管调频电路示意图
二极管主要起“开关式”放大作用，根据反馈电路的不同情况，其工作的仿真模型和
电路结构可以极大的改变，其在调频方面有很大的作用。
变容电容器可以实现电容的变化，从而调节电流的充放电量，调节输出信号的频率。
滤波元件可以把调制信号从信号源中提取出来，有效地打消其他低频信号，使得其输
出信号更加清晰，从而更好地实现变频效果。
稳压电路将产生固定电压，它可以保护二极管和变容电容不受外部电压波动的影响，
以提高调频电路的稳定性。
通过以上四部分的调制电路可以实现变容二极管调频电路，可以有效控制信号的频率，提高电路的可靠性和鲁棒性。
此外，变容二极管调频电路还具有低功耗和体积小的优点，
使得它在实际应用中受到广泛的欢迎，在微波、通信等领域发挥着重要的作用。
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》 (2)幻灯片
检波器。 Cp
R3
D1
uo
+ D1
+
u2
R1
+
2
L2
u1
C1
L2 -
L1
+
C2
u2
C5
-
+
u2 +
C2
C5
2
R2
u1
-
D2
2
-
-
D2
Cm _
Cm
J403为相位鉴频器调制波的输入端， C414提供适宜的容性负载； BG404和BG405接成共集—共基电路，
以提高输入阻抗和展宽频带， R418、R419提供公用偏置电压， C422用以改善输出波形。 BG405集电极负载以及之后的电路在原理
C428 C426 C429
调中心10MHz至X轴线。 调上下波形对称。 调中心10MHz附近的的线性。
2.鉴频特性的测试
使载波发生器模块输出载波频率10MHz, 幅度0.4 VP-P，接入输入端TP403，用 直流电压表测量输出端TP405对地电压 〔假设不为零，可略微调T401和C428， 使其为零〕，然后在9.0MHz-11MHz 范围内，以相距0.2MHz的点频，测得 相应的直流输出电压，并填入下表。
u1 线性移相网络 u2 相位检波器 uo
图中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局部是由两个包 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。
耦合回路 u2 +
包络检波器
u1
u1
叠加型相
位检波器 -
uo
耦合回路 u2 -
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Part 4:变容二极管调频的实现
Part 4:变容二极管调频的实现
Part 4:变容二极管调频的实现
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。
Part 4:变容二极管调频的实现
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
（动词解释v.）使获得频率 为原频率整数倍的方法。利 用非线性器件从原频率产生 多次谐波，通过带通滤波器 选出所需倍数的那次谐波。 在数字电路中则利用逻辑门
来实现倍频。
•
Part 4：
• 变容二极管调频的实现
Part 4:变容二极管调频的实现
• 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。
•调频
•（Frequency Modulation）
Part 2: 什么是调频？
直接调频
•
Part 3：
• 什么是倍频？
Part 3: 什么是倍频？
（名词解释n.）基频以外 的其他振动能级跃迁产生 的红外吸收频率统称为倍 频，v=0至v=2的跃迁称 为第一个倍频2n，相应 地3n, 4n等均称为倍频。
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。
•
Part 2：
• 什么是调频？
Part 2: 什么是调频？
• 使载波频率按照调制信号 改变的调制方式叫调频。 已调波频率变化的大小由 调制信号的大小决定，变 化的周期由调制信号的频 率决定。已调波的振幅保 持不变。调频波的波形， 就像是个被压缩得不均匀 的弹簧，调频波用英文字 母FM表示。
Part 5:变容二极管倍频的原理
• 对信号的频率具有选择性的电路称为滤波电路，可以分为 低通滤波器（LPF），高通滤波器（HPF），带通滤波器 （BPF），带阻滤波器（BEF）,如图为所示理想滤波电 路的幅频特性。
Part 5:变容二极管倍频的原理
思考：实现倍频功能选用哪种电路？
Part 5:变容二极管倍频的原理
Part 4:变容二极管调频的实现
由公式（4）可计算出 f0 （调频中又称为中心频率）。
即：
f0 2
1 L(CN C jQ )
Part 4:变容二极管调频的实现
f 1 • C f0 2 C
将（7）式代入（8）式，可得：
（8）
f
(t)
1 2
(
f0
/ C0
)Cm
cost
f
cost
（9）
频偏：
f
•
RC 有源带通滤波器的实验原理图如图：
其中带通滤波器的中心角频率ω0：
Part 5:变容二极管倍频的原理
• 带通滤波器的中心角频率 ω0、品质因数 Q 和带宽Ｂ 之间 的关系为：
•
• 在带通滤波器中，电路的品质因数 Q 值具有特殊的意义 ，它是衡量这个电路选择性的重要参数。在实验中，可以 通过测出带通滤器的中心角频率 ω0 (最高增益所对应的角 频率)和 3dB 带宽Ｂ (电路的增益由最大值下降 3dB 所对 应的角频率ｆH 和 ｆL 之差)，从而由上式求出。
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。
Part 4:变容二极管调频的实现
我们再回到图 1，并设调制电压很小，工作在 C j ～R 曲线的线性段，暂不
考虑高频电压对变容二极管作用。
设
R VQ VQ cost
（5）
由图（c）可见：变容二极的电容随υR 变化。
• 变容二极管调频倍频
熊正强 2014年4月
•
Part 1：
•什么是变容二极管？
Part 1：什么是变容二极管？
1
变容二极管的定义
2
变容二极管的工作原理
3
变容二极管的优缺点
1.变容二极管的定义
• 变容二极管(Varactor Diodes) 又称"可变电抗二极管"。是一 种利用PN结电容（
• 势垒电容)与其反向偏置电压 Vr的依赖关系及原理制成的 二极管，其结构和实物如右 图所示。
即：
Cj CjQ Cm cost
（6）
Part 4:变容二极管调频的实现
由公式（3）可得出此时振荡回路的总电容为
C CN C j CN C jQ Cm cost
由此可得出振荡回路总电容的变化量为：
C C CN C jQ C j Cm cost
（7）
Part 4:变容二极管调频的实现
• 2.二极管的工作特点：
• 1、变容二极管属于反偏压二极管，改变其PN结上的反向偏压， • 即可改变PN结电容量。 • 反向偏压越高，结电容则越少， • 2、变容二极管的电容值与反向偏压值的关系图解： • (a) 反向偏压增加，造成电容减少； • (b) 反向偏压减少，造成电容增加。
3.变容二极管的优点
Part 1：什么是变容二极管？
二极管电容
扩散电容 势垒电容
当加上正向偏置的电压的时候，主 要是扩散电容器决定作用，（此时
电容比较大）。
变容二极
当加上反向偏置的电压的时候，则 由势垒电容起决定作用(此时电容比 较小)，随着电压的变化，电容大小 也会改变，变容二极管正是利用这
种特性做成的二极管。
Part 1：什么是变容二极管？
1 2
(
f
0
/
C0
)Cm
（10）
振荡频率： f t fo f t fo f cost
（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 与回路的中心频率 成正比，与结电容变化的最大值 成正比，与
回路电容成反比
•
Part 5：
变容二极管倍频的实现
Part 5:变容二极管倍频的实现
1
体型小巧易于安装
易于实现自动电子调谐（Auto Electronic
2
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
3.变容二极管的缺点
品质因素Q值不 够高
采用变容二极 管为调谐电容 后，变容二极 管的 值通常 在几十至几百 之间，因而必 须注意其 值 对电路的影响
其原理电路下图所示
如何产生调频信号？
Part 4:变容二极管调频的实现
（3）
Part 4:变容二极管调频的实现
（4）
Part 4:变容二极管调频的实现
Part 4:变容二极管调频的实现
由图可见：未加调制电压时，直流反偏VQ 所对应的结电容为 Cj 。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 ～R 曲线的线性段， Cj 将随