高频实验8

实验八变容二极管调频实验

杨韧121180143

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

2100MH泰克双踪示波器

3. FLUKE万用表

4. 高频信号源

三、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。

4、用示波器观察调频信号的时并和幅度调制信号的时域波形相比较，分析异同和原因。

5、频谱分析仪观察调频信号的频谱并和幅度调制信号的频谱相比较，分析原因。

四、实验步骤及数据记录与分析

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，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变变容二极管两端的反向偏置电压VD，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。

Vd(V) 1 2 3 4 5

F(MHz) 10.8767 10.8965 10.9081 10.9752 11.033

6 7 8 9 10 11

11.0831 11.1255 11.1588 11.1867 11.2135 11.2367

2、变容二极管调频动态调制特性测试

用低频信号发生器作为音频调制信号输出频率f =1kHz、峰-峰值Vp-p=2V 监测

（1）把音频调制信号加入到变容二极管调频实验电路模块IN1 在变容二极管调频实验电路模块OUT端上用示波器观察FM波的时域波形，并和调幅信号的时域波形相比较，观察之间的异同点。

调频波在调制信号波峰呈现频率比较高，波谷处频率比较应在示波器上频率低处波形比较频率高处波形比较密。但输出波形的幅度都是相等的。而调幅波则是频率相等但幅度不同的波形。

（2）在变容二极管调频实验电路模块OUT端上用频谱分析仪观察FM波的频

谱，在频谱分析仪上首先找到载波，可以看到载波的边带在上下滚动，说明回路的振荡频率在随时间发生变化。

由以上两图可见载波边带在滚动，即回路振荡频率在变化。

（3）增加调制信号的幅度，在频谱分析仪上观察调频信号频谱的变化，思考其原因。

增大调制信号幅度到6V,信号频谱的边带滚动得比之前剧烈。如下图：

可见信号频谱的边带滚动更加剧烈了。产生这一现象的原因应该是由于结电容C 的变化是由反偏电压决定的，偏压越大则电容C的变化就越大，也即振荡频率的变化范围越大，即频偏f正比于输入信号幅度Ve。

（4）增加调制信号的频率，在频谱分析仪上观察调频信号频谱的变化，思考其原因。

增大调制信号频率到4MHz ，得到的频谱如下：

增大调制信号频率之后看到的是边带频谱滚动的周期变化频率增大即滚动的速度变快，而滚动的范围没有变。这是因为t C C f f m

Ω-

=∆cos 210

0，调制信号频率的增加会增加输出调频信号变化的快慢，频率越高，变化得越快，因为变化的周期就是输入信号的周期。

3、变容二极管的r j u C ~特性曲线的测量

测量

r j u C ~曲线的方法如下：首先将跳线

J1断开，不接入变容二极管，跳

线J2断开，不接入电容C3，用示波器测量此时的振荡频率记为

N

f 。此时，有：

N

N LC f π21=，电容

N

C 表示此时振荡回路的总电容。可算出

N f =11.5927MHz 。

然后接上跳线J2，把电容C3和振荡回路相连，用示波器测量此时的振荡频

率，记为K f ，有：)

//(2132C C C L f N K +=

π

, 于是有:

)1(//22

32-=K N N f f C C C

其中电容C2和C3的数值是已知的C2=270pF ,C3=50pF,根据上面的式子,

我们可以计算出电容N C 的大小。由于晶体管的板间存在分布电容,和振荡回路的参数电容数值加在一起,我们通过这种方法间接测量振荡回路的总电容可以降低测量误差。

接下来把跳线J1连上,把跳线J2断开,调节滑动变阻器RW1给变容二极管提供不同的直流反偏电压,让直流反偏电压从2V 开始增加到11V,每次增加0.5V,分别测量此时的振荡频率,记为

X

f 。则有：

)

//(21

2jX N X C C C L f +=

π其中jX

C 表示变容二极管在不同的直流反偏电压

下的静态电容。可以计算得到：)1(//22

2-=X

N N jX f f C C C ,最后计算出一组在不

同的直流反偏电压r u 下的jX C .将对应的一组r u 和jX C 绘制出r

j

u C

~曲线。

用MATLAB 绘制图像，代码如下：

C2=270;C3=50; fn=11.5926; fk=10.6696; Vrx=linspace(1,11,19);

Cn=C2*C3/(C2+C3)/(fn^2/fk^2-1);

fx=[10.8814,10.8922,10.9114,10.9362,10.9651,10.9966,11.0272,11.0518,11.0805,11.0951,11.1151,11.1340,11.1528,11.1666,11.1801,11.1958,11.2086,11.2212,11.2335];

fx=fx.*1e6; fn=fn.*1e6; fk=fk.*1e6; Cjx=zeros(1,19);