高频变容二级管调频

1、变容二极管调频实验 121180166 赵琛实验八 变容二极管调频实验121180166 赵琛一 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调频波的电路原理。 3. 理解变容二极管静态调制特性、动态调制特性概念。4. 根据变容二极管的静态调制特性，测量特性曲线。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。变容二极管的电容和电感组成振荡器的谐振电路，其谐振频率近似为 。在变容二极管上加一固定的反向直流偏压和调

2、制电压（图），则变容二极管的结电容将随调制信号的幅度变化而变化 ，通过二极管的变容特性（图）可以找出结电容随时间的变化曲线（图）。此电容由两部分组成，一部分是 ，由反向直流偏压决定，为固定值；另一部分是变化的电容，由调制电压的幅度决定，可以表示为，其中为调制信号的频率。是电容变化部分的幅度，则有 十 将代入的公式，化简整理可得 式中 = 是时，由电感L和固定电容所决定的谐振频率，称为中心频率，。是频率的变化部分，而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）（固定，与成反比曲线）找出频率和时间的关系。比较图（a）及图（e），

3、可见频率是随调制电压的幅度变化而变化，从而实现了调频。从图8-1可以看出，由于和两条曲线并不是成正比的，最后得到的 曲线形状将不与 曲线完全一致，这就意味着存在调制失真，失真的程度不仅与变容二极管的变容特性有关，而且还决定于调制电压的大小和直流反向偏压的大小。 首先，关于直流反向偏压的选择，直流反向偏压如果过小，则变容二极管工作在c-u曲线的上部，此时曲线的斜率较大，即单位调制电压幅度引起的电容变化量较大，振荡回路的频偏也较大，即调频的灵敏度较高。缺点是此时c-u曲线的线性度不好，电容的变化量和调制电压的幅度不成正比，调频信号存在调制失真。直流反向偏压如果过大，则变容二极管工作在c-u曲线的下

4、部，此时曲线的斜率较小，c-u曲线的线性度相对好一些，调频信号的调制失真较小。但缺点是，此时曲线的斜率较小，即单位调制电压幅度引起的电容变化量较小，振荡回路的频偏也较小，即调频的灵敏度较低。为兼顾二者的优缺点，一般取直流反向偏压在c-u曲线的中部。 显然，调制电压幅度愈大，则调频信号的调制失真愈大。为了减小失真，调制电压幅度不宜过大；但也不宜太小，因为调制信号幅度太小则最大频偏太小。为兼顾二者，一般取调制电压比直流反向偏压小一半多，即 。图8-1 变容二极管调频原理2. 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。 图8-2 变容二极管调频实验电路电路原理：晶体管T1构成了电容三点

5、式振荡电路 ，其中电容C6,C7是正反馈电容，反馈系数等于，晶体管的基极接了一个电容C9到地，因此晶体管构成共基极组态的放大电路。其中电阻RW2，R3，R4是基极的直流偏置电阻，电阻R53决定晶体管的集电极电压，电阻R6决定晶体管的射极静态的直流电流Ie。通常Ie越大，晶体管放大电路的放大倍数也越大，因此振荡幅度相应的增大，起振时间缩短，但同时谐波失真也会相应的增大。Ie过小，放大倍数不够，不满足的起振条件，电路无法起振。Ie过大，放大倍数过大，电路工作在饱和区，也无法正常振荡，因此通常选取Ie在1-4mA之间。电容满足，可变电容CV1和电感L相并联，改变可变电容CV1,可改变振荡频率。电容C

6、2也是一个小电容，当跳线J1连接上后，变容二极管D（型号为BB910）就接入振荡电路中，滑动变阻器RW1和电阻R1构成分压电路，为变容二极管D提供直流反偏电压，改变滑动变阻器RW1抽头位置可以改变变容二极管D的直流反偏电压。电阻R2是隔离电阻，通常取R2R1，在实验中可以取300K以上。电容C3是已知电容值的固定电阻，当跳线J2连接上，跳线J1断开时，振荡回路的振荡频率固定，电容C3是为测量变容二极管的结电容提供帮助的。调制信号从IN1输入，电容C1是输入隔直电容。电容C11是一个小电容，对高频振荡信号相当于短路，对低频调制信号相当于开路，从而保证低频调制信号可以加在变容二极管D的两端，而振荡

7、回路中的高频信号不会反射到低频调制信号输入端。振荡信号从晶体管的射极引出，后一级晶体管构成共射极电压放大，起到隔离和缓冲的作用。示波器探头应该接在TP2处来测量振荡信号频率，这样比较准确。如果直接在第一级的输出测量振荡信号频率，示波器输入探头有输入电容会影响振荡电路的振荡频率。四、实验内容（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，调整可变电容CV1，电位器RW2、RW3在TP3得到频率为10.7MHz的最大

8、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偏置电压VD，用示波器或者高频计数器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)22.533.54f(MHz)10.371110.439010.501210.554410.6053VD (V)4.555.566.5f(MHz)10.646710.688110.724010.756910.7240VD (V)7 7.588.59f(MHz)10.756910.789610.816010.847610.8707VD (V)9.51010.511f(MHz)10.934010.954410

9、.967110.9865分析：由数据可见，这个曲线的斜率是在不断减小的。关于其减小原因，我们可以从其表达式看出。也就是说，f是和Cm成正比的。而根据之后的实验我们可以得出结论，随着反偏电压的增大，Cm是在减小的，导致了这条曲线斜率减小。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源，输出频率f =1kHz、峰-峰值Vp-p=2V左右（用示波器监测）的正弦波，变容二极管的反偏电压VD调到6V。（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 端， 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，比较之间的异同点。

10、（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。并和调幅信号的频谱相比较，比较之间的异同点。（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。（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。调制波频域波形调制波时域波形分析：由图可见，对于调频波，其时域波形是在抖动的类似于正弦波的波形。而其频域波形则是如图所示。基本验证了调频波的波形。对于调频波，由实验观察可得，若增加其幅度，则其最大频偏会增加。而若增加其频率，最大频偏并不

11、会增加，增加的是边频分量，也即是各个分量之间会波形变密集。若改变反向电压，电压如果大，失真小，但是频偏小；而如果反向电压变小，则会失真变大，但是频偏也会增大，灵敏度相应有提高。这个理论也可以从理论上得到证实。对于调频波，Wf=Kf*V，可以看出，频偏只和Kf以及V有关系。只有对于调角波，才和调制波的频率有关系。而对于改变频率，在频偏不变情况下，产生了很多新的分量，从而使得频谱变得更加密集。而与调幅波的对比：在时域上，普通调幅波是一个调制信号的包络，而调频波则是载波的频率在略微有抖动；在频域上，调幅波波形较为简单，仅有载波和两条边带，而调频波有若干边带。3）变容二极管的特性曲线的测量 测量曲线的

12、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，用示波器或者高频计数器测量此时的振荡频率，记为。此时，有：，电容表示此时振荡回路的总电容。然后接上跳线J2，把电容C3和振荡回路相连，用示波器或者高频计数器测量此时的振荡频率，记为，有： 于是有：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，可以计算出电容的大小。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，用示波器或者高频计数器分别测量此时的振荡频率，记为。则有： 其中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：，最后计算出一组在不同的直流反偏电压下的。将对应的一组和绘制成曲线。测量：=11.1386MHzfk=10.0868MHz测得的数据详见第一部分。曲线Cj-fx曲线分析：如图可见，曲线Cj随着Ur的增大而减小，并且这条曲线的斜率的绝对值也在变小，这个是符合理论预期的。按照这个公式来定性分析的话，Cjx的确是这样一条曲线。但是对于C-f和C-U曲线，我们可以看