变容二极管直接调频电路教案

1、实现调频的方法可分为直接调频和间接调频两大类。(1)直接调频电路根据调频信号的瞬时频率随调制信号成线性变化这一基本特性，可以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参数L或C，使其产生的振荡频率随调制信号规律而变化，压控振荡器的中心频率即为载波频率。显然，这是实现调频的最直接方法，故称为直接调频。变容二极管直接调频电路最常用的直接调频电路是变容二极管调频电路。变容二极管是根据PN结的结电容随反向电压改变而变化的原理设计的一种二极管，它的极间结构、伏安特性与一般检波二极管没有多大差别。不同的是在加反向偏压时，变容二管呈现一个较大的结电容，这个结电容的大小能灵敏地随反向偏压而变

2、化。正是利用了变容二极管这一特性，将变容二极管接到振荡器的振荡回路中，作为可控电容元件，则回路的电容量会明显地随调制电压而变化，从而改变振荡频率，达到调频的目的。变容二极管的反向电压u与其结电容Cj呈非线性关系 (4-5-18)式中，UD为PN结的势垒电压；Cj0为u=0时的结电容；为电容变化系数。将变容二极管接入LC正弦振荡器的谐振回路中，便构成了变容二极管调频电路，如图4-5-5(a)所示。图中，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u(t)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

3、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 (4-5-19)图4-5-5变容二极管调频电路为了防止UQ和u(t)对振荡回路的影响，在控制电路中必须接入L1和C3。L1为高频扼流圈，它对高频的感抗很大，接近开路，而对直流和调制频率接近短路；C3为高频滤波电容，它对高频的容抗很小，接近短路，而对调制频率的容抗很大，接近开路。为了防止振荡回路L对UQ和u(t)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4

4、-5-5(b)所示。这时振荡频率可由回路电感和变容二极管结电容Cj所决定，即 (4-5-20)对于直流和调制频率而言，由于C1的阻断，因而UQ和u(t)可有效加到变容二极管上，可得直流和调制频率通路，如图4-5-5(c)所示。将式（4-5-19）代入式（4-5-18），可得变容二极管结电容随调制信号电压变化规律，即 (4-5-21) (4-5-22) (4-5-23)式中，mc为变容管电容调制度；CjQ为u(t)=UQ处的电容。将式(4-5-21)代入式(4-5-19)，则可得 (4-5-24)式中，c是调制器未受（u(t)）调制时的振荡频率，即调频波的中心频率。根据式(4-5-24)可以看出

5、，只有在时为理想线性调制，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。应当指出，上面分析是在忽略高频振荡电压对变容二极管的影响下进行的，在电路设计时可采取对接的方式来减小高频电压的影响，如图4-5-6所示。图中，L和C为振荡回路；L1、L2为高频扼流圈；C1、C2、C3为高频耦合电容和旁路电容。对于UQ和u(t)来讲，两个变容二极管是并联的；对于高频振荡电压来讲，两个变容二极管是串联的，这样在每只变容二极管上的高频电压幅度减半，并且两管高频电压相位相反，结电容因高频电压作用可相互抵消，因此，变容二极管基本上不受高频电压影响。图4-5-6变容二极管对接方式由于变容二极管的Cj会随温度、偏置电压变化而变化，造成中心频率不稳定，因而在电路中常采用一个小电容C2与变容二极管串联，同时在回路中并联上一个电容C1，如图4-5-7所示