变容二极管调频.docVIP

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Cj～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 调节电路，观察调频信号输出波形。 观察并测量LC调频电路输出波形。 观察频偏与接入系数的关系。 测量变容二极管的Cj～V特性曲线；测量调频信号的频偏及调制灵敏度。 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： ，载波振荡电压为： 根据定义，调频时载波的瞬时频率随成线性变化，即 （4-1） 则调频波的数字表达式如下： 或 （4-2） 式中： 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Kf亦称调制灵敏度，代表单位调制电压所产生的频偏。 式中：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 变容二极管通过耦合电容并接在回路的两端，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： 　　　　 （4-3） 振荡频率为： （4-4） 加在变容二极管上的反向偏压为： 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～曲线，如图4-6—2所示。 由图可见：未加调制电压时，直流反偏（在教材称）所对应的结电容为（在教材中称）。当反偏增加时，减小；反偏减小时，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～曲线的线性段，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 ～曲线的线性段，暂不考虑高频电压对变容二极管作用。 设 （4-5） 由图4-6—2（c）可见：变容二极的电容随υR变化。 即： （4-6-4-6） 由公式（3）可得出此时振荡回路的总电容为 由此可得出振荡回路总电容的变化量为： 　　　 　 （4-4-7） 由式可见：它随调制信号的变化规律而变化，式中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时，振荡频率也会产生的变化，其关系如下： （4-4-8） 式中，是未调制时的载波频率；是调制信号为零时的回路总电容，显然 由公式（4-4）可计算出（调频中又称为中心频率）。 即： 将（4-4-7）式代入（4-4-8）式，可得： （4-4-9） 频偏： （4-10） 振荡频率： 　（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，与回路的总电容成反比。 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中的耦合电容的容量选得较小（与同数量级），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 　　　 (4-12) 回路总电容的变化量为： (4-12) 回路总电容的变化量为： (4-13) 频偏: 　 (4-14)