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1、高频实验报告（三）,电容三点式振荡器与 变容二极管直接调频电路设计,1,组员,座位号,16,实验时间,周一上午,2,目录,一、 实验目的.3 二、 实验原理.3 2.1 电容三点式振荡器基本原理.3 2.2 变容二极管调频原理.5 2.3 寄生调制现象.8 2.4 主要性能参数及其测试方法.9 三、 实验内容.10 四、 实验参数设计. 11 五、 实验参数测试.14 六、 思考题.15,一、实验目的 掌握电容三点式LC振荡电路的基本原理。 掌握电容三点式LC振荡电路的工程设计方法。 了解高频电路中分布参数的影响及高频电路的测量方法。 熟悉静态工作点、反馈系数、等效Q值对振荡器振荡幅度和频谱纯
2、度的影响。 掌握变容二极管调频电路基本原理、调频基本参数及特性曲线的测量方法。 二、实验原理 2.1 电容三点式振荡器基本原理 电容三点式振荡器基本结构如图所示：,X1,X2,i X3 图 3.1 电容三点式振荡器基本结构 在谐振频率上，必有 X1 + X2 + X3 =0，由于晶体管的 vb 与 vc 反相，而根据振荡器的 振荡条件 |T|=1，要求vbe vce ，即 i X1 = i X2，所以要求 X1 与 X2 为同性质的电抗。 综合上述两个条件，可以得到晶体管 LC 振荡器的一般构成法则如下：在发射极上连 接的两个电抗为同性质电抗，另一个为异性质电抗。 原理电路如图3.2所示：,C
3、2,图 3.2 原理电路 共基极实际电路如图3.3所示： VCC L C1,图 3.3 共基极实际电路,3,求T ( j 的等效电路如下,g,g,ob,0,i,gmvi,C1,C,2,GL,vf,e,ib b,c,vC,be,C,bc,1 RE,图,3.4 T ( j 的等效电路,其中：,0,0 0,12,1,m,ob0fib,L,E,ob,ib,cb 1,f,22be,R,R,r,r,C1,Q L,A( j g R,L 1 j,1 g G k 2 (g 1 ), 1 e,C C ,g 1 ，g,G ,， k ,，C C C,（3-1）,G0 为谐振回路导纳，Q0 为回路固有品质因数。 回路谐
4、振时有：,12,f,C1,F( j) k ,C C ,（3-2）,1,m,T ( j) A( j)F( j) g R k,L f 1 j,（3-3）, 是谐振回路广义失谐 其中： 以上讨论中，忽略 Cob 的影响。 振幅起振条件：,T ( j) AF 1 ，,（3-4）,（3-5）,即 y fe RLk f 1 ， 利用小信号等效电路分析，可以将起振条件表达为,11,4,1,),fe,Lf,f,ob0f ib,f,y,Rk,k 2,rob,R0re / RE k f,k, 1 1, (, 1 (g g ) k g ,（3-6）,0 0,1,ob,ob,L,ib,eE,r,rR,Q L,g ,g
5、 1 1,其中： y fe gm，,g 1 ，,，,（3-7）,可得到振幅起振条件,mob0f ib,f,k,g 1 (g g ) k g ,（3-8）,12,ib,mf,e,C1,r,C C ,考虑到 g, 1 g ，k ,将上式改写为,1 2,m,ob0,2E,C1,g,C C ,C R,(C C )2,12(g, g ) 1 ,（3-9）,相位起振条件：,) 0,1 f 1 j,T () 0，即Im(y feRLk,（3-10）,亦即： Im, 0,y fe gob go gib ,（3-11）,当忽略 y fe , goe，gL ，gie 等参数影响时，上述条件实际就是 0 。此时，振
6、荡频率为：,1,0,C C ,L 1 2,C1 C2 , ,（3-12）,1,5,精确推导振荡频率需要解方程Im(y R k,fe L f 1 j,0,) 0 。实际的振荡频率略高于 。,由于共基接法的晶体管电路，其频率响应要明显高于共发射极电路，所以此接法的晶体 管振荡电路的振荡频率可以高于共发射极接法电路，在实际使用中多采用此电路。 2.2 变容二极管调频原理 实现调频的方法有两大类，即直接调频与间接调频。LC 调频振荡器是直接调频电路。 直接调频的基本原理是利用调制信号直接线性地改变载波振荡的瞬时频率。如果受控振荡器 是产生正弦波的 LC 振荡器，则振荡频率主要取决于谐振回路的电感和电容
7、。将受到调制信 号控制的可变电抗与谐振回路连接，就可以使振荡频率按调制信号的规律变化，实现直接调 频。 可变电抗器件的种类很多，其中应用最广的是变容二极管，作为电压控制的可变电容元 件，它有工作频率高、损耗小和使用方便等优点。本实验采用变容二极管直接调频电路。,变容二极管的 Cj-v 特性曲线如图 3.5 所示。,C ,Cj0,j,（3-13）,(1 v ) VD Cj0 是二极管在零偏压时的结电容 v 是加在二极管两端的反向电压 VD 是二极管 PN 结的势垒电压 是变容二极管的变容指数，普通 PN 结，超突变结 =15。与频偏的大小有关 (在小频偏情况下，选1 的变容二极管可近似实现线性调
8、频)；在大频偏情况下，必须选 =2 的超突变结变容二极管，才能实现较好的线性调频)； v 为变容管两端所加的反向电压。,v VQ v VQ vm cost,（3-14）,t,v,Cj(v),V(t),t,Cj(t),0,0,VQ0 VQ+Vm,C,V,图 3.5 变容二极管的 Cj-v 特性曲线 典型变容二极管直接调频电路如图所示： L、C1、C2 构成电容三点式振荡电路，C3、D 与 C1、C2 并联，调频电路由变容二极 管 D 及耦合电容 C3 组成。R1 与 R2 为变容二极管提供静态时的反向直流偏置电压VDQ ，即 VDQ R2 / (R1 R2 )VCC 。变容二极管上叠加有直流偏置
9、电压 VDQ 与调制信号电压v 。高 频扼流圈 L1 阻断振荡器信号对调制信号的干扰。,6,L,C1,C3,C2,D,v,VCC,R1,R2,L1,图 3.6 电容三点式振荡电路 加入调制信号v V cos t 后，变容二极管节电容为,Cj 0Cj 0,CjQ,Cj ,V v,VV cos t, (1 M cos t),(1 DQ ) VD,(1 DQ) VD,（3-15）,(,Cj 0,DQD ),CjQ ,V V,（3-16）,VD V,M ,VDQ VD,，,为结电容调制度。,12,j,C1C2,假定 C3 很大，又有C ,C C,， 则可认为变容二极管电容为回路总电容。,11,LCj,
10、(t) C (1 M cos t) 2,LCjQ (1 M cos t),（3-17）,式称为变容二极管的调制特性方程，显然，当采用=2 的超突变结变容二极管，能实,1,现较好的线性调频。其中 C ，是处于静态工作点时的振荡频率。,LC jQ 变容管作为振荡回路总电容时，它的最大优点是调制信号变化能力强，即调频灵敏度 高，较小的 M 值就能产生较大的相对频偏。但同时，因温度等外界因素变化引起 VQ 变化时， 造成载波频率的不稳定也必然相对地增大。而且振荡回路上的高频电压又全部加到变容管上。 为了克服这些缺点，在直接调频的 LC 正弦振荡电路中，一般都采用变容管部分接入的振荡 回路。图中 当 C
11、3 较小，与 Cj 相比不可忽略时，变容二极管部分接入。图 3.6 变容二极 管部分回路总电容C 为,C3C j,7,C1C2,C ,C1 C2C3 Cj,（3-18）,振荡频率,11,123jQ,LC,C3C jQ,L( C1C2,(t) ,),C CC (1 M cos t) C,（3-19）,幂级数展开，取到 2 次项，有,22,CC1C,C,(t) A2 M 2 A M cos t A2 M 2 cos 2t,（3-20）, C C m cos t 2m cos 2 t 其中,1,8,12,3,1,C,12jQ,C3C jQ,C1C2,C, 2, , C C L1 2, C,CC C, 123jQ , ( 1),3 2 A1 2P ,A2 8P2 ,4P2P(1 P ),P (1 P1 )(1 P2 P1P2 ) 1,P C jQ ,P ,(C C )C,（3-21）,部分接入后的最大频偏为,m,C,M, 2P,（3-22）,与非部分接入的相比，可等效成变容二极管的变容指数下降为,P, ,（3-23）,所以，部分接入的电路要求变容二极管的变容指数大于 2。 部分接入的优点是稳定性提
