变容二极管调频实验报告(高频电子线路实验报告)

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1、高频电子线路实验报告变容二极管调频第 1 页共 5 页变容二极管调频实验一、实验目的1、 掌握变容二极管调频电路的原理。2、 了解调频调制特性及测量方法。3、 观察寄生调幅现象，了解其产生及消除的方法。二、实验内容1、 测试变容二极管的静态调制特性。2、 观察调频波波形。3、 观察调制信号振幅时对频偏的影响。4、 观察寄生调幅现象。三、实验仪器1、信号源模块1 块2、频率计模块1 块3、3 号板1 块4、双踪示波器1 台5、万用表1 块6、频偏仪（选用）1 台四、实验原理及电路1、 变容二极管工作原理调频即为载波的瞬时频率受调制信号的控制。其频率的变化量与调制信号成线性关系。常用变容二极管实现

2、调频。变容二极管调频电路如图1 所示。从P3 处加入调制信号，使变容二极管的瞬时反向偏置电压在静态反向偏置电压的基础上按调制信号的规律变化，从而使振荡频率也随调制电压的规律变化，此时从P2 处输出为调频波（FM） 。C15为变容二级管的高频通路，L2为音频信号提供低频通路，L2可阻止外部的高频信号进入振荡回路。本电路中使用的是飞利浦公司的BB910 型变容二极管，其电压-容值特性曲线见图12-4，从图中可以看出，在1 到 10V 的区间内，变容二极管的容值可由35P 到 8P 左右的变化。电压和容值成反比，也就是TP6 的电平越高，振荡频率越高。高频电子线路实验报告变容二极管调频第 2 页共

3、5 页图 2 表示出了当变容二极管在低频简谐波调制信号作用情况下，电容和振荡频率的变化示意图。在（ a）中， U0是加到二极管的直流电压，当uU0时，电容值为C0。u是调制电压，当 u为正半周时， 变容二极管负极电位升高，即反向偏压增大；变容二极管的电容减小；当 u为负半周时，变容二极管负极电位降低，即反向偏压减小，变容二极管的电容增大。在图（ b）中，对应于静止状态，变容二极管的电容为C0，此时振荡频率为f0。因为 LCf 21，所以电容小时，振荡频率高，而电容大时，振荡频率低。从图（a）中可以看到，由于C-u 曲线的非线性，虽然调制电压是一个简谐波，但电容随时间的变化是非简谐波形，但是由于

4、 LCf 21，f 和 C 的关系也是非线性。不难看出，C-u 和 f-C 的非线性关系起着抵消作用，即得到f-u 的关系趋于线性（见图（c） ） 。高频电子线路实验报告变容二极管调频第 3 页共 5 页图 2 调制信号电压大小与调频波频率关系图解2、 变容二极管调频器获得线性调制的条件设回路电感为L，回路的电容是变容二极管的电容C（暂时不考虑杂散电容及其它与变容二极管相串联或并联电容的影响），则振荡频率为 LCf 21。为了获得线性调制，频率振荡应该与调制电压成线性关系，用数学表示为Auf，式中 A 是一个常数。由以上二式可得 LCAu 21，将上式两边平方并移项可得2 222)2(1Bu

5、uLAC，这即是变容二极管调频器获得线性调制的条件。这就是说，当电容C 与电压 u 的平方成反比时，振荡频率就与调制电压成正比。3、 调频灵敏度调频灵敏度fS定义为每单位调制电压所产生的频偏。设回路电容的C-u 曲线可表示为nBuC，式中 B 为一管子结构即电路串、并固定电容有关的参数。将上式代入振荡频率的表示式 LCf 21中，可得LBufn22调制灵敏度LBnuufSnf412当 n2 时LBSf 21设变容二极管在调制电压为零时的直流电压为U0,相应的回路电容量为C0,振荡频率为0021LCf，就有2 00BUCLBUf 20 0高频电子线路实验报告变容二极管调频第 4 页共 5 页则有

6、00 UfSf上式表明，在n2 的条件下，调制灵敏度与调制电压无关（这就是线性调制的条件），而与中心振荡频率成正比，与变容二极管的直流偏压成反比。后者给我们一个启示，为了提高调制灵敏度，在不影响线性的条件下，直流偏压应该尽可能低些，当某一变容二极管能使总电容 C-u 特性曲线的n 2 的直线段愈靠近偏压小的区域时，那么，采用该变容二极管所能得到的调制灵敏度就愈高。当我们采用串和并联固定电容以及控制高频振荡电压等方法来获得 C-u 特性 n2 的线性段时， 如果能使该线性段尽可能移向电压低的区域，那么对提高调制灵敏度是有利的。由 LBSf 21可以看出，当回路电容C-u 特性曲线的n 值（即斜率

7、的绝对值）愈大，调制灵敏度越高。因此， 如果对调频器的调制线性没有要求，则不外接串联或并联固定电容，并选用 n 值大的变容管，就可以获得较高的调制灵敏度。五、实验步骤1、 连线框图如图3 所示信号源（1号板）低频输出P3音频输入 P2变容二极管调频（3号板）示波器振荡输出 TP7图 3 变容二极管调频接线图2、 静态调制特性测量（1）将 3 号板 SW1 拨置“ LC” ，P3端先不接音频信号，将频率计接于P2处。（2）调节电位器W2，记下变容二极管测试点TP6 电压和对应输出频率，并记于表1 中。3、 动态测试（1）将电位器W2 置于某一中值位置，将峰峰值为4V，频率为 1KHz 的音频信号

8、 （正弦波）从P2 输入。（2）在 TP6 用示波器观察，可以看到调频信号特有的疏密波。将示波器时间轴靠拢，可以看到有寄生调幅现象。调频信号的频偏可用频谱分析仪观测。高频电子线路实验报告变容二极管调频第 5 页共 5 页六、实验结果1、调节电位器W2变容二极管测试点TP6 电压和对应输出频率如表1 所示。表 1 TP6 电压和对应输出频率VTP6(V) 0.90 1.30 1.62 2.29 3.15 F0(MHz) 3.889914 3.895524 3.899036 3.904798 3.910136 VTP6(V) 3.90 4.92 6.13 9.06 12.00 F0(MHz) 3.914633 3.919696 3.924328 3.932531 3.937503 2、静态调制特性曲线见附表图4。调制灵敏度：影响曲线斜率的主要因素为：3、实际观察到的FM 波形见附表图5。频偏变化与调制信号振幅的关系为：由图5 可知两条正弦波之间的相差随调制信号幅度大小变化而变化。