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1、变容二极管调频器与相位鉴频器实验实验学时:2实验类型：验证实验要求：必修一、实验目的1. 了解变容二极管调频器的电路结构与电路工作原理2. 掌握调频器的调制特性及其测量方法3. 观察寄生调幅现象和了解其产生的原因及其消除方法二、实验预习要求实验前，预习“电子线路非线性部分”第5 章：角度调制与解调电路；“高频电子线路” 第八章：角度调制与解调；“高频电子技术”第9 章：角度调制与解调非线性频率变换电 路等有关章节的内容。三、实验原理1. 变容二极管直接调频电路： 变容二极管实际上是一个电压控制的可变电容元件。当外加反向偏置电压变化时，变容 二极管PN结的结电容会随之改变，其变化规律如图3-1所
2、示。直接调频的基本原理是用调制信号直接控制振荡回路的参数，使振荡器的输出频率随调制信 号的变化规律呈线性改变，以生成调频信号的目的。若载波信号是由 LC 自激振荡器产生，则振荡频率主要由振荡回路的电感和电容元件决定。因而，只要用调制信号去控制振荡回路的电感和电容，就能达到控制振荡频率的目的。刊只图3-2直接调频示意图若在LC振荡回路上并联一个变容二极管，如图3-2所示，并用调制信号电压来控制变 容二极管的电容值，则振荡器的输出频率将随调制信号的变化而改变，从而实现了直接调频 的目的。2. 电容耦合双调谐回路相位鉴频器：图3-3相位鉴频器的组成框图相位鉴频器的组成方框图如 3-3 示。图中的线性
3、移相网络就是频相变 换网络，它将输入调频信 号 u1 的瞬时频率变化转换 为相位变化的信号u2,然后与原输入的调频信号一起加到相位检波器，检出反映频率变化 的相位变化，从而实现了鉴频的目的。图 3-4 的耦合回路相位鉴频器是常用的一种鉴频器。这种鉴频器的相位检波器部分是由两个包络检波器组成，线性移相网络采用耦合回路。为了扩大线性鉴频的范围，这种相位 鉴频器通常都接成平衡和差动输出。图 3-4 耦合回路相位鉴频器图3-5 (a)是电容耦合的双调谐回路相位鉴频器的电路原理图，它是由调频一调相变 换器和相位检波器两部分所组成。调频调相变换器实质上是一个电容耦合双调谐回路谐振 放大器，耦合回路初级信号
4、通过电容Cp耦合到次级线圈的中心抽头上，L1C1为初级调谐回 路, L2C2为次级调谐回路，初、次级回路均调谐在输入调频波的中心频率fc 上,二极管D1、 D2和电阻R、R分别构成两个对称的包络检波器。鉴频器输出电压u由C两端取出，C5对12o5高频短路而对低频开路，再考虑到L2、C2对低频分量的短路作用，因而鉴频器的输出电压 u等于两个检波器负载电阻上电压的变化之差。电阻R对输入信号频率呈现高阻抗，并为二o3极管提供直流通路。图(a)中初次级回路之间仅通过Cp与Cm进行耦合，只要改变Cp和 Cm的大小就可调节耦合的松紧程度。由于Cp的容量远大于Cm，Cp对高频可视为短路。基 于上述，耦合回路
5、部分的交流等效电路如图4-5 (b)所示。初级电压u1经Cm耦合，在次级回路产生电压u2,经L2中心抽1头分成两个相等的电压 4，22由图可见，加到两个二极管上的信号电压分别为：u =u + 1 u和U = u - 1 u , D1 1 2 2 D2 1 2 2 随着输入信号频率的变化。U和u2之间的相位也发生相应的变化，从而使 它们的合成电压发生变化，由j此可将调频波变成调幅一调频波，最后由包络检 波器检出调制信号。= =C2T(a)(b)图 3-5 电容耦合双调谐回路相位鉴频器3、实际线路分析：电路原理图如图 3-6 所示，图中的上半部分为变容二极管调频器，下半部分为相位鉴频器。BG为电容
6、三点式振荡器，产生10MHz的载波信号。变容二极管D和C构成振荡回401 401 403路电容的一部分，直流偏置电压通过R、W、R和L加至变容二极管D的负端，C427 401 403 401 401 402为变容二极管的交流通路，R为变容二极管的直流通路，L和R组成隔离支路，防止载 402 401 403波信号通过电源和低频回路短路。低频信号从输入端J输入，通过变容二极管D实现直 401 401接调频，C为耦合电容，BG对调制波进行放大，通过W控制调制波的幅度，BG为射级401 402 402 403跟随器，以减小负载对调频电路的影响。从输出端J或TP输出10MHz调制波，通过隔离402 40
7、2电容C接至频率计；用示波器接在TP处观测输出波形，目的是减小对输出波形的影响。413 402J为相位鉴频器调制波的输入端，C提供合适的容性负载；BG和BG接成共集一共基电 403 414 404 405路，以提高输入阻抗和展宽频带，R、R提供公用偏置电压，C用以改善输出波形。BG 418 419 422 405集电极负载以及之后的电路在原理分析中都已阐明，这里不再重复。四、实验仪器设备THCGP-1 型高频电子线路综合实验箱；扫频仪；双踪示波器；繁用表。图 3-6 变容二极管调频器与相位鉴频器实验电原理图五、实验内容与步骤把本实验模块插到实验箱中，对照本实验原理图熟悉元器件的位置和实际电路的
8、布局 然后按下电源开关S1,此相对应的发光二极管点亮。（一）振荡器输出的调整1将切换开关K2的1-2 （下边两点）接点短接，调整电位器RW1使变容二极管D勺负 极对地电压为+2V,并观测振荡器输出端的振荡波形与频率。2. 调整线圈T1的磁芯和可调电阻RW2,使R8两端电压为2.50.05V （用直流电压表测 量），使振荡器的输出频率为100.02MHzo3调整电位器RW3,使输出振荡幅度为1.6 Vp-po（二）变容二极管静态调制特性的测量输入端J1无信号输入时，改变变容二极管的直流偏置电压，调整RW1使反偏电压Ed 在0-5.5V范围内变化，分两种情况测量输出频率，并填入下表。Ed (V)0
9、0.511.522.533.544.555.5f0MHz不并C404并C-4041三）相位鉴频器鉴频特性的测试1. 相位鉴频器的调整：扫频输出探头接TP4， Y输入用开路探头接TP6,使用内频标观察和调整10MHz鉴频S曲线，可调器件为L，T，C，C，C 五个元件。 406401426428429其主要作用为：C29 调中心 10MHz 至 X 轴线。C28 调上下波形对称。C30 调中心 10MHz 附近的的线性。2. 鉴频特性的测试：使载波发生器模块输出载波频率10MHz,幅度0.4 V，接入输入端TP4,用直流电压 P-P表测量输出端TP6对地电压（若不为零，可略微调T3和C29,使其为
10、零）,然后在9.0MHz-11MHz范围内，以相距0.2MHz的点频，测得相应的直流输出电压，并填入下表。f(MHz)9.09.29.49.69.81010.210.410.610.811V (mV)0绘制f-vO曲线，并按最小误差画出鉴频特性的直线（用虚线表示）。三）变容二极管动态调制特性的测量在变容二极管调频器的输入端J1接入1K的音频调制信号Vj。将屯的1-2短接（下面两点），令Ed=2V,连接J2和J3。用双踪示波器同时观察调制信号与解调信号，改变V的幅i度 ，测量输出信号，结果填入下表。V (V )iP-P00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.
11、6V (V )0P-P六、实验注意事项1. 实验前必须认真阅读扫频仪的使用方法。2. 实验时必须对照实验原理线路图进行，要与实验板上的实际元器件一一对应。3. 其它同前。七、预习思考题1. 变容二极管有何特性？有何应用？2. 电容耦合双调谐回路是如何实现鉴频的？3. 相位鉴频器的频率特性为什么会是一条以载波频率为中心的 S 曲线？试从原理上加 以分析。八、实验报告1. 在同一座标纸上画出两根变容二极管的静态调制特性曲线，并求出其调制灵敏度S， 说明曲线斜率受哪些因素的影响。2. 根据实验数据绘制相位鉴频器的鉴频特性fV。曲线。3根据实验数据绘制相位鉴频器的动态调制特性曲线V。V。f,并分析输出波形 产生畸变的原因。4根据实验步骤（四）的测量结果，并结合相频特性测试所得的S曲线，求出变容二极管 输出调频波的频偏Af。
