调频电路通信电子电路实验

1、通信电子电路实验通信电子电路实验u调频电路调频电路 调频电路调频电路 掌握变容二极管调频的工作原掌握变容二极管调频的工作原理理 学会测量变容二极管的学会测量变容二极管的Cj-V特性特性曲线曲线 学会测量调频信号的频偏级调制学会测量调频信号的频偏级调制灵敏度灵敏度 实验目的实验目的实验原理 所谓调频，就是用调制信号去控制载波（高频振荡）的瞬时频率，使其按调制信息的规律变化。设调制信号：v(t)=Vmcost载波vC(t)=VCmcos(Ct+)。 根据定义，调频时载波的瞬时频率随调制信号线性变化，载波频率的变化为(t)=kfv(t)=kfVmcost=mcost调频信号的表示可以写成vFM(t)

2、=Vm0cos(Ct+mfsint+0) 式中：KfV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。mfKfV/f / F 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。产生调频信号最常用的方法是利用变容二极管的特性直接产生调频波，其原理电路如图所示。 振荡器NCovQVvR1CL2CCj由于变容二极管Cj的电容值随外加电压v的变化而变化，因此振荡器输出信号vo的频率也随着v的幅值变化，实现调频。变容二极管Cj通过耦合电容C1并接在LCN回路的两端，形成振荡回路总电容的一部分。如C1取值较大，振荡回路

3、的总电容C=CN+Cj振荡频率为：加在变容二极管上的反向偏压为：VR=VQ（直流反偏）+（调制电压）+0（高频振荡，可忽略）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CjR曲线，如图所示。未加调制电压时，直流反偏VQ所对应的结电容为Cj。当反偏增加时，Cj减小；反偏减小时，Cj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CjR曲线的线性段，Cj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。 CjCjQ0t0t0uDuUQCjQCj

4、uD设未调制时的载波频率为f0，C0为调制信号为0时的回路总电容，Cm是变容二极管结电容变化的最大幅值，则频偏振荡器振荡频率由此可见：振荡频率随调制电压线性变化，从而实现了调频。其频偏f与回路的中心频率f0成正比，与结电容变化的最大值Cm成正比，与回路的总电容C0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1中的耦合电容C1的容量选得较小（与Cj同数量级），形成部分接入式变容二极管调频电路。对部分接入式变容二极管调频电路进行理论分析可得到其频偏公式：式中为接入系数。关于直流反偏工作点电压的选取，可由变容二极管的CjR曲线决定。从曲线中可见，对不同的R值，其曲线得斜率（

5、跨导）SC=Cj /各不相同。R较小时，SC较大，产生得频偏也大，但非线性失真严重，故调制电压不宜过大。反之，R较大时，SC较小，达不到所需频偏的要求，所以VQ一般先选在CjR曲线线性较好，且SC较大区段的中间位置，一般取手册上给的反偏数值。本实验将具体测出实验电路上的变容二极管的CjR曲线，并由同学们自己选定VQ值，测量其频偏f的大小。调制灵敏度单位调制电压所引起的频偏称为调制灵敏度，以Sf表示，单位为KHz/V，即式中，um为调制信号的幅度（峰值）。Sf越大，调制信号的控制作用越强，产生的频偏越大。 设计一设计一变容二极管调频电路变容二极管调频电路 1、电路结构、电路结构 调频电路调频电路

6、 高频振荡高频振荡调频调频射随射随12C122u12R351KBCEQ19013BCEQ2901312R64712R520K12R141K12C622u12R1515012C11330P12C5470P12R710012C2100P12L1321812R4100K12C90.1+5V312C40.112C120.112R85.6KBCEQ3901812R171K12C70.112R1027012C31n112233J2JUMP2112233J1JUMP211Y1AUDIO IN+5V3X1Y2Y2FM OUT12R1210011Y5TTL OUT11Y4VT IN 12C847u+5V1A2K

7、D1LED112233445566S1SW12R947012R1610012R111001A2KD2MV2105111AGND12R151K12R220K11Y3FM OUT112AGND12C1047P12R1310K112233J3JUMP2+5V3饱和放大饱和放大 2、基本工作原理、基本工作原理 ：该电路是基本放大电路组成的该电路是基本放大电路组成的LC振荡电路，由调制信号控振荡电路，由调制信号控制并改变变容二极管的电容量，从而改变输出信号的频制并改变变容二极管的电容量，从而改变输出信号的频率，达到调频的目的。调制信号由耦合电容率，达到调频的目的。调制信号由耦合电容C5输入，经输入，经电

8、感电感L2加到变容二极管的阴极。加到变容二极管的阴极。C5是耦合电容，调制信号是耦合电容，调制信号要通过它加到要通过它加到VD上，调制信号的频率一般为几百上，调制信号的频率一般为几百Hz到几到几十十kHz，故应取几，故应取几F几十几十F。C6是滤波电容，用于减小高频信号对调制电路的影响，一般是滤波电容，用于减小高频信号对调制电路的影响，一般取几十取几十pF。电感。电感L2对高频振荡信号呈现断路，对低频对高频振荡信号呈现断路，对低频US呈现短路，用于阻断呈现短路，用于阻断US与调频电路间的高频通路。与调频电路间的高频通路。电阻电阻RW+R6与与R7构成变容二极管的偏置电路，为变容二极管构成变容二

9、极管的偏置电路，为变容二极管提供静态提供静态UQ电压值。电压值。 实验任务一实验任务一: 调频电路设计调频电路设计 R5是隔离电阻，用于减小偏置电路对振荡回路的影是隔离电阻，用于减小偏置电路对振荡回路的影响以及调制信号对响以及调制信号对UQ的影响。的影响。R1R4为共基极放大电路提供静态偏置电压，其工作为共基极放大电路提供静态偏置电压，其工作点设置应偏向截止区。点设置应偏向截止区。Q2为射极跟随器，是输出缓冲电路为射极跟随器，是输出缓冲电路3、电气指标、电气指标中心频率；中心频率；频率稳定度；频率稳定度；调频最大频偏；调频最大频偏；调频信号输出幅度。调频信号输出幅度。4、设计条件、设计条件电源

10、电压电源电压12V；变容二极管型号为变容二极管型号为2CC1E。 。1210,47LH LH 实验任务一实验任务一: 调频电路设计调频电路设计 6.5ofMHz45 10/ooffh 75mfKHz00.5UV（1）振荡器部分：根据振荡器的理论，基）振荡器部分：根据振荡器的理论，基本放大器的工作点应偏向截止区的原则，本放大器的工作点应偏向截止区的原则，可设计较小的可设计较小的VBQ 。设设ICQ1=1mA，UCEQ1=8V，UR4=1V则则R4=1k，R3=3k ，UBQ1=UR4+0.7V=1.7V取取R2=16k，则，则R1=100k（2）射随电路：）射随电路：按最大动态范围设计按最大动态

11、范围设计调频电路设计提示调频电路设计提示 设设ICQ2=3mA，UCEQ2=6V，则，则R10=2k。取取R8 =R9 =51k；取大可提高；取大可提高Q2输入输入阻抗。阻抗。（3）动态元件参数：）动态元件参数：调频电路设计提示调频电路设计提示 C1取初值取初值 暂时不考虑暂时不考虑C4和和Cj时，而且时，而且C2、C3远大远大于于C1，取，取C1的初值的初值1122660121160(2)26.5 1010 10ofLHLCCPFfL已定 10则l由由2CC1E曲线，查出曲线，查出 VQ4V，Cj55.83PF。V（V）1234567Cj(PF)90.0372.4562.4955.8347.

12、1844.1641.66当当VQ4V时，时，(43 )1C6.66;(42 )2C16.62;jjVVVVPFVVVVPF时，时， 调频电路设计提示调频电路设计提示 l接入系数接入系数P的选取及的选取及C4取值取值404411j4C1P,CC2C CCC;CCjjjfLCCPC总电容：P的大小决定的大小决定C对对f0影响程度。若影响程度。若P大些，大些，L1C1C2C3回路对回路对CJ的影响大（不利），一方的影响大（不利），一方面面CJ受影响大，另一方面受影响大，另一方面CJ对振荡频率对振荡频率f0的调的调制作用也大，制作用也大，CJ变化可产生较大频偏。若变化可产生较大频偏。若P小小些，优点是

13、振荡回路些，优点是振荡回路L1C1C2C3对对CJ的影的影响小，缺点是响小，缺点是CJ的变化对的变化对f0的影响也小。的影响也小。 调频电路设计提示调频电路设计提示 024144PCPC77jQJQQJQJfC CCCCCPFCC分析 对的影响程度串联调频电路设计提示调频电路设计提示 22220.2V1VCPC0.26.6PF0.264PFC110.264 6.511.12 C2770.2VV CPC0.216.6PF0.66PFC1 2 CjmoQjmoQPffMHzKHzPff，时， （），2 时，（）10.666.527.8277PCPmMHzKHzf结论： 0.2时，偏小，由于变化有限

14、，应加大 。调频电路设计提示调频电路设计提示 22220.3VV CPC0.36.6PF0.594PFC110.594 6.525.12 C2770.3VV CPC0.316.6PF1.49PFC1 2 CjmoQjmQPffMHzKHzPf，1 时，（）；，2 时，（）11.496.563.32770.3VV omfMHzKHzPf所以取，2 时，满足要求。调频电路设计提示调频电路设计提示 4423PC0.3 55.823.9,11 0.324PF1000PF4700PFCCCPPFCPFPCCC44QjQj 取；取；可取2200PF.256100 H102200PFLCFC取，取，取。调频

15、电路设计提示调频电路设计提示 l求求C4：DQDQDQ7677654V3V1V7V1mA7V776.8112755.111121 ,7272 = 100kDQwWWVVVIVVRKKmAVVRKKmARVVVVRRRRKRKR取，则取 ，时；，取，取则时；，取变容二极管反偏时电流为零，取调频电路设计提示调频电路设计提示 lR5、R6 、R7、RW 取值：取值：l综上所述，元件取值为：综上所述，元件取值为：CC1C2C3C4C5C6C70.1F100PF2200PF2200PF24PF10 F2200PF0.1 FC8R1R2R3R4R5R6R70.1F100K16K3K1K100K5.1K6.

16、8KR8R9R10L1L2VD51K51K2K10H100H2CC1E调频电路设计提示调频电路设计提示 1、静态工作点测量：（去掉振荡元件，电路、静态工作点测量：（去掉振荡元件，电路不振荡。用万用表直流电压档测量）不振荡。用万用表直流电压档测量）Q1UBQ1/VUCQ1/VUEQ1/VUCEQ1/VIQ1/mA理论值理论值1.79181实测值实测值Q2UBQ2/VUCQ2/VUEQ2/VUCEQ2/VIQ2/mA理论值理论值6实测值实测值调频电路调测调频电路调测 2、在不加调制信号的情况下，调整电位器，测出、在不加调制信号的情况下，调整电位器，测出UQmax和和UQmin

17、 。再使。再使UQ等于等于UQmax和和UQmin 的中的中间值，调整振荡元件，使输出信号频率间值，调整振荡元件，使输出信号频率f0=6.5MHz3、调整、调整RW，在，在UQmax和和UQmin之间每隔之间每隔0.5V为一测为一测试点，测出试点，测出f0UQ对应曲线对应曲线UQ/VUQmaxUQmax -0.5UQmax -1f/MHzUQ/V UQminf/MHz调频电路调测调频电路调测 调频电路调测调频电路调测 4、由测出的数据，选取线性度较好的调制范围，在、由测出的数据，选取线性度较好的调制范围，在线其中点确定实际选定的线其中点确定实际选定的UQ。在。在 2V范围内以范围内以UQ为中点

18、，调整为中点，调整RW，每隔，每隔0.2V为一测试点，重新为一测试点，重新测量测量f0UQ曲线并计算静态下的调制灵敏度。曲线并计算静态下的调制灵敏度。(/)fQfSkHz VU静UQ/Vf/MHzUQ/Vf/MHz5、根据静态灵敏度的调测结果，可以分析出调、根据静态灵敏度的调测结果，可以分析出调频电路能否达到最大频偏的要求，并可据此频电路能否达到最大频偏的要求，并可据此确定输入调制信号确定输入调制信号USMOPP的幅度要求。的幅度要求。6、由第、由第5步测试，可得，得到动态调制灵敏度。步测试，可得，得到动态调制灵敏度。smoppUVsm(/)ffSkHz VU动调频电路调测调频电路调测 7、输入符合幅度要求的调制信号、输入符合幅度要求的调制信号US ，用示波，用示波器观测并