变容二极管调频实验ppt课件

1、高频电子线路实验高频电子线路实验 变容二极管变容二极管 频率调制实验频率调制实验 ( 5 )( 5 ) 一、实一、实 验验 目目 的的3、理解变容二级管调频的静态调制特性与动态调制特性概念和测试方法。1 1、了解频率调制、了解频率调制(FM)(FM)的基本工作原理；的基本工作原理；2、掌握用变容二极管实现调频(FM)的原理与过程；二、实二、实 验验 内内 容容1 1 变容二极管静态调制特性实验变容二极管静态调制特性实验 2 2 变容二极管动态调制特性实验变容二极管动态调制特性实验 三、实验应知知识三、实验应知知识 所谓调频，就是把所要传送的信息例如语言、音乐等所谓调频，就是把所要传送的信息例如

2、语言、音乐等作为调制信号作为调制信号,去控制载波信号的频率，使其按照调制信号幅度去控制载波信号的频率，使其按照调制信号幅度的大小变化的大小变化,而振幅保持恒定的一种调制方式。而振幅保持恒定的一种调制方式。1 1什么是频率调制什么是频率调制FMFM）tVttVctVFM 由此可见由此可见:UFM:UFM为等幅疏密波，疏密的变化与调制为等幅疏密波，疏密的变化与调制信号有关，调制信号寄托于等幅波的疏密之中或单位信号有关，调制信号寄托于等幅波的疏密之中或单位时间内过零点的数目之中。其数学表达式为时间内过零点的数目之中。其数学表达式为: :)(tsinmtcosUufccFM三、实验应知知识三、实验应知

3、知识直接法的特点是直接法的特点是:振荡器与调制器合二为一。振荡器与调制器合二为一。2.2. 常用调频方法常用调频方法产生调频信号的常用方法有：产生调频信号的常用方法有：1)1)直接法直接法 直接法主要有变容二极管直接调频、电抗管直接调频和晶体振直接法主要有变容二极管直接调频、电抗管直接调频和晶体振荡器直接调频等方法。其中，变容二极管直接调频最常用。荡器直接调频等方法。其中，变容二极管直接调频最常用。直接法直接法间接法间接法 直接法就是用调制信号控制振荡器的频率通过改变振荡回直接法就是用调制信号控制振荡器的频率通过改变振荡回路元件参数来实现）。路元件参数来实现）。 这种方法的主要优点这种方法的主

4、要优点:在实现线性调频的要求下，可以获得较在实现线性调频的要求下，可以获得较大的频偏大的频偏. 其主要的缺点其主要的缺点: 频率稳定度差。频率稳定度差。三、实验应知知识三、实验应知知识高稳定度高稳定度载波振荡器载波振荡器 相位相位调制器调制器积分积分 电路电路多级倍频多级倍频和混频器和混频器)(tu 窄带窄带)(tuFM宽带宽带 )(tuFMdttu)( 间接法就是把振荡与调制器分开，即采用高稳定度的晶体振荡器作为主振级,先对调制信号积分，再调相，然后从调相器获得调频信号。这样一来就可得中心频率稳定度高的调频信号，但最大相偏有限。2) 2) 间接法间接法因为在间接调频时，要获得线性调频必需以线

5、性调相为基础。但在实现因为在间接调频时，要获得线性调频必需以线性调相为基础。但在实现线性调相时，要求最大瞬时相位偏移线性调相时，要求最大瞬时相位偏移 ，因而线性调相的范围，因而线性调相的范围很窄，因此转换成的调频波的最大频偏很窄，因此转换成的调频波的最大频偏 很小，即：很小，即：m f1m f1，这是间，这是间接调频法的主要缺点。接调频法的主要缺点。om30 mf 但最大频偏小的缺点可以通过多级倍频器后获得符合要求的调频频偏，但最大频偏小的缺点可以通过多级倍频器后获得符合要求的调频频偏，另外采用混频器变换频率可以得到符合要求的调频波工作范围。另外采用混频器变换频率可以得到符合要求的调频波工作范

6、围。三、实验应知知识三、实验应知知识三、实验应知知识三、实验应知知识3. 3. 调频信号的参数调频信号的参数（1 1最大角频偏最大角频偏m（2 2调制系数调制灵敏度调制系数调制灵敏度 ) )fkV)(rad/smmfUk它表示它表示 对瞬时角频率的控制能力，即单位调制电压所引对瞬时角频率的控制能力，即单位调制电压所引起的频偏量，是产生起的频偏量，是产生FMFM信号电路的重要参数。信号电路的重要参数。U（3 3调频指数调频指数mmmfFfm 它是单音调制信号引起的最大瞬时相角偏移它是单音调制信号引起的最大瞬时相角偏移 量，量，又称调制深度，但又称调制深度，但 与与F F成反比。成反比。 可以大于

7、可以大于1 1，而且常常，而且常常远远大于远远大于1 1。Umffmfm 它是瞬时角频率它是瞬时角频率 的最大值；反映了频率受调制的程度，的最大值；反映了频率受调制的程度，是衡量调频质量的重要指标。是衡量调频质量的重要指标。 )(t三、实验应知知识三、实验应知知识4 4 带宽带宽)(2) 1(2FfFmBmfs假设假设 1 1，那么，那么 ，为宽带，为宽带调频。调频。fmmsfB2cf 由于由于FMFM信号的能量主要集中在信号的能量主要集中在 附近，因此，忽略掉附近，因此，忽略掉其它一些振幅很小的边频分量，在工程上定义其它一些振幅很小的边频分量，在工程上定义FMFM信号带宽为：信号带宽为：fm

8、FBs2 假设假设 1 1，那么，那么 ，为窄带调频；，为窄带调频； 三、实验应知知识三、实验应知知识5.5.变容二极管的特点与压控特性变容二极管的特点与压控特性二极管的二极管的PNPN结结具有电容效应具有电容效应 扩散电容，正向偏置，电容效应比较小。扩散电容，正向偏置，电容效应比较小。 势垒电容，反向偏置势垒电容，反向偏置 ，电容效应大。，电容效应大。 所以为利用所以为利用PNPN结的势垒电容，变容二极管应工作在反向偏置状态结的势垒电容，变容二极管应工作在反向偏置状态. . 当当PN结反向偏置时，结电容会随外加反向偏压而变化，而专用的变容结反向偏置时，结电容会随外加反向偏压而变化，而专用的变

9、容二极管，是经过特殊工艺处理控制半导体的掺杂浓度和掺杂的分布使二极管，是经过特殊工艺处理控制半导体的掺杂浓度和掺杂的分布使势垒电容能灵敏地随反向偏置电压的变化而呈现较大变化的压控变容元件。势垒电容能灵敏地随反向偏置电压的变化而呈现较大变化的压控变容元件。1)变容二极管结构特点2)2)变容二极管压控特性变容二极管压控特性三、实验应知知识三、实验应知知识 变容二极管结电容变容二极管结电容Cj的大小的大小,随其随其PN结所加反偏电压结所加反偏电压uR变化的关系，变化的关系，称变容二极管的压控特性。称变容二极管的压控特性。结电容结电容CjCj与反偏电压与反偏电压uD uD 的关系：的关系：rDRuuC

10、oCj)1 ( 式中：式中：CoCo：uR=0 uR=0 时的电容零偏置电容）时的电容零偏置电容）uR：外加反向偏置电压uD :PN结势垒电位差(硅管约为0.6V)。 r: 结电容变化指数，通常结电容变化指数，通常=1/21/3，经特殊工艺制成的，经特殊工艺制成的超实变结超实变结 电容电容 =15 可以看出可以看出Cj与与uR之间是非线性关系，即变容二极管属于非线性电容，这种之间是非线性关系，即变容二极管属于非线性电容，这种非线性电容基本上不消耗能量，产生的噪声量级也较小，是较理想的高效率，低非线性电容基本上不消耗能量，产生的噪声量级也较小，是较理想的高效率，低噪声非线性电容。噪声非线性电容。

11、=1/2=1/2为实变结为实变结=1/3=1/3为缓变结为缓变结1 1为超实变结为超实变结三、实验应知知识三、实验应知知识6. 6. 变容二极管直接调频的原理电路变容二极管直接调频的原理电路 为了突出调频性能的分析，下图只画出了它的高频交流等效电路，为了突出调频性能的分析，下图只画出了它的高频交流等效电路，没有画出直流馈电电路。没有画出直流馈电电路。 图中；图中；C3为高频偶合电容，为高频偶合电容，C4为偶合隔直电容，为偶合隔直电容，LD为高频扼流圈，为高频扼流圈，阻止高频电流经过调制信号源被旁路，右图为振荡器交流等效电路，阻止高频电流经过调制信号源被旁路，右图为振荡器交流等效电路，C j与振

12、荡器回路并联，与振荡器回路并联，R1，R2为为C j的偏置电路，为的偏置电路，为C j提供静态直流偏压提供静态直流偏压 221RRREUCo ，而二极管的反偏电压为：，而二极管的反偏电压为： )(tuUuoR +uR-LCjC1C2VTLCjC1C2VTLDC3C4ECR2+u-R1+Uo-1 1全接入式变容二极管直接调频全接入式变容二极管直接调频7.7.变容二极管直接调频法的全接入式和部分接入方式变容二极管直接调频法的全接入式和部分接入方式 若Cj为回路的总电容，如图A所示为全接入式变容二极管直接调频电路。图中C1很大，所以决定振荡频率的等效电路为图B），其振荡频率为LC1CjL2R1R2R

13、3VccLCjjLCt1)(三、实验应知知识三、实验应知知识 部分接入式振荡回路如所示，部分接入式振荡回路如所示，CjCj为回路电容的一部分，为回路电容的一部分，总电容总电容C C为为: :2) 2) 部分接入式变容二极管直接调频部分接入式变容二极管直接调频 LCjC1C2QQCtcosmCCCCCCCCCC1221j2j21振荡频率为振荡频率为: :)2coscos1 (2coscosLC1)(2212LLtmAtmAtttcmmccQQcCCCCCL2211三、实验应知知识三、实验应知知识 实验应知知识介绍完毕实验应知知识介绍完毕实实 验验 开开 始始谢谢谢谢! ! a a、注意安全操作规

14、程，确保人身安全、注意安全操作规程，确保人身安全注意人身安全和仪器设备的安全注意人身安全和仪器设备的安全为了防止器件损坏，在切断实验电路板上的电源后才能改接电路。为了防止器件损坏，在切断实验电路板上的电源后才能改接电路。调换仪器时应切断实验仪器的电源。调换仪器时应切断实验仪器的电源。 逐步养成用右手进行单手操作的习惯。逐步养成用右手进行单手操作的习惯。 b b、爱护仪器设备、爱护仪器设备仪器在使用过程中，不必经常开关电源。仪器在使用过程中，不必经常开关电源。切忌无目的的拨弄仪器面板上的开关和按钮。切忌无目的的拨弄仪器面板上的开关和按钮。仪器设备出现问题，请向老师寻求帮助，请勿随便调换配件。仪器

15、设备出现问题，请向老师寻求帮助，请勿随便调换配件。实验现场的操作规程实验现场的操作规程 图中，图中，BG2 BG2 本身为电容三点式振荡器级，它与本身为电容三点式振荡器级，它与BG1BG1变容二极管一起组成变容二极管一起组成了直接调频器。了直接调频器。BG3 BG3 为共射放大器，为共射放大器，BG4 BG4 为射极跟随器。为射极跟随器。W1 W1 用来调节变容二极用来调节变容二极管偏压，管偏压，W2 W2 用来调节用来调节 BG2 BG2 级的静态工作点，它们都会影响级的静态工作点，它们都会影响 FMFM波载波频率。波载波频率。W3W3用来调节输出用来调节输出OUTOUT电压幅度。电压幅度。

16、 三、实验应知知识三、实验应知知识1 1。实验变容二极管调频电路。实验变容二极管调频电路 式中，式中，CS = (C2CjC4)+( C5C6C7)CS = (C2CjC4)+( C5C6C7)（若接通（若接通 K1K1，则用，则用 C3+C4 C3+C4 取代取代 C4C4）。）。 对输入音频信号而言，对输入音频信号而言，C1C1、L1 L1 短路，短路，C2 C2 开路，从而音频信号可加到变容二极管开路，从而音频信号可加到变容二极管 BG1 BG1 上。只要改变上。只要改变 CjCj，即可改变，即可改变 CSCS，从而改变振荡频率，这就是变容二极管调频器的，从而改变振荡频率，这就是变容二极

17、管调频器的工作原理。工作原理。三、实验应知知识三、实验应知知识2 2。实验变容二极管调频等效电路。实验变容二极管调频等效电路 等效电路如图，图等效电路如图，图a)a)可见，加到变容二极管上的直流偏置就是可见，加到变容二极管上的直流偏置就是+12V+12V经由经由 R3R3、W1 W1 分压分压后，从后，从 W1 W1 滑动端上取出的电压，因而调节滑动端上取出的电压，因而调节 W1 W1 即可调整偏压。由图即可调整偏压。由图 (b)(b)可见，该调频可见，该调频器本质上是一个电容三点式振荡器共集接法），变容二极管经由器本质上是一个电容三点式振荡器共集接法），变容二极管经由 C4C4或或 C3+C

18、4C3+C4再加再加到回路的到回路的 L2 L2 上，因而是属于变容二极管取部分接入的电路。接通上，因而是属于变容二极管取部分接入的电路。接通 K1 K1 可增大接入系数。可增大接入系数。显然，振荡频率显然，振荡频率 fo fo 为：为：1 1。 LCLC振荡电路调整振荡电路调整 输入输入“ININ端先不接音频调制信号，同时将耦合电容端先不接音频调制信号，同时将耦合电容C3C3不接。将数字存贮不接。将数字存贮示波器的示波器的“CH1CH1探头接到调频器单元探头接到调频器单元“OUTOUT端，检测端，检测LCLC振荡器的输出信号，振荡器的输出信号，适当调节振荡器适当调节振荡器V1V1管的基极偏置

19、电位器管的基极偏置电位器RP2RP2，使得振荡器输出信号波形正弦，使得振荡器输出信号波形正弦波最大且不失真。波最大且不失真。 适当调节放大器适当调节放大器V2V2管的输出幅度调节电位器管的输出幅度调节电位器RP3RP3，使输出信号的幅度最大，此，使输出信号的幅度最大，此后应保持后应保持RP2RP2和和RP3RP3不变。不变。 记录此时记录此时LCLC振荡器输出信号的频率、幅度与电信号波形。振荡器输出信号的频率、幅度与电信号波形。五、实验内容五、实验内容2. 2. 变容二极管调频振荡器静态调制特性调测变容二极管调频振荡器静态调制特性调测变容管直流偏置VD（V）12345678不接C3fo(MHZ

20、)接入c3 按表所列的数据要求，分别接或不接耦合电容按表所列的数据要求，分别接或不接耦合电容C3C3，以，以1V1V电压为步进，逐电压为步进，逐点调整点调整RP1RP1电位器，将测试数据记录于表中。电位器，将测试数据记录于表中。五、实验内容五、实验内容 当以上各点测试完成后，适当调整当以上各点测试完成后，适当调整Rp1Rp1电位器，使调频振荡频率输出信号的频电位器，使调频振荡频率输出信号的频率为率为6.5MHz6.5MHz，并用电压表记录此时，并用电压表记录此时VD=? VVD=? V。 根据测量数据结果，按图所示，作出根据测量数据结果，按图所示，作出f-VDf-VD特性曲线特性曲线, ,。体

21、会变容二极管结电。体会变容二极管结电容容CjCj随随VDVD变化的关系变化的关系. .3 3 变容二极管调频动态调制特性的测量变容二极管调频动态调制特性的测量 调制信号，加到调频器的输入调制信号，加到调频器的输入“ININ端。并以此信号作示波器的同步信号，端。并以此信号作示波器的同步信号，加入示波器的加入示波器的“CH1CH1通道。通道。载信号：载信号：6.5MHz/1.5-2Vp-p(6.5MHz/1.5-2Vp-p(调整调整RP3)RP3)调制信号调制信号:1-2KHz/0.5V-1Vp-p:1-2KHz/0.5V-1Vp-p不接不接C3C3耦合电容耦合电容 用示波器的用示波器的“CH2CH2通道观察通道观察FMFM调制器的调制器的“OUTOUT端的调频信号输出波形。端的调频信号输出波形。由于载波的频率为由于载波的频率为6.5MHZ6.5MHZ，观察时，应适当调整