变容二极管调频器实验报告.docx

变容二极管调频器实验报告太原理工大学现代科技学院高频电子线路课程实验报告专业班级测控1001班学号姓名指导教师实验四变容二极管调频一、实验目的 1、掌握变容二极管调频的工作原理; 2、学会测量变容二极管的Cj~V特性曲线; 3、学会测量调频信号的频偏及调制灵敏度。二、实验仪器 1、双踪示波器一台 2、频率特性扫频仪一台三、实验原理与线路 1、实验原理变容二极管调频原理所谓调频,就是把要传送的信息作为调制信号去控制载波的瞬时频率,使其按调制信号的规律变化。设调制信号:???t??V?cos?t,载波振荡电压为:a?t??Aocos?ot根据定义,调频时载波的瞬时频率??t?随???t?成线性变化,即??t???o?KfV?cos?t??o???cos?t则调频波的数字表达式如下:af?t??Aocos???ot?? ?KfV??sin?t???? 或af?t??Aocos?ot?mfsin?t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。式中:mf?KfV????????fF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。由上公式可见,调频波是一等幅的疏密波,可以用示波器观察其波形。如何产生调频信号?最简便、最常用的方法是利用变容二极管的特性直接产生调频波,其原理电路图6—1所示。?? 图6-回路的两端,形成振荡回路总电容的一部分。因而,振荡回路的总电容C为:?Cj振荡频率为:f?1 2?LC?1 2??Cj) 加在变容二极管上的反向偏压为:VR?VQ?直流反偏?????调制电压???O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,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Cj~?R曲线,如图6—2所示。由图可见: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Cj~?R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。?? 图6-2用调制信号控制变容二极管结电容我们再回到图6—1,并设调制电压很小,工作在Cj~?R曲线的线性段,暂不考虑高频电压对变容二极管作用。设?R?VQ?VQcos?t由图6—2可见:变容二极的电容随υR变化。即:Cj?CjQ?Cmcos?t由公式可得出此时振荡回路的总电容为C??CN??CjQ?Cmcos?t由此可得出振荡回路总电容的变化量为:?C?C??CN?CjQ??Cj??Cmcos?t由式可见:它随调制信号的变化规律而变化,式中Cm是变容二极管结电容变化的最大幅值。我们知道: 当回路电容有微量变化?C时,振荡频率也会产生?f的变化,其关系如下:?? ?f1?C??f2C0 式中f0,是未调制时的载波频率;C0是调制信号为零时的回路总电容,?CjQ由公式可计算出f0。 f0? 即:12??CjQ)将式代入式,可得: ?f(t)? 1(f0/C0)Cmcos?t??fcos?t2 ?f? 频偏:1(f0/C0)Cm2 st 振荡频率:f?t??fo??f?t??fo??fco? 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6—1中的耦合电容C1的容量选得较小,这时变容二极管部分接入振荡回路,即振荡回路的等效电路如图6—3所示。理论分析将证明这时回路的总电容为'?C1?Cj/(C1?Cj)(6-12)回路总电容的变化量为?C'?P2?Cj 图6-3Cj部分接入回路 1?f'?P2?(f0/C0)Cm?P2?f2频偏:(6-14) 式中,P?C1C1?CjQ称为接入系数。关于直流反偏工作点电压的选取,可由变容二极管的Cj~?R曲线决定。从曲线中可见,对不同的?R值,其曲线的斜率SC??Cj??各不相同。?R较小时,SC较大,产生的频偏也大,但非线性失真严?? ?R较大时,SC较小,重,同时调制电压不宜过大。反之,达不到所需频偏的要求,所以VQ一般先选在Cj~ ?R曲线线性较好,且SC较大区段的中间位置,大致为手册上给的反偏数值,例:2CC1C,VQ?4V。本实验将具体测出实验板上的变容二极管的Cj~?R曲线,并由同学们自己选定VQ值,测量其频偏?f的大小。变容二极管Cj~?R曲线的测量,将图6—1的振荡回路重画于图6—4,CjX代表不同反偏?RX时的结电容,其对应的振荡频率为fX。若去掉变容二极管,、L组成