太原理工大學(xué)高頻實驗四變?nèi)荻O管調(diào)頻

1、本科高頻電子線路實驗報告課程名稱:高頻電子線路實驗名稱:變?nèi)荻O管調(diào)頻實驗四 變?nèi)荻O管調(diào)頻一、實驗?zāi)康?、掌握變?nèi)荻O管調(diào)頻的工作原理;2、學(xué)會測量變?nèi)荻O管的 CjV 特性曲線;3、學(xué)會測量調(diào)頻信號的頻偏及調(diào)制靈敏度。二、實驗原理1、實驗原理(1變?nèi)荻O管調(diào)頻原理所謂調(diào)頻,就是把要傳送的信息(例如語言、音樂作為調(diào)制信號去控制載 波(高頻振蕩信號的瞬時頻率,使其按調(diào)制信號的規(guī)律變化。 設(shè)調(diào)制信號: (t V t =cos ,載波振蕩電壓為:(t A t a o o cos = 根據(jù)定義,調(diào)頻時載波的瞬時頻率 (t 隨 (t 成線性變化,即(t t V K t o f o +=+=cos co

2、s (4-1 則調(diào)頻波的數(shù)字表達式如下:(+=t V K t A t a f o o f sin cos 或 (t m t A t a f o o f +=sin cos (4-2 式中: =V K f 是調(diào)頻波瞬時頻率的最大偏移,簡稱頻偏,它與調(diào)制信 號的振幅成正比。比例常數(shù) K f 亦稱調(diào)制靈敏度,代表單位調(diào)制電壓所產(chǎn)生的頻 偏。式中:F f V K m f f =稱為調(diào)頻指數(shù),是調(diào)頻瞬時相位的最大 偏移,它的大小反映了調(diào)制深度。由上公式可見,調(diào)頻波是一等幅的疏密波,可 以用示波器觀察其波形。如何產(chǎn)生調(diào)頻信號?最簡便、 最常用的方法是利用變?nèi)荻O管的特性直接產(chǎn) 生調(diào)頻波,其原理電路如圖 4

3、 1所示。 圖 4-1 變?nèi)荻O管調(diào)頻原理電路變?nèi)荻O管 j C 通過耦合電容 1C 并接在 N LC 回路的兩端,形成振蕩回路總電 容的一部分。因而,振蕩回路的總電容 C 為:j N C C C += (4-3振蕩頻率為:(2121j N C C L LCf += (4-4加在變?nèi)荻O管上的反向偏壓為:(高頻振蕩,可忽略 調(diào)制電壓 直流反偏 O Q R V V +=變?nèi)荻O管利用 PN 結(jié)的結(jié)電容制成,在反偏電壓作用下呈現(xiàn)一定的結(jié)電容 (勢壘電容 ,而且這個結(jié)電容能靈敏地隨著反偏電壓在一定范圍內(nèi)變化,其關(guān) 系曲線稱 j C R 曲線,如圖 4 2所示。由圖可見:未加調(diào)制電壓時,直流反偏 Q

4、V (在教材稱 0V 所對應(yīng)的結(jié)電容 為 j C (在教材中稱 0C 。當反偏增加時, j C 減小;反偏減小時, j C 增大,其變 化具有一定的非線性, 當調(diào)制電壓較小時, 近似為工作在 j C R 曲線的線性段,j C 將隨調(diào)制電壓線性變化,當調(diào)制電壓較大時,曲線的非線性不可忽略,它將給調(diào)頻帶來一定的非線性失真。 圖 4-2 用調(diào)制信號控制變?nèi)荻O管結(jié)電容我們再回到圖 4 1, 并設(shè)調(diào)制電壓很小, 工作在 j C R 曲線的線性段, 暫 不考慮高頻電壓對變?nèi)荻O管作用。設(shè) t V V Q Q R +=cos (4-5 由圖 4 2(c 可見:變?nèi)荻O的電容隨 R 變化。即: t C C

5、C m jQ j -=cos (4-6 由公式(3可得出此時振蕩回路的總電容為t C C C C C C m jQ N j N -+=+='cos由此可得出振蕩回路總電容的變化量為:(t C C C C C C m j jQ N -=+-'=cos (4-7 由式可見:它隨調(diào)制信號的變化規(guī)律而變化,式中 m C 是變?nèi)荻O管結(jié)電容 變化的最大幅值。我們知道:當回路電容有微量變化 C 時,振蕩頻率也會產(chǎn)生f 的變化,其關(guān)系如下:(4-8式中,是 0f 未調(diào)制時的載波頻率; 0C 是調(diào)制信號為零時的回路總電容,顯 然jQ N o C C C +=由公式(4-4可計算出 0f (調(diào)頻

6、中又稱為中心頻率 。即:將(4-7式代入(4-8式,可得:(4-9頻偏:(4-10C C f f 210(210jQ N C C L f +=t f t C C f t f m =cos cos /(21(00m C C f f /(2100= 圖 4-3 Cj 部分接入回路振蕩頻率: (t f f t f f t f o o +=+=cos (4-11 由此可見:振蕩頻率隨調(diào)制電壓線性變化,從而實現(xiàn)了調(diào)頻。其頻偏 f 與回路 的中心頻率 0f 成正比,與結(jié)電容變化的最大值 m C 成正比,與回路的總電容 0C 成 反比。為了減小高頻電壓對變?nèi)荻O管的作用,減小中心頻率的漂移,常將圖 4 1中

7、的耦合電容 1C 的容量選得較小(與 j C 同數(shù)量級 ,這時變?nèi)荻O管部分接入 振蕩回路,即振蕩回路的等效電路如圖 4 3所示。理論分析將證明這時回路的 總電容為/(11'0j j N C C C C C C += (4-12回路總電容的變化量為:/(11'j j N C C C C C C += (4-12 回路總電容的變化量為(4-13頻偏 :(4-14 式中, (jQ C C C P +=11稱為接入系數(shù)。關(guān)于直流反偏工作點電壓的選取,可由變?nèi)荻O管的 j C R 曲線決定。從jC P C 2' fP C C f P f m =2002' /(21曲線中

8、可見，對不同的 u R 值，其曲線的斜率（跨導(dǎo)）SC = DC j Du 各不相同。u R 較小時， SC 較大，產(chǎn)生的頻偏也大，但非線性失真嚴重，同時調(diào)制電壓不宜過 u R 較大時，SC 較小， 大。 反之， 達不到所需頻偏的要求， 所以 VQ 一般先選在 C j u R 曲線線性較好， 且 SC 較大區(qū)段的中間位置， 大致為手冊上給的反偏數(shù)值， 例： 2CC1C， VQ = 4V 。本實驗將具體測出實驗板上的變?nèi)荻O管的 C j u R 曲線，并 由同學(xué)們自己選定 VQ 值，測量其頻偏 Df 的大小。 （2） 變?nèi)荻O管 C j u R 曲線的測量， 將圖 41 的振蕩回路重畫于圖 44，

9、 其對應(yīng)的振蕩頻率為 f X 。 若去掉變?nèi)荻O管， C jX 代表不同反偏 u RX 時的結(jié)電容， 回路則由 C N 、 L 組成，對應(yīng)的振蕩頻率為 f N ，它們分別為 fx = 1 2p L(C N + C jx （4-15） f = 1 2p LC N （4-16） 圖 4-4 測量 CjVR 曲線 由式（4-15） 、 （4-16）可得： C jx = 2 2 fN - f X2 fN · C = ( - 1 · C N N f X2 f X2 (4-17 f N 、 f X 易測量，如何求 C N ？將一已知電容 CK 并接在回路 LC N 兩端，如圖 6-5

10、所示。此時，對應(yīng)的頻率為 f K ，有 fK = 1 2p L(C N + C K (4-18 由式（4-16） 、 （4-18）可得： CN= f K2 · CK 2 fN - f K2 (4-19 （3）調(diào)制靈敏度 單位調(diào)制電壓所引起的頻偏稱為調(diào)制靈敏度，以 S f 表示，單位為 KHz/V，即 S f = Df uWm 式中， u Wm (4-20 為調(diào)制信號的幅度（峰值） 。 Df 為變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容變化 DC j 時引起的頻率變化量，由于變?nèi)莨懿糠纸尤?諧振回路，則 DCj 引起回路總電容的變化量 DCS 為 DCS = P2DCj 頻偏較小時， Df 與 DCS 的關(guān)系可采

11、用下面近似公式，即 (4-21 Df 1 DCå »- · f0 2 CQ å 將式（4-22）代入（4-20）中得 (4-22 Sf = DC f0 å · 2CQ U Wm å (4-23 式中， DCS 為變?nèi)荻O管結(jié)電容的變化引起回路總電容的變化量， CQS 為靜 態(tài)時諧振回路的總電容，即 CQS = C1 + CC CQ CC + CQ (4-24 調(diào)制靈敏度 S f 可以由變?nèi)荻O管 C j -U 特性曲線上 u W 處的斜率 K C KC 及式 （4-23）計算，Sf 越大，調(diào)制信號的控制作用越強，產(chǎn)生的頻偏越

12、大。 2、實驗線路 見附圖 G1 使用 12V 供電，振蕩器 Q1 使用 3DG12C，變?nèi)莨苁褂?Bb910，Q2 為隔離緩沖 級。 主要技術(shù)指標：主振頻率 f 0 = 10.7 MHZ ，最大頻偏 Df m = ±20 KHZ 。 本實驗中，由 R1、R2、W1、R3 組成變?nèi)荻O管的直流偏壓電路。C3、C4、 C12 組成變?nèi)荻O管的不同接入系數(shù)。IN1 為調(diào)制信號輸入端，由 L4、C8、C7、 C9、C5 和振蕩管組成 LC 調(diào)制電路。 三、實驗內(nèi)容 1、LC 調(diào)頻電路實驗 （1）連接 J82、J84 組成 LC 調(diào)頻電路。 （2）接通電源調(diào)節(jié) W81，在變?nèi)荻O管 D81

13、負端用萬用表測試電壓，使變 容二極管的反向偏壓為 2.5V。 （3）用示波器和頻率計在 TT82 處觀察振蕩波形，調(diào)節(jié) L84，使振蕩頻率為 10.7MHz。 （4）從 IN81 處輸入 1KHz 的正弦信號作為調(diào)制信號（信號由低頻信號源提 供,參考低頻信號源的使用。 信號大小由零慢慢增大，用示波器在 TT82 處觀察振 蕩波形變化,如果有頻譜儀則可以用頻譜儀觀察調(diào)制頻偏） ， 此時能觀測到一條正 弦?guī)А?如果用方波調(diào)制則在示波器上可看到兩條正弦波，這兩條正弦波之間的相 差隨調(diào)制信號大小而變。 （5）分別接 J81、J83 重做實驗 4。 （6） （選做）測繪變?nèi)荻O管的 Cjx VRX 曲線（參看圖 4-4） 。 2、斷開 J81、J83，連接 J82，斷開 IN81 的輸入信號，使電路為 LC 自由振 蕩狀態(tài)。 （1）斷開變?nèi)荻O管 Cj（即斷開 J84） ，用頻率計在 TT82 處測量頻率 fN。 （2）斷開 Cj，接上已知