變容管調頻和鑒頻

變容管調頻和鑒頻第1頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.直接調頻:

用調制電壓去控制LC回路參數(shù)，其特點是：振蕩調制同時進行，故頻率穩(wěn)定性較差，但其頻偏大，電路簡單。常用的是變容二極管直接調頻電路和電抗管調頻。由于變容二極管工作頻率范圍寬，固有損耗小，使用方便，電路簡單，故本節(jié)介紹變容管調頻及其實驗仿真。從調頻信號中解調出調制信號的電路稱為頻率檢波器或鑒頻器。常用的鑒頻器有相位鑒頻器、比例鑒頻器、振幅鑒頻器、正交鑒頻器、鎖相環(huán)鑒頻器等。本實驗主要討論的是集成差動峰值鑒頻器。第2頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月試驗任務與要求實驗目的了解變容二極管調頻振蕩器的工作原理掌握調頻振蕩器的設計方法及組成電路掌握調頻振蕩器的調整方法和測試方法了解集成鑒頻器的工作原理及性能分析掌握鑒頻特性的調整和測試方法

第3頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗儀器高頻信號發(fā)生器QF1055A一臺;超高頻毫伏表DA22A一臺;頻率特性測試儀BT－3C一臺;直流穩(wěn)壓電源HY1711－2一臺;數(shù)字示波器TDS210一臺.第4頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗任務與要求

基本命題基本實驗的實驗線路及說明

實驗線路見圖1，使用12V供電，振蕩器三極管用9018，變容管用2CC1D。Rw2、R3、R4組成變容管的直流偏壓電路，ZL為軛流電感，R為隔離電阻，調制信號經(jīng)C5耦和至變容二極管，該電路變容管在合適的靜偏壓下便可實現(xiàn)線性調頻。第5頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1.變容管調頻振蕩器實驗電路圖如下：第6頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月

實驗內容1.實驗前應先進行計算機仿真，可分析下述內容:a：變容管靜偏壓對調頻振蕩器的影響。

b：調制電壓對變容管的影響。2.用萬用表判斷振蕩器是否起振

a：若Ub－Ue<0，振蕩器工作在丙類，振蕩很強。

b：若Ub－Ue=0～0.4V,也起振,工作在甲乙類。

c:若Ub－Ue=0.5V～0.7V,振蕩器可能起振,也可能不起振。判斷法：可短路LC回路，測量Ue的變化，短路后Ue↓，說明原來已起振，否則不起振。第7頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月3.電路調整：調整振蕩器的工作點為1～3mA，在輸出端用示波器觀察波形，使波形無失真，幅度最大，記下此時三極管的各極直流電壓。4.靜態(tài)調制特性的測量

a.變容管偏壓從最小值到最大值，間隔0.5V，Cc＝51pF測出相應f的變化，作出f

～

EQ曲線。

b.改變變容管的耦合電容Cc,取Cc=100pF,重復上述步驟。

c.描繪Cc為不同值時的靜態(tài)調制特性。

第8頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月5.LC調頻電路實驗

a.接通電源調節(jié)Rw2，在變容管的負端用萬用表測試電壓，使變容管的偏壓為4V。

b.用示波器和數(shù)字頻率計在輸出端分別觀測頻率，在波形最大不失真的情況下，調電感L，使振蕩頻率為10MHz。

c.輸入1KHz的正弦調制信號（用EE1641產(chǎn)生），慢慢增加其幅度，用示波器在輸出端觀察振蕩波形（如有頻譜儀則可觀察調制頻偏）。將調制波形換為方波，輸出如何。第9頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月

a.用頻譜儀觀測調頻信號，記下不同調制電壓所對應的頻偏大小，并計算調制靈敏度的數(shù)值。

b.改變Cc，觀測頻偏與接入系數(shù)的關系（測試時應同等條件，即偏壓相同，調制電壓相同）。6.動態(tài)調制特性的測量（選做）第10頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月7.改變調制信號頻率，觀察調頻波的變化情況。

8.改變偏置電壓大小，觀察調頻波的變化情況。

第11頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月擴展命題1.當變容管偏壓選在靜態(tài)調制特性的線性端中間，調制信號比較小，與偏壓選在非線性段，而調制信號較大時，得到的調制波經(jīng)解調后，試分析這兩種波形有什么差別？用實驗說明。2.如何減小調頻波的非線性失真

？3.鑒頻特性曲線的測量（S型鑒頻特性曲線）

實驗箱鑒頻電路為集成差動峰值鑒頻器，其原理參見文獻〔3〕P228～P230。曲線測量可用兩種方法:a.逐點法第12頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月

b.掃頻法（也稱連續(xù)法）本實驗建議用連續(xù)法，測量時將掃頻輸出加到實驗板輸入端，用直通測試電纜（不帶檢波探頭）連至掃頻儀輸入端，合適調整衰減及中心頻率度盤，即可觀測特性曲線。4.將調頻振蕩器和鑒頻電路相連，并接上低頻放大電路，改變調制頻率（音頻），聽聲音的變化情況，并用示波器雙蹤觀察調制信號及調頻信號。

完成上述測試內容,整理文檔,寫出規(guī)范的實驗報告

第13頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗說明及思路提示變容管調頻原理變容管相當一壓控電容，其結電容隨所加的反向偏壓而變化。調制時將直流和調制信號同時加入，則其結電容在直流偏壓所定的電容基礎上隨調制信號的變化而變化，因為變容管的結電容是回路電容的一部分，所以振蕩器的振蕩頻率必隨調制信號而變化，從而實現(xiàn)了調頻。相關原理參見文獻〔3〕P201～P210。第14頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗電路的設計考慮

對調頻振蕩器的設計首先要考慮主振級電路，對主振級電路的設計請參考實驗二振蕩器實驗的相關內容。在主振電路設計完成后，然后考慮調制電路的設計。設計任務有：選擇變容二極管，并確定工作點；選擇線路，確定變容二極管的接入系數(shù)，確定調制信號電壓；驗算中心頻率偏移量和非線性失真系數(shù)等。

1.變容管的選擇和工作點的確定：PN結的結電容隨所加的電壓而變化，因此接到回路中能實現(xiàn)調頻。選管時，要選用截止頻率高，有足夠高的反向擊穿電壓和反向電流小。變容管上加的反向偏壓越大,Q值越高,但要求調制信號電壓UΩ也第15頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月

越大。一般Cj

～U壓容特性曲線的線性段。2.選擇線路，確定接入系數(shù)：可根據(jù)頻偏的大小和對頻率的穩(wěn)定度的要求來選。若要求的頻偏不大，希望變容管上的變頻電壓小，往往采用部分接入，接入系數(shù)取得小。根據(jù)Pc=Cc/(Cc+Cj0)選定，可計算出耦合電容Cc.

。3.求出在滿足頻偏要求下的m值

由，求出A1

第16頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月

取γ=1/2，由

可算出m值

調制電壓

4.計算非線性失真系數(shù)Kf

第17頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月

調頻振蕩器的頻率調制特性

1.靜態(tài)調制特性：它是指振蕩頻率f隨變容管直流偏壓UD的變化特性，即f=φ(UD)曲線，如圖2所示。由特性曲線可見，f隨偏壓的變化不是直線，振蕩頻率的變化就不能正確地反映調制信號的變化，引入了非線性失真。為了減小失真變容管的偏壓應選在線性段的中點。為了改

善調制特性，可適當配置電容，可在一定范圍內獲得較好的靜態(tài)調制特性，調整方法是改善圖3中的Cc和Co。第18頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月圖2.靜態(tài)調制特性曲線如下：第19頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖3.調制特性的改善電路如下：第20頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月

一般Cc取值較大,Co取值較小(由幾個P到幾十個P),Cc取值接近Cj（變容二極管結電容）的高端，遠大于Cj的低端,Cc的變化主要影響靜態(tài)調頻特性低端的曲線形狀,其變化如圖4所示。假設Cc足夠大且保持不變，改變Co的值，由于Co的值接近于Cj的低端值，因此改變Co，主要影響靜態(tài)特性高端曲線形狀，其變化如圖5所示，適當調節(jié)Cc、Co的大小，可得到線性較好的靜態(tài)調制特性。第21頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4.Cc對靜態(tài)調制特性的影響如下：第22頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月圖5.C0對靜態(tài)調制特性的影響如下：第23頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月2.動態(tài)調制特性當變容二極管靜態(tài)工作點確定后，加入調制信號UΩ，這時振蕩頻率隨調制信號UΩ而變化，即Δf~UΩ曲線稱為動態(tài)特性曲線，如圖6所示,此曲線可確定頻率調制器的調制靈度和最大線性頻偏。測量動態(tài)調制特性的儀器連接圖如圖7(a)所示.若無頻偏儀，則可借助于鑒頻器間接測量，見圖7(b)所示.第24頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月圖6.動態(tài)調制特性曲線如下：第25頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月圖7(a).動態(tài)調制特性測試方框圖：第26頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月圖7(b).動態(tài)調制特性測試方框圖：第27頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月設計計算

設計指標：振蕩器中心頻率

fo

=10MHz

頻率穩(wěn)定度Δf/f0≤1×10-4

調制信號頻率F=1KHz

最大頻偏Δfm≥±50KHz

調頻波非線性失真系數(shù)

Kf≤10%

輸出電壓U0≥0.3Vp-p第28頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月1.選擇電路形式：如圖1，即振蕩器用頻率穩(wěn)定度高的西勒振蕩器，變容管采用部分接入。2.振蕩回路計算：有關三端LC振蕩器內容請參照實驗2，因電感L可調，故f0=10MHz情況下，上節(jié)設計用的C1=200PF，C2=510PF，C3=100PF，C4=51等參數(shù)保持不變。3.調制電路的設計：變容管選用2CC系列即可（2CC系列管參數(shù)請見附錄），并設其EQ=4V（表示反偏）時，Cj0＝50pF,γ=1/2.第29頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月

*實測時，靜態(tài)下通過替代法得到Cj0的大小(即頻率不變用一標準電容替代)。部分接入，特選接入系數(shù)Pc=0.5

故由有Cc=50PF，取標稱值51PF.部分接入，則回路總電容根據(jù)最大頻偏Δfm求m及調制電壓由可得A1=0.0612因γ=1/2,由可得m=0.12第30頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月

根據(jù)m的定義:m=UΩ/(EQ+UΩ)可得

UΩ=m×EQ/(1-m)=0.55V估算調制靈敏度

S’FM=Δfm/UΩ=50kHz/0.55V=91kHz/V計算失真度

Kf≈A2/A1=1.5%

若靜態(tài)EQ=4V，則R2×Vcc/(R1+R2)=4V

取R2=6.8KΩ，R1=13.6KΩ

實際用RW2=22KΩ電位器和R1=6.8KΩ串聯(lián)其它元件：耦合電容C5取10μF，C4取0.01μF,扼流圈ZL取470μH,隔離電阻R取39KΩ。綜上設計的實驗測試電路見圖1。

第31頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月仿真分析對圖1電路可作如下仿真，僅供參考。仿真條件