变容二极管调频
实验名称 同组人
专业班级 学号 姓名 成绩
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C j ~V 特性曲线; 3、学会测量调频信号的频偏及调制灵敏度。 二、实验内容 1. 调节电路,观察调频信号输出波形。 2. 观察并测量LC 调频电路输出波形。 3. 观察频偏与接入系数的关系。 4. 测量变容二极管的C j ~V 特性曲线; 5. 测量调频信号的频偏及调制灵敏度。 三、实验仪器
1、双踪示波器一台 2、频率特性扫频仪(选项)一台 四、实验原理
1、实验原理 (1)变容二极管调频原理 所谓调频,就是把要传送的信息(例如语言、音乐)作为调制信号去控制载波(高频振荡信号)的瞬时频率,使其按调制信号的规律 变化。
设调制信号: υΩ(t )=V Ωcos Ωt a (t )=
A o cos ωo t
根据定义,调频时载波的瞬时频率ω(t )随υΩ(t ) ω(t )=ω
o
+K f V Ωcos Ωt =ωo +∆ωcos Ωt
则调频波的数字表达式如下: 式中: ∆ω
=K f V Ω
的振幅成正比。比例常数K f 亦称调制灵敏度,代表单位调制电压所产生的频偏。
m 式中:
f
=K f V ΩΩ=∆ω=∆f F
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,其原理电路如图6—1所示。
图6-1 变容二极管调频原理电路
变容二极管C C 1LC N j
的一部分。因而,振荡回路的总电容C 为:
振荡频率为: 加在变容二极管上的反向偏压为:
V R =V Q (直流反偏
)+υΩ(调制电压)+υO (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C ~υR 曲线,如图6—2所示。
j
由图可见:未加调制电压时,直流反偏V V 0Q
C j ΩC 0C j C j 有一定的非线性,当调制电压较小时,近似为工作在C υR C j
j
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C ~υR j
不考虑高频电压对变容二极管作用。
由图6—2(c )可见:变容二极的电容随υR 变化。 由公式(3)可得出此时振荡回路的总电容为 由此可得出振荡回路总电容的变化量为: 由式可见:它随调制信号的变化规律而变化,式中C m ∆f
式中,是f 0C 0 由公式(6-4)可计算出f 0 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f 0C m 回路的总电容C 0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C 1C j
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
C 0=C N +C 1∙C j /(C 1+C j )
'
(6-12)
回路总电容的变化量为: 式中,P
=C 1(C 1+C jQ
)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C υR
j
线中可见,对不同的υR S
C
=∆C j ∆υ
υR 时,S C 较大,产生的频偏也大,但非线性失真严重,同时调制电压不宜过大。反之,υR S C V C υR Q
j
线线性较好,且S C V Q =4V
C υR j
Q
己选定V 值,测量其频偏∆f 的大小。
(2)变容二极管C υR j
C jX
υRX f X 回路则由C N f N
图6-4 测量Cj ~VR 曲线 (3)调制灵敏度
f
单位调制电压所引起的频偏称为调制灵敏度,以S 式中,u Ωm 为调制信号的幅度(峰值)。
∆f
∆C j
振回路,则∆Cj 引起回路总电容的变化量∆C ∑频偏较小时,∆f 与∆C ∑的关系可采用下面近似公式,即 将式(6-22)代入(6-20)中得
S
=
f 02C Q
∑
∆C ∙
∑
f
U Ωm
(6-23)
Q ∑
式中,∆C ∑为变容二极管结电容的变化引起回路总电容的变化量,C 态时谐振回路的总电容,即
调制灵敏度S C
f
j -U
特性曲线上u Ω处的斜率K C
(6-23)计算,S f 越大,调制信号的控制作用越强,产生的频偏越大。
2、实验线路 见附图G1 使用12V 供电,振荡器Q1使用3DG12C ,变容管使用Bb910,Q2为隔离缓冲级。
主要技术指标:主振频率f 0
=10. 7MHZ
,最大频偏∆f m
=±20KHZ
。
本实验中,由R1、R2、W1、R3组成变容二极管的直流偏压电路。C3、C4、C12组成变容二极管的不同接入系数。IN1为调制信号输入端,由L4、C8、C7、C9、C5和振荡管组成LC 调制电路。
五、实验内容 1、LC 调频电路实验 (1)连接J82、J84组成LC 调频电路。
(2)接通电源调节W81,在变容二极管D81负端用万用表测试电压,使变容二极管的反向偏压为2.5V 。
(3)用示波器和频率计在TT82处观察振荡波形,调节L84,使振荡频率为10.7MHz 。
(4)从IN81处输入1KHz 的正弦信号作为调制信号(信号由低频信号源提供, 参考低频信号源的使用。信号大小由零慢慢增大,用示波器在TT82处观察振荡波形变化, 如果有频谱仪则可以用频谱仪观察调制频偏),此时能观测到一条正弦带。如果用方波调制则在示波器上可看到两条正弦波,这两条正弦波之间的相差随调制信号大小而变。 (5)分别接J81、J83重做实验4。
(6)(选做)测绘变容二极管的C jx ~ VRX 曲线(参看图6-4)。
2、断开J81、J83,连接J82,断开IN81的输入信号,使电路为LC 自由振荡状态。
(1)断开变容二极管C j (即断开J84),用频率计在TT82处测量频率f N 。 (2)断开C j ,接上已知C K (即连通J85,在C86处插上电容),在TT82处测量频率f K ,由式(6-19)计算出C N 值,填入表6-1中。
表6-1
(3)断开C K (即断开J85), 接上变容二极管(即连接J84) ,调节W81,测量
不同反偏V RX 值时,对应的频率f X 值,代入式(6-17)计算C jx 值,填入表6-2中。 表6-2
(4)作C jx ~ VRX 曲线。 (5)作f X ~V RX 曲线。 (7)用频谱仪观察调频信号(应接入变容二极管, 即连J84,断开J85),记下不同的V Ω对应的不同的△f ,计算调制灵敏度K 则此项不作要求)。
'
f
=
∆f V Ω
'
的值。(如果没有频谱仪
(8)观察频偏与直流反偏电压的关系(此时应断开J85,连接J84)。在直流
偏值电压相同的情况下,输入调制信号相同的情况下,分别连接J81、J83测试所得
(9)观察频偏与直流反偏电压的关系(此时应断开J85,连接J82、J84)。
(10)观察频偏与调制信号频率的关系(此时应断开J85,连接J82、J84)。 六、实验记录
输入频率1KHz, 峰峰值500mv ,TT82处的正弦带
不加信号(原信号)
加了信号的波形
七、心得体会
太原理工大学现代科技学院实验报告