15变容二极管调频实验

变容二极管调频实验

一、实验目的

1. 掌握变容二极管调频电路的原理。 2. 了解调频调制特性及测量方法。

3. 观察寄生调幅现象，了解其产生及消除的方法。

二、实验内容

1. 测试变容二极管的静态调制特性。 2 .观察调频波波形。 3. 观察调制信号振幅时对频偏的影响。 4. 观察寄生调幅现象。

三、实验原理及电路

1. 变容二极管工作原理

调频即为载波的瞬时频率受调制信号的控制。其频率的变化量与调制信号成线性关系。常用变容二极管实现调频。

变容二极管调频电路如图13-1所示。从J2处加入调制信号，使变容二极管的瞬时反向偏置电压在静

图13-1 变容二极管调频

态反向偏置电压的基础上按调制信号的规律变化，从而使振荡频率也随调制电压的规律变化，此时从J1

处输出为调频波（FM）。C15为变容二级管的高频通路，L1为音频信号提供低频通路，L1和C23又可阻止高频振荡进入调制信号源。

f图13-2示出了当变容二极管在低频简谐波调制信号作用情况下，电容和振荡频率的变化示意图。在（a）中，U0是加到二极管的直流电压，当u＝U0时，电容值为C0。uΩ是调制电压，当uΩ为正半周时，变容二极管负极电位升高，即反向偏压增大；变容二极管的电容减小；当uΩ为负半周时，变容二极管负极电位降低，即反向偏压减小，变容二极管的电容增大。在图（b）中，对应于静止状态，变容二极管的电容为C0，此时振荡频率为f0。因为，所以电容小时，振荡频率高，而电容大时，振荡频率低。从图（a）中可以看到，由1

f

2

于C-u曲线的非线性，虽然调制电压是一个简谐波，但电容随时间的变化是非简谐波形，但是由于

1，f和C的关系也是非线性。不难看出，C-u和f-C的非线性关系起着抵消作用，即得到f-uf

2

的关系趋于线性（见图（c））。

2. 变容二极管调频器获得线性调制的条件

设回路电感为L，回路的电容是变容二极管的电容C（暂时不考虑杂散电容及其它与变容二极管相串

1联或并联电容的影响），则振荡频率为f。为了获得线性调制，频率振荡应该与调制电压成线

2

性关系，用数学表示为fAu，式中A是一个常数。由以上二式可得Au并移项可得C

Bu2

(2)LAu

12

，将上式两边平方

，这即是变容二极管调频器获得线性调制的条件。这就是说，当电

容C与电压u的平方成反比时，振荡频率就与调制电压成正比。

3. 调频灵敏度

调频灵敏度Sf定义为每单位调制电压所产生的频偏。

设回路电容的C-u曲线可表示为CBu，式中B为一管子结构即电路串、并固定电容有关的参数。

1将上式代入振荡频率的表示式f中，可得

2

n

f

调制灵敏度

u2

Sf

当n＝2时

fnu

 u4LB

12

12

Sf

设变容二极管在调制电压为零时的直流电压为U0,相应的回路电容量为C0,振荡频率为

21，就有：C0BU0 fU0 f00

2LB2LC0

则有 Sf0

上式表明，在n＝2的条件下，调制灵敏度与调制电压无关（这就是线性调制的条件），而与中心振荡频率成正比，与变容二极管的直流偏压成反比。后者给我们一个启示，为了提高调制灵敏度，在不影响线性的条件下，直流偏压应该尽可能低些，当某一变容二极管能使总电容C-u特性曲线的n＝2的直线段愈靠近偏压小的区域时，那么，采用该变容二极管所能得到的调制灵敏度就愈高。当我们采用串和并联固定电容以及控制高频振荡电压等方法来获得C-u特性n＝2的线性段时，如果能使该线性段尽可能移向电压低的区域，那么对提高调制灵敏度是有利的。

1由Sf可以看出，当回路电容C-u特性曲线的n值（即斜率的绝对值）愈大，调制灵敏度2LB越高。因此，如果对调频器的调制线性没有要求，则不外接串联或并联固定电容，并选用n值大的变容管，就可以获得较高的调制灵敏度。

四、实验步骤

1. 静态调制特性测量

将电路接成压控振荡器（S1或S2拨上，S3拨上S4拨下），J2端不接音频信号，将频率计接于J1处，调节电位器W1，记下变容二极管D1、D2两端电压（用万用表在TP3处测量）和对应输出频率，并记于下

五、实验报告要求

1. 在坐标纸上画出静态调制特性曲线，并求出其调制灵敏度。说明曲线斜率受哪些因素的影响。 2. 画出实际观察到的FM波形，并说明频偏变化与调制信号振幅的关系。

六、实验仪器

1. 高频实验箱 1台 2. 双踪示波器 3. 万用表

1台 1块 40