實驗六變?nèi)荻O管調(diào)頻

1、高頻電子線路實驗實驗六 變?nèi)荻O管調(diào)頻一、實驗目的1、掌握變?nèi)荻O管調(diào)頻的工作原理；2、學會測量變?nèi)荻O管的CjV特性曲線；3、學會測量調(diào)頻信號的頻偏及調(diào)制靈敏度。二、實驗內(nèi)容1、 調(diào)節(jié)電路，觀察調(diào)頻信號輸出波形。2、 觀察并測量LC調(diào)頻電路輸出波形。3、 觀察頻偏與接入系數(shù)的關系。4、 測量變?nèi)荻O管的CjV特性曲線；5、 測量調(diào)頻信號的頻偏及調(diào)制靈敏度。三、實驗儀器1、雙蹤示波器 一臺2、頻率特性掃頻儀（選項） 一臺四、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。設調(diào)制

2、信號： ，載波振蕩電壓為：根據(jù)定義，調(diào)頻時載波的瞬時頻率隨成線性變化，即 （6-1）則調(diào)頻波的數(shù)字表達式如下：或 （6-2）式中： 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)Kf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：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61所示。圖6-1 變?nèi)荻O管調(diào)頻原理電路變?nèi)荻O管通過耦合電容并接在回路的兩端，形成振蕩回路總電容的一部分。因而，振蕩回路

3、的總電容C為： （6-3）振蕩頻率為： （6-4）加在變?nèi)荻O管上的反向偏壓為：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，其關系曲線稱曲線，如圖62所示。由圖可見：未加調(diào)制電壓時，直流反偏（在教材稱）所對應的結(jié)電容為（在教材中稱）。當反偏增加時，減??；反偏減小時，增大，其變化具有一定的非線性，當調(diào)制電壓較小時，近似為工作在曲線的線性段，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6-2 用調(diào)制信號控制變?nèi)荻O管結(jié)電容我們再回到圖61，并設調(diào)制電壓很小，工

4、作在 曲線的線性段，暫不考慮高頻電壓對變?nèi)荻O管作用。設 （6-5）由圖62（c）可見：變?nèi)荻O的電容隨R變化。即： （6-6）由公式（3）可得出此時振蕩回路的總電容為由此可得出振蕩回路總電容的變化量為： （6-7）由式可見：它隨調(diào)制信號的變化規(guī)律而變化，式中的是變?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時，振蕩頻率也會產(chǎn)生的變化，其關系如下： （6-8）式中，是未調(diào)制時的載波頻率；是調(diào)制信號為零時的回路總電容，顯然由公式（6-4）可計算出（調(diào)頻中又稱為中心頻率）。即： 將（6-7）式代入（6-8）式，可得： （6-9） 頻偏： （6-10）振蕩頻率： （6-11）由此可見

5、：振蕩頻率隨調(diào)制電壓線性變化，從而實現(xiàn)了調(diào)頻。其頻偏與回路的中心頻率成正比，與結(jié)電容變化的最大值成正比，與回路的總電容成反比。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61中的耦合電容的容量選得較?。ㄅc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63所示。理論分析將證明這時回路的總電容為 (6-12)回路總電容的變化量為： 圖6-3 Cj部分接入回路 (6-13)頻偏: (6-14) 式中，稱為接入系數(shù)。關于直流反偏工作點電壓的選取，可由變?nèi)荻O管的曲線決定。從曲線中可見，對不同的值，其曲線的斜率（跨導）各不相同。較小時，較大，產(chǎn)生的頻偏也大，但非線

6、性失真嚴重，同時調(diào)制電壓不宜過大。反之，較大時，較小，達不到所需頻偏的要求，所以一般先選在曲線線性較好，且較大區(qū)段的中間位置，大致為手冊上給的反偏數(shù)值，例：2CC1C，。本實驗將具體測出實驗板上的變?nèi)荻O管的曲線，并由同學們自己選定值，測量其頻偏的大小。（2）變?nèi)荻O管曲線的測量，將圖61的振蕩回路重畫于圖64，代表不同反偏時的結(jié)電容，其對應的振蕩頻率為。若去掉變?nèi)荻O管，回路則由、組成，對應的振蕩頻率為，它們分別為 （6-15）圖6-4 測量CjVR曲線 （6-16）由式（6-15）、（6-16）可得： (6-17)、易測量，如何求？將一已知電容并接在回路兩端，如圖6-5所示。此時，對應的頻

7、率為，有 (6-18)由式（6-16）、（6-18）可得： (6-19)（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，以表示，單位為KHz/V，即 (6-20)式中，為調(diào)制信號的幅度（峰值）。為變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容變化時引起的頻率變化量，由于變?nèi)莨懿糠纸尤胫C振回路，則引起回路總電容的變化量為 (6-21)頻偏較小時，與的關系可采用下面近似公式，即 (6-22)將式（6-22）代入（6-20）中得 (6-23)式中，為變?nèi)荻O管結(jié)電容的變化引起回路總電容的變化量，為靜態(tài)時諧振回路的總電容，即 (6-24)調(diào)制靈敏度可以由變?nèi)荻O管特性曲線上處的斜率KC及式（6-23）計算，Sf越大，調(diào)制信號

8、的控制作用越強，產(chǎn)生的頻偏越大。2、實驗線路見附圖G1使用12V供電，振蕩器Q1使用3DG12C，變?nèi)莨苁褂肂b910，Q2為隔離緩沖級。主要技術指標：主振頻率，最大頻偏。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。五、實驗步驟參照附圖G1，在主箱上正確插好發(fā)射模塊，對照發(fā)射模塊中的變?nèi)荻O管調(diào)頻部分，正確連接電路電源線，12V孔接+12V， GND接GND（從電源部分+12V和GND插孔用連接線接入），接上電源通電(若正確連接了,擴展板上的電源指

9、示燈將會亮)。1、LC調(diào)頻電路實驗（1）連接J3、J4、J5組成LC調(diào)頻電路。（2）接通電源，K1向右撥，調(diào)節(jié)W1，在C6的上端用萬用表測試電壓，使變?nèi)荻O管的反向偏壓為2.5V。如下圖（1）所示：圖（一）（3）用示波器和頻率計在TT1處觀察振蕩波形，調(diào)節(jié)CC1，使振蕩頻率為10.7MHz，調(diào)節(jié)W2使輸出波形失真最小。如下圖（二）所示： 圖（二）（4）從IN1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TT1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)АＨ绻梅讲ㄕ{(diào)制則在示波器上可看到

10、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。如下圖圖（三）、圖（四）所示、圖（五）所示圖（三） 圖（四） 圖（五）（5）分別接J1、J2重做實驗4。（6）（選做）測繪變?nèi)荻O管的 曲線（參看圖6-4）。2、斷開J1、J2，連接J3、J4、J5，斷開IN1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（即斷開J4），用頻率計在TT1處測量頻率。如下圖（六）所示圖（六）（2）斷開，接上已知（即連通J5，在C6處插上電容），在TT1處測量頻率，由式（6-19）計算出值，填入表6-1中。 如下圖(七)所示 圖（七）表6-1fN11.09MHzCK100uffK11.088MHzC

11、N277175uf（3）斷開CK（即取出C6上的電容）,接上變?nèi)荻O管(即連接J4)，調(diào)節(jié)W1，測量不同反偏值時，對應的頻率值，代入式（6-17）計算值，填入表6-2中。表6-2VRX（伏）1.8251.8602.2172.5302.8353.0743.210fX（MHz）10.63310.63310.63410.63510.63610.63710.641（4）作 曲線。（5）作 曲線。（6）用頻譜儀觀察調(diào)頻信號（應接入變?nèi)荻O管,即連J4并取下C6），記下不同的對應的不同的，計算調(diào)制靈敏度的值。（如果沒有頻譜儀則此項不作要求）。（7）觀察頻偏與接入系數(shù)的關系（此時應取下C6，連接J4）。在直流偏值電壓相同的情況下，輸入調(diào)制信號相同的情況下，分別連接J1、J3測試所