實(shí)驗(yàn)六變?nèi)荻O管調(diào)頻

1、高頻電子線路實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)六 變?nèi)荻O管調(diào)頻一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握變?nèi)荻O管調(diào)頻的工作原理；2、學(xué)會(huì)測(cè)量變?nèi)荻O管的CjV特性曲線；3、學(xué)會(huì)測(cè)量調(diào)頻信號(hào)的頻偏及調(diào)制靈敏度。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 調(diào)節(jié)電路，觀察調(diào)頻信號(hào)輸出波形。2、 觀察并測(cè)量LC調(diào)頻電路輸出波形。3、 觀察頻偏與接入系數(shù)的關(guān)系。4、 測(cè)量變?nèi)荻O管的CjV特性曲線；5、 測(cè)量調(diào)頻信號(hào)的頻偏及調(diào)制靈敏度。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、雙蹤示波器 一臺(tái)2、頻率特性掃頻儀（選項(xiàng)） 一臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)原理1、實(shí)驗(yàn)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(yǔ)言、音樂(lè)）作為調(diào)制信號(hào)去控制載波（高頻振蕩信號(hào)）的瞬時(shí)頻率，使其按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化。設(shè)調(diào)制

2、信號(hào)： ，載波振蕩電壓為：根據(jù)定義，調(diào)頻時(shí)載波的瞬時(shí)頻率隨成線性變化，即 （6-1）則調(diào)頻波的數(shù)字表達(dá)式如下：或 （6-2）式中： 是調(diào)頻波瞬時(shí)頻率的最大偏移，簡(jiǎn)稱頻偏，它與調(diào)制信號(hào)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(shí)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(jiàn)，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(hào)？最簡(jiǎn)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(guò)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(shì)壘電容），而且這個(gè)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)系曲線稱曲線，如圖62所示。由圖可見(jiàn)：未加調(diào)制電壓時(shí)，直流反偏（在教材稱）所對(duì)應(yīng)的結(jié)電容為（在教材中稱）。當(dāng)反偏增加時(shí)，減??；反偏減小時(shí)，增大，其變化具有一定的非線性，當(dāng)調(diào)制電壓較小時(shí)，近似為工作在曲線的線性段，將隨調(diào)制電壓線性變化，當(dāng)調(diào)制電壓較大時(shí)，曲線的非線性不可忽略，它將給調(diào)頻帶來(lái)一定的非線性失真。圖6-2 用調(diào)制信號(hào)控制變?nèi)荻O管結(jié)電容我們?cè)倩氐綀D61，并設(shè)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(duì)變?nèi)荻O管作用。設(shè) （6-5）由圖62（c）可見(jiàn)：變?nèi)荻O的電容隨R變化。即： （6-6）由公式（3）可得出此時(shí)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(jiàn)：它隨調(diào)制信號(hào)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(dāng)回路電容有微量變化時(shí)，振蕩頻率也會(huì)產(chǎn)生的變化，其關(guān)系如下： （6-8）式中，是未調(diào)制時(shí)的載波頻率；是調(diào)制信號(hào)為零時(shí)的回路總電容，顯然由公式（6-4）可計(jì)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(jiàn)

5、：振蕩頻率隨調(diào)制電壓線性變化，從而實(shí)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(duì)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(jí)），這時(shí)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(shí)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(guān)于直流反偏工作點(diǎn)電壓的選取，可由變?nèi)荻O管的曲線決定。從曲線中可見(jiàn)，對(duì)不同的值，其曲線的斜率（跨導(dǎo)）各不相同。較小時(shí)，較大，產(chǎn)生的頻偏也大，但非線

6、性失真嚴(yán)重，同時(shí)調(diào)制電壓不宜過(guò)大。反之，較大時(shí)，較小，達(dá)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(cè)上給的反偏數(shù)值，例：2CC1C，。本實(shí)驗(yàn)將具體測(cè)出實(shí)驗(yàn)板上的變?nèi)荻O管的曲線，并由同學(xué)們自己選定值，測(cè)量其頻偏的大小。（2）變?nèi)荻O管曲線的測(cè)量，將圖61的振蕩回路重畫于圖64，代表不同反偏時(shí)的結(jié)電容，其對(duì)應(yīng)的振蕩頻率為。若去掉變?nèi)荻O管，回路則由、組成，對(duì)應(yīng)的振蕩頻率為，它們分別為 （6-15）圖6-4 測(cè)量CjVR曲線 （6-16）由式（6-15）、（6-16）可得： (6-17)、易測(cè)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(shí)，對(duì)應(yīng)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(hào)的幅度（峰值）。為變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容變化時(shí)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(shí)，與的關(guān)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(shí)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(jì)算，Sf越大，調(diào)制信號(hào)

8、的控制作用越強(qiáng)，產(chǎn)生的頻偏越大。2、實(shí)驗(yàn)線路見(jiàn)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(jí)。主要技術(shù)指標(biāo)：主振頻率，最大頻偏。本實(shí)驗(yàn)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(hào)輸入端，由L4、C8、C7、C9、C5和振蕩管組成LC調(diào)制電路。五、實(shí)驗(yàn)步驟參照附圖G1，在主箱上正確插好發(fā)射模塊，對(duì)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(kuò)展板上的電源指

9、示燈將會(huì)亮)。1、LC調(diào)頻電路實(shí)驗(yàn)（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(wàn)用表測(cè)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(jì)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(hào)作為調(diào)制信號(hào)（信號(hào)由低頻信號(hào)源提供,參考低頻信號(hào)源的使用。信號(hào)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(shí)能觀測(cè)到一條正弦?guī)?。如果用方波調(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(hào)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(shí)驗(yàn)4。（6）（選做）測(cè)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(hào)，使電路為L(zhǎng)C自由振蕩狀態(tài)。（1）斷開變?nèi)荻O管（即斷開J4），用頻率計(jì)在TT1處測(cè)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(cè)量頻率，由式（6-19）計(jì)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(cè)量不同反偏值時(shí)，對(duì)應(yīng)的頻率值，代入式（6-17）計(jì)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(hào)（應(yīng)接入變?nèi)荻O管,即連J4并取下C6），記下不同的對(duì)應(yīng)的不同的，計(jì)算調(diào)制靈敏度的值。（如果沒(méi)有頻譜儀則此項(xiàng)不作要求）。（7）觀察頻偏與接入系數(shù)的關(guān)系（此時(shí)應(yīng)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(hào)相同的情況下，分別連接J1、J3測(cè)試所