高頻變?nèi)荻?jí)管調(diào)頻

1、變?nèi)荻O管調(diào)頻實(shí)驗(yàn) 121180166 趙琛實(shí)驗(yàn)八 變?nèi)荻O管調(diào)頻實(shí)驗(yàn)121180166 趙琛一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 進(jìn)一步學(xué)習(xí)掌握頻率調(diào)制相關(guān)理論。2. 掌握用變?nèi)荻O管調(diào)頻振蕩器實(shí)現(xiàn)調(diào)頻波的電路原理。 3. 理解變?nèi)荻O管靜態(tài)調(diào)制特性、動(dòng)態(tài)調(diào)制特性概念。4. 根據(jù)變?nèi)荻O管的靜態(tài)調(diào)制特性，測量特性曲線。二、實(shí)驗(yàn)使用儀器1變?nèi)荻O管調(diào)頻振蕩電路實(shí)驗(yàn)板2100MH泰克雙蹤示波器3. FLUKE萬用表4. 高頻信號(hào)源三、實(shí)驗(yàn)基本原理與電路1. 變?nèi)荻O管調(diào)頻原理變?nèi)荻O管的調(diào)頻原理可用圖8-1說明。變?nèi)荻O管的電容和電感組成振蕩器的諧振電路，其諧振頻率近似為 。在變?nèi)荻O管上加一固定的反向直流偏壓和調(diào)

2、制電壓（圖），則變?nèi)荻O管的結(jié)電容將隨調(diào)制信號(hào)的幅度變化而變化 ，通過二極管的變?nèi)萏匦裕▓D）可以找出結(jié)電容隨時(shí)間的變化曲線（圖）。此電容由兩部分組成，一部分是 ，由反向直流偏壓決定，為固定值；另一部分是變化的電容，由調(diào)制電壓的幅度決定，可以表示為，其中為調(diào)制信號(hào)的頻率。是電容變化部分的幅度，則有 十 將代入的公式，化簡整理可得 式中 = 是時(shí)，由電感L和固定電容所決定的諧振頻率，稱為中心頻率，。是頻率的變化部分，而是頻率變化部分的幅值，稱為頻偏。式中的負(fù)號(hào)表示當(dāng)回路電容增加時(shí)，頻率是減小的。我們還可通過圖8-1（C）及圖（D）（固定，與成反比曲線）找出頻率和時(shí)間的關(guān)系。比較圖（a）及圖（e），

3、可見頻率是隨調(diào)制電壓的幅度變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻。從圖8-1可以看出，由于和兩條曲線并不是成正比的，最后得到的 曲線形狀將不與 曲線完全一致，這就意味著存在調(diào)制失真，失真的程度不僅與變?nèi)荻O管的變?nèi)萏匦杂嘘P(guān)，而且還決定于調(diào)制電壓的大小和直流反向偏壓的大小。 首先，關(guān)于直流反向偏壓的選擇，直流反向偏壓如果過小，則變?nèi)荻O管工作在c-u曲線的上部，此時(shí)曲線的斜率較大，即單位調(diào)制電壓幅度引起的電容變化量較大，振蕩回路的頻偏也較大，即調(diào)頻的靈敏度較高。缺點(diǎn)是此時(shí)c-u曲線的線性度不好，電容的變化量和調(diào)制電壓的幅度不成正比，調(diào)頻信號(hào)存在調(diào)制失真。直流反向偏壓如果過大，則變?nèi)荻O管工作在c-u曲線的下

4、部，此時(shí)曲線的斜率較小，c-u曲線的線性度相對(duì)好一些，調(diào)頻信號(hào)的調(diào)制失真較小。但缺點(diǎn)是，此時(shí)曲線的斜率較小，即單位調(diào)制電壓幅度引起的電容變化量較小，振蕩回路的頻偏也較小，即調(diào)頻的靈敏度較低。為兼顧二者的優(yōu)缺點(diǎn)，一般取直流反向偏壓在c-u曲線的中部。 顯然，調(diào)制電壓幅度愈大，則調(diào)頻信號(hào)的調(diào)制失真愈大。為了減小失真，調(diào)制電壓幅度不宜過大；但也不宜太小，因?yàn)檎{(diào)制信號(hào)幅度太小則最大頻偏太小。為兼顧二者，一般取調(diào)制電壓比直流反向偏壓小一半多，即 。圖8-1 變?nèi)荻O管調(diào)頻原理2. 變?nèi)荻O管調(diào)頻實(shí)驗(yàn)電路變?nèi)荻O管調(diào)頻實(shí)驗(yàn)電路如圖8-2。 圖8-2 變?nèi)荻O管調(diào)頻實(shí)驗(yàn)電路電路原理：晶體管T1構(gòu)成了電容三點(diǎn)

5、式振蕩電路 ，其中電容C6,C7是正反饋電容，反饋系數(shù)等于，晶體管的基極接了一個(gè)電容C9到地，因此晶體管構(gòu)成共基極組態(tài)的放大電路。其中電阻RW2，R3，R4是基極的直流偏置電阻，電阻R53決定晶體管的集電極電壓，電阻R6決定晶體管的射極靜態(tài)的直流電流Ie。通常Ie越大，晶體管放大電路的放大倍數(shù)也越大，因此振蕩幅度相應(yīng)的增大，起振時(shí)間縮短，但同時(shí)諧波失真也會(huì)相應(yīng)的增大。Ie過小，放大倍數(shù)不夠，不滿足的起振條件，電路無法起振。Ie過大，放大倍數(shù)過大，電路工作在飽和區(qū)，也無法正常振蕩，因此通常選取Ie在1-4mA之間。電容滿足，可變電容CV1和電感L相并聯(lián)，改變可變電容CV1,可改變振蕩頻率。電容C

6、2也是一個(gè)小電容，當(dāng)跳線J1連接上后，變?nèi)荻O管D（型號(hào)為BB910）就接入振蕩電路中，滑動(dòng)變阻器RW1和電阻R1構(gòu)成分壓電路，為變?nèi)荻O管D提供直流反偏電壓，改變滑動(dòng)變阻器RW1抽頭位置可以改變變?nèi)荻O管D的直流反偏電壓。電阻R2是隔離電阻，通常取R2R1，在實(shí)驗(yàn)中可以取300K以上。電容C3是已知電容值的固定電阻，當(dāng)跳線J2連接上，跳線J1斷開時(shí)，振蕩回路的振蕩頻率固定，電容C3是為測量變?nèi)荻O管的結(jié)電容提供幫助的。調(diào)制信號(hào)從IN1輸入，電容C1是輸入隔直電容。電容C11是一個(gè)小電容，對(duì)高頻振蕩信號(hào)相當(dāng)于短路，對(duì)低頻調(diào)制信號(hào)相當(dāng)于開路，從而保證低頻調(diào)制信號(hào)可以加在變?nèi)荻O管D的兩端，而振蕩

7、回路中的高頻信號(hào)不會(huì)反射到低頻調(diào)制信號(hào)輸入端。振蕩信號(hào)從晶體管的射極引出，后一級(jí)晶體管構(gòu)成共射極電壓放大，起到隔離和緩沖的作用。示波器探頭應(yīng)該接在TP2處來測量振蕩信號(hào)頻率，這樣比較準(zhǔn)確。如果直接在第一級(jí)的輸出測量振蕩信號(hào)頻率，示波器輸入探頭有輸入電容會(huì)影響振蕩電路的振蕩頻率。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）變?nèi)荻O管調(diào)頻靜態(tài)調(diào)制特性測試在實(shí)驗(yàn)箱主板上插上變?nèi)荻O管調(diào)頻實(shí)驗(yàn)電路模塊。接通實(shí)驗(yàn)箱上電源開關(guān)，電源指標(biāo)燈點(diǎn)亮。 斷開J2，連接J1。調(diào)整電位器RW1，在測試點(diǎn)TP2測電壓為+5V，即變?nèi)荻O管的反向偏壓為-5V。連接J1，調(diào)整可變電容CV1，電位器RW2、RW3在TP3得到頻率為10.7MHz的最大

8、不失真正弦信號(hào)（頻率由OUT端測試）。調(diào)整RW1，改變變?nèi)荻O管兩端的反向偏置電壓VD，用示波器或者高頻計(jì)數(shù)器測量變?nèi)荻O管調(diào)頻實(shí)驗(yàn)電路的輸出頻率，得到變?nèi)荻O管調(diào)頻靜態(tài)調(diào)制特性。VD (V)22.533.54f(MHz)10.371110.439010.501210.554410.6053VD (V)4.555.566.5f(MHz)10.646710.688110.724010.756910.7240VD (V)7 7.588.59f(MHz)10.756910.789610.816010.847610.8707VD (V)9.51010.511f(MHz)10.934010.954410

9、.967110.9865分析：由數(shù)據(jù)可見，這個(gè)曲線的斜率是在不斷減小的。關(guān)于其減小原因，我們可以從其表達(dá)式看出。也就是說，f是和Cm成正比的。而根據(jù)之后的實(shí)驗(yàn)我們可以得出結(jié)論，隨著反偏電壓的增大，Cm是在減小的，導(dǎo)致了這條曲線斜率減小。2）變?nèi)荻O管調(diào)頻動(dòng)態(tài)調(diào)制特性測試用低頻信號(hào)發(fā)生器作為音頻調(diào)制信號(hào)源，輸出頻率f =1kHz、峰-峰值Vp-p=2V左右（用示波器監(jiān)測）的正弦波，變?nèi)荻O管的反偏電壓VD調(diào)到6V。（1） 把音頻調(diào)制信號(hào)加入到變?nèi)荻O管調(diào)頻實(shí)驗(yàn)電路模塊IN1 端， 在變?nèi)荻O管調(diào)頻實(shí)驗(yàn)電路模塊OUT端上用示波器觀察FM波的時(shí)域波形，并和調(diào)幅信號(hào)的時(shí)域波形相比較，比較之間的異同點(diǎn)。

10、（2）在變?nèi)荻O管調(diào)頻實(shí)驗(yàn)電路模塊OUT端上用頻譜分析儀觀察FM波的頻譜，在頻譜分析儀上首先找到載波，可以看到載波的邊帶在上下滾動(dòng)，說明回路的振蕩頻率在隨時(shí)間發(fā)生變化。并和調(diào)幅信號(hào)的頻譜相比較，比較之間的異同點(diǎn)。（3）增加調(diào)制信號(hào)的幅度，在頻譜分析儀上觀察調(diào)頻信號(hào)頻譜的變化，思考其原因。（4）增加調(diào)制信號(hào)的頻率，在頻譜分析儀上觀察調(diào)頻信號(hào)頻譜的變化，思考其原因。調(diào)制波頻域波形調(diào)制波時(shí)域波形分析：由圖可見，對(duì)于調(diào)頻波，其時(shí)域波形是在抖動(dòng)的類似于正弦波的波形。而其頻域波形則是如圖所示?；掘?yàn)證了調(diào)頻波的波形。對(duì)于調(diào)頻波，由實(shí)驗(yàn)觀察可得，若增加其幅度，則其最大頻偏會(huì)增加。而若增加其頻率，最大頻偏并不

11、會(huì)增加，增加的是邊頻分量，也即是各個(gè)分量之間會(huì)波形變密集。若改變反向電壓，電壓如果大，失真小，但是頻偏?。欢绻聪螂妷鹤冃?，則會(huì)失真變大，但是頻偏也會(huì)增大，靈敏度相應(yīng)有提高。這個(gè)理論也可以從理論上得到證實(shí)。對(duì)于調(diào)頻波，Wf=Kf*V，可以看出，頻偏只和Kf以及V有關(guān)系。只有對(duì)于調(diào)角波，才和調(diào)制波的頻率有關(guān)系。而對(duì)于改變頻率，在頻偏不變情況下，產(chǎn)生了很多新的分量，從而使得頻譜變得更加密集。而與調(diào)幅波的對(duì)比：在時(shí)域上，普通調(diào)幅波是一個(gè)調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)，而調(diào)頻波則是載波的頻率在略微有抖動(dòng)；在頻域上，調(diào)幅波波形較為簡單，僅有載波和兩條邊帶，而調(diào)頻波有若干邊帶。3）變?nèi)荻O管的特性曲線的測量 測量曲線的

12、方法如下：首先將跳線J1斷開，不接入變?nèi)荻O管，跳線J2斷開，不接入電容C3，用示波器或者高頻計(jì)數(shù)器測量此時(shí)的振蕩頻率，記為。此時(shí)，有：，電容表示此時(shí)振蕩回路的總電容。然后接上跳線J2，把電容C3和振蕩回路相連，用示波器或者高頻計(jì)數(shù)器測量此時(shí)的振蕩頻率，記為，有： 于是有：其中電容C2和C3的數(shù)值是已知的，C2=270pF ，C3=50pF，根據(jù)上面的式子，可以計(jì)算出電容的大小。由于晶體管的板間存在分布電容，和振蕩回路的參數(shù)電容數(shù)值加在一起，我們通過這種方法間接測量振蕩回路的總電容可以降低測量誤差。接下來把跳線J1,連上，把跳線J2斷開，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器RW1，給變?nèi)荻O管提供不同的直流反偏電壓，讓直流反偏電壓從2V開始增加到11V，每次增加0.5V，用示波器或者高頻計(jì)數(shù)器分別測量此時(shí)的振蕩頻率，記為。則有： 其中表示變?nèi)荻O管在不同的直流反偏電壓下的靜態(tài)電容?？梢杂?jì)算得到：，最后計(jì)算出一組在不同的直流反偏電壓下的。將對(duì)應(yīng)的一組和繪制成曲線。測量：=11.1386MHzfk=10.0868MHz測得的數(shù)據(jù)詳見第一部分。曲線Cj-fx曲線分析：如圖可見，曲線Cj隨著Ur的增大而減小，并且這條曲線的斜率的絕對(duì)值也在變小，這個(gè)是符合理論預(yù)期的。按照這個(gè)公式來定性分析的話，Cjx的確是這樣一條曲線。但是對(duì)于C-f和C-U曲線，我們可以看