實驗四變?nèi)荻O管調(diào)頻

1、實驗四 變?nèi)荻O管調(diào)頻一、實驗?zāi)康?、掌握變?nèi)荻O管調(diào)頻的工作原理;2、學(xué)會測量變?nèi)荻O管的 C j V 特性曲線; 3、學(xué)會測量調(diào)頻信號的頻偏及調(diào)制靈敏度。二、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(shè)調(diào)制信號: (t V t =cos ,載波振蕩電壓為:(t A t a o o cos = 根據(jù)定義,調(diào)頻時載波的瞬時頻率 (t 隨 (t 成線性變化,即(t t V K t o f o +=+=cos cos (6-1則調(diào)頻波的數(shù)字表達(dá)式如下:(+=t V K t A t

2、 a f o o f sin cos 或 (t m t A t a f o o f +=sin cos (6-2式中: =V K f 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) K f 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:F f V K m f f =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 6 1所示。 圖 6-1 變?nèi)荻O管調(diào)頻原理電路變?nèi)荻O管 j C 通過

3、耦合電容 1C 并接在 N LC 回路的兩端,形成振蕩回路總電容的一部 分。因而,振蕩回路的總電容 C 為:jN C C C +=(6-3振蕩頻率為:(2121j N C C L LCf +=(6-4加在變?nèi)荻O管上的反向偏壓為:(高頻振蕩,可忽略調(diào)制電壓 直流反偏 O Q R V V += 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(guān)系曲線稱 j C R 曲線, 如 圖 6 2所示。由圖可見:未加調(diào)制電壓時,直流反偏 Q V (在教材稱 0V 所對應(yīng)的結(jié)電容為 j C (在 教材中稱 0C

4、 。 當(dāng)反偏增加時, j C 減小; 反偏減小時, j C 增大, 其變化具有一定的非線性, 當(dāng)調(diào)制電壓較小時,近似為工作在 j C R 曲線的線性段, j C 將隨調(diào)制電壓線性變化,當(dāng) 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 6 1,并設(shè)調(diào)制電壓很小,工作在 j C R 曲線的線性段,暫不考慮高 頻電壓對變?nèi)荻O管作用。設(shè) t V V Q Q R +=cos (6-5由圖 6 2(c 可見:變?nèi)荻O的電容隨 R 變化。即: t C C C m jQ j -=cos (6-6 由公式(3可得出此時振蕩回路的

5、總電容為t C C C C C C m jQ N j N -+=+='cos由此可得出振蕩回路總電容的變化量為:(t C C C C C C m j jQ N -=+-'=cos (6-7由式可見:它隨調(diào)制信號的變化規(guī)律而變化,式中 m C 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 C 時,振蕩頻率也會產(chǎn)生 f 的變化,其關(guān)系如 下:C Cf f 210(6-8式中,是 0f 未調(diào)制時的載波頻率; 0C 是調(diào)制信號為零時的回路總電容,顯然jQ N o C C C +=由公式(6-4可計算出 0f (調(diào)頻中又稱為中心頻率 。即:(210jQ N C C

6、L f +=將(6-7式代入(6-8式,可得:t f t C C f t f m =cos cos /(21(00 (6-9頻偏:m C C f f /(2100= (6-10振蕩頻率: (t f f t f f t f o o +=+=cos (6-11由此可見: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 f 與回路的中心 頻率 0f 成正比,與結(jié)電容變化的最大值 m C 成正比,與回路的總電容 0C 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 6 1中的耦合 電容 1C 的容量選得較小(與 j C 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

7、的 等 效 電 路 如 圖 6 3所 示 。 理 論 分 析 將 證 明 這 時 回 路 的 總 電 容 為/(11' 0j j N C C C C C C += (6-12 (6-13頻偏 :(6-14式中, jQ C C C P +=11稱為接入系數(shù)。關(guān)于直流反偏工作點電壓的選取, 可由變?nèi)荻O管的 j C R 曲線決定。 從曲線中可見, 對不同的 R 值,其曲線的斜率(跨導(dǎo) =j C C S 各不相同。 R 較小時, C S 較大,產(chǎn) 生的頻偏也大,但非線性失真嚴(yán)重,同時調(diào)制電壓不宜過大。反之, R 較大時, C S 較小, 達(dá)不到所需頻偏的要求, 所以 Q V 一般先選在 j

8、C R 曲線線性較好, 且 C S 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 , V V Q 4=。本實驗將具體測出實驗板上的變?nèi)荻O管的 j C R 曲線,并由同學(xué)們自己選定 Q V 值,測量其頻偏 f 的大小。(2 變?nèi)荻O管 j C R 曲線的測量, 將圖 6 1的振蕩回路重畫于圖 6 4, jX C 代表 不同反偏 RX 時的結(jié)電容, 其對應(yīng)的振蕩頻率為 X f 。 若去掉變?nèi)荻O管, 回路則由 N C 、 L 組成,對應(yīng)的振蕩頻率為 N f ,它們分別為(21jx N x C C L f += (6-15NLC f 21=(6-16 圖 6-4 測量 Cj VR

9、 曲線由式(6-15 、 (6-16可得:N XNN X X N jx C f f C f f f C -=-= 1(22222 (6-17 N f 、 X f 易測量, 如何求 N C ?將一已知電容 K C 并接在回路 N LC 兩端, 如圖 6-5所示。此時,對應(yīng)的頻率為 K f ,有(21K N K C C L f += (6-18由式(6-16 、 (6-18可得:K KN KN C f f f C -=222(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 f S 表示,單位為 KHz/V,即m f f S = (6-20式中,m u 為調(diào)制信號的幅度(峰值。f

10、 為變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容變化 j C 時引起的頻率變化量,由于變?nèi)莨懿糠纸尤胫C振回路, 則 Cj 引起回路總電容的變化量 C 為Cj P C =2 (6-21頻偏較小時, f 與 C 的關(guān)系可采用下面近似公式,即-Q C C f f 210 (6-22 將式(6-22代入(6-20中得 m Q f U C C f S =20 (6-23式中, C 為變?nèi)荻O管結(jié)電容的變化引起回路總電容的變化量, Q C 為靜態(tài)時諧振 回路的總電容,即 Q C QC Q C C C C C C +=1 (6-24調(diào)制靈敏度 f S 可以由變?nèi)荻O管 U j C -特性曲線上 u 處的斜率 C K KC 及式(6-23

11、計 算, S f 越大,調(diào)制信號的控制作用越強(qiáng),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?Bb910, Q2為隔離緩沖級。主要技術(shù)指標(biāo):主振頻率 MHZ f 7. 100=,最大頻偏 KHZ f m 20±=。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 容二極管的不同接入系數(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。三、實驗內(nèi)容1、 LC 調(diào)頻電路實驗(1連接 J82、 J84組成 LC 調(diào)頻電路。(2 接

12、通電源調(diào)節(jié) W81, 在變?nèi)荻O管 D81負(fù)端用萬用表測試電壓, 使變?nèi)荻O管的 反向偏壓為 2.5V 。(3用示波器和頻率計在 TT82處觀察振蕩波形,調(diào)節(jié) L84,使振蕩頻率為 10.7MHz 。 (4從 IN81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 TT82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)?。如果用方波調(diào)制則在示波 器上可看到兩條正弦波,這兩條正弦波之間的相差隨調(diào)制信號大小而變。 (5分別接 J81、 J83重做實驗 4。 1. C jx VxR曲線與 f x V xR曲線 1. K f =vf=5. 289 . 8-56.10=0.6682. 頻偏與直流反偏壓的關(guān)系當(dāng)直流反偏壓電壓較小時,頻偏較大, 反之,頻偏較小,達(dá)不到要求, 一般選在 C j V R曲線線性較好,且 Sc較大區(qū)段的中間位置。3. 頻偏與調(diào)制信號頻率的關(guān)系頻偏與調(diào)制信號的中心頻率有關(guān),調(diào)制信號的控制作用越強(qiáng),頻偏越大。七、心得體會通過本次實驗, 我初步了解了變?nèi)荻O管