試驗七頻率調(diào)制試驗

實驗七頻率調(diào)制實驗、實驗原理1、頻率調(diào)制的一般原理頻率調(diào)制，就是用低頻調(diào)制信號去控制高頻載波的頻率，使高頻載波的振幅不變，而瞬時頻率與調(diào)制信號的強度成線性關(guān)系。設(shè)調(diào)制信號為：vf(t)=Vmcos①/載波信號為：、(t)=Vmcos①/調(diào)頻時，載波信號的瞬時角頻率①(t)隨調(diào)制信號成正比例變化，即：3(t)=3+KVcos3t (8—1)瞬時相位0(t)為：0(t)=/3(t)dt=30(t)=/3(t)dt=3t+KfVmsin3t

c3 f(8—2)因此，可得調(diào)頻波(FM波)的表達式為:v(t)=Vcos(3t+*Jfmsin3t)=Vcos(3t+cm c3ff cm c△3-—、—msin3t)3f fv(t)=Vcos(3t+msin3t) (8—3)式中：A3,“=KVm稱為調(diào)頻波的最大角頻偏。A3m=一m稱為調(diào)頻波的調(diào)頻指數(shù)。m可以大于1，m愈大抗噪聲性能愈f3好，但要占據(jù)更大的信號帶寬。我們已經(jīng)知道，LC振蕩器的振蕩頻率f=如果能使振蕩器回路的L或C受調(diào)制信號控制而變化，則振蕩頻率就會受調(diào)制信號控制而變化。只要L或C與U于成正比，從而實現(xiàn)線性調(diào)頻。調(diào)頻信號的產(chǎn)生方法有直接調(diào)頻法和間接調(diào)頻法，本實驗研究最常用的變?nèi)荻O管直接調(diào)頻法。2、變?nèi)荻O管直接調(diào)頻變?nèi)荻O管是單向?qū)щ娖骷?。在反偏時，它的PN結(jié)呈現(xiàn)一個與反向偏壓U有關(guān)的結(jié)電容C/利用其特性可使振蕩頻率隨外加電壓而變化，實現(xiàn)調(diào)頻。，與v的關(guān)系是非線性的，所以變?nèi)荻O管電容C屬非線性電容。C受反向偏

壓得控制特性曲線，簡稱Cj—v曲線，如圖8—1所示。變?nèi)荻O管結(jié)電容與外加電壓的關(guān)系可表示為：Cj=Co/（1+vVd% （8一4）其中Co是變?nèi)荻O管在零偏時的電容值；匕是變?nèi)荻O管的勢壘電位差（硅管約為0.7V，鍺管約為0.2V—0.3V）；Y是電容變化系數(shù)，通常Y=12—13；v是外加反向偏壓的絕對值，包括靜態(tài)工作電壓氣和調(diào)制信號電壓I，即：（8—5）設(shè)調(diào)制信號vf（t）=V（8—5）f=f(1+mcos①t)32c c f其中，mc表示結(jié)電容調(diào)制深度的調(diào)制指數(shù)，稱為電容調(diào)制度，m=fm——cVd+EQ由（8—5）式可見，只有當丫=2時，才能實現(xiàn)線性調(diào)頻。在'豐2時，調(diào)頻過程將產(chǎn)生非線性失真。不過，當Vm較小，且EQ合適的話，調(diào)頻非線性失真很小。對調(diào)頻電路的性能要求主要有調(diào)制線性、最大頻偏、調(diào)制靈敏度及中心頻率穩(wěn)定度等。前三項可由靜態(tài)頻率調(diào)制特性f—v曲線上估測出來。3、實驗電路說明用變?nèi)荻O管構(gòu)成的頻率調(diào)制實驗電路如圖8—2所示。在實驗箱中為01、02單元電路。比較圖2—2,可見，頻率調(diào)制實驗電路是在電容反饋LC振蕩器實驗電路的基礎(chǔ)上插入變?nèi)莨芗捌淦秒娐罚?2單元）組成的，變?nèi)荻O管作為回路總電容全部接入振蕩回路，改變2DW1可得到不同的直流偏置電壓EQ；2R1為隔

離電阻，用以減小偏置電路及外界測量儀器的內(nèi)阻對變?nèi)荻O管振蕩回路的影響；低頻調(diào)制信號電壓由2/2端輸入，通過高頻扼流圈2RFC加到變?nèi)荻O管兩端，2RFC對低頻調(diào)制信號呈現(xiàn)低阻抗，宜于低頻信號輸入，而對載頻呈高阻抗，以減小信號源的第內(nèi)阻對振蕩回路的影響；2C2為高頻旁路電容，它對低頻調(diào)制信號呈高阻抗。基本振蕩電路（01單元）的說明見實驗二。4、+12V1C8100/jF1C2/I-200P4、+12V1C8100/jF1C2/I-200P—1C41C2/2300FC3/3300FC「特性可以用替代法測量。方法如下：第一步，先不加變?nèi)荻O管電路，測量此時的振蕩頻率f，由圖8—2,振蕩o器的振蕩頻率f為:o（8—6）式中L即為1L1；C=（1C2、1C3、式中L即為1L1；第二步，與回路電容1C5并聯(lián)一個已知電容CK,CK=1C6,測量此時的頻率

f。則有:f。則有:(8—7)由（8—6）、（8—7）可求出: K

f2—f K

f2—f2

oK(8—8)K2(f-f)KoK第三步，去掉C,加上變?nèi)莨芗捌淦秒娐?，設(shè)相應于v的結(jié)電容為C,測量此時的振蕩頻率f量此時的振蕩頻率f。則有:（8—9）由式（8—6由式（8—6）、（8—9），可求出:于廣于；CX「于「于）C（8—10）改變2DWL測量出不同v時的j根據(jù)式（8—8）和（8—10），計算出相應的Cj,從而可得到變?nèi)荻O管的Cj—v曲線。5、5、頻率調(diào)制靈敏度指單位調(diào)制電壓所引起的頻偏。若調(diào)頻電路工作在線性調(diào)制狀態(tài)，則頻率調(diào)制靈敏度Sf為：S」S」AffVfm（8—11）根據(jù)211MCo可知，當電容變化AC時，頻率變化量Af為AfX-1fAC (8—12)2oCo若定義變?nèi)萜髟陟o態(tài)工作點Eq處C—v特性曲線的斜率為:（8—13）以調(diào)制信號電壓幅度V代替AV,則加AC=SVm （8-14）將（8—14）代入（8—12）,則得：Af=-Lsv2Ccfmo因此，S=foS^ （8—15）f2Co將（8—8）代入（8—15）,得S六f-fS （8—16）fCcK可見，由測得的Cj—v曲線，求出EQ處的斜率，既可由（8—16）式計算出頻率調(diào)制靈敏度S,。二、實驗儀器雙蹤示波器 XJ4330或 HH4330數(shù)字頻率計 SP3165A或NFC—100直流穩(wěn)壓電源萬用表實驗箱三、實驗內(nèi)容（一）準備1、斷開1/2—3/1、1/2—3/2及1K4；接通1/1—2/1；示波器和頻率計接于1B點檢測。接通01、02單元電源。2、調(diào)整2DW1，使2A點電壓EQ=4V；選取合適的1K1、1K2位置，并適當調(diào)整1C5、1DW1，使1B點波形較好，振蕩頻率約為4MHz。（二）Cj-v特性，靜態(tài)頻率調(diào)制特性和頻率調(diào)制靈敏度的測量1、逐點改變2DW1，測量并記錄2A點電壓V（用萬用表測）及與V相對應的頻率fj;填入表8—1，繪制fj—V曲線（fj—V曲線即為靜態(tài)頻率調(diào)制特性）。2、斷開1/1—2/1（即去掉變?nèi)荻O管及其偏置電路），記錄此時的振蕩頻率f。3、接入1K4（即與回路電容1C5并聯(lián)一已知電容CK，（CK=1C6=20pf），記錄此時的振蕩頻率f。K4、根據(jù)式（8—8）計算Co；根據(jù)（8—10）計算不同U時的C/填入表8—1；繪制變?nèi)荻O管的Cj-v特性曲線。5、由Cj-v曲線計算EQ=4V時的的斜率5小根據(jù)式（8-16）計算頻率調(diào)制靈敏度Sf。（三）觀察調(diào)頻信號波形1、接通1/1—2/1,調(diào)整2DW1,使E=4V,調(diào)整1DW1,使1B點輸出正常。Q2、接通07單元電源，7K置于1—2,調(diào)整7DW1,使7A點波形正常；調(diào)整7DW2,使7A點V<2V。3、接通7/1—2/2（即接入調(diào)制信號），觀察1B點調(diào)頻信號波形。適當調(diào)整調(diào)制信號幅度（改變