变容二极管调制实验

实验十二变容二极管调频实验通信1301王少丹201308030104一、实验目的1、掌握变容二极管调频电路的原理。2、了解调频调制特性及测量方法。3、观察寄生调幅现象，了解其产生及消除的方法。二、实验内容1、测试变容二极管的静态调制特性。2、观察调频波波形。3、观察调制信号振幅时对频偏的影响。4、观察寄生调幅现象。三、实验仪器1、信号源模块1块2、频率计模块1块3、3号板1块4、双踪示波器1台5、万用表1块6、频偏仪（选用）1台四、实验原理及电路1、变容二极管工作原理调频即为载波的瞬时频率受调制信号的控制。其频率的变化量与调制信号成线性关系。常用变容二极管实现调频。变容二极管调频电路如图12-1所示。从P3处加入调制信号，使变容二极管的瞬时反向偏置电压在静态反向偏置电压的基础上按调制信号的规律变化，从而使振荡频率也随调制电压的规律变化，此时从P2处输出为调频波（FM）。C15为变容二级管的高频通路，L2为音频信号提供低频通路，L2可阻止外部的高频信号进入振荡回路。本电路中使用的是飞利浦公司的BB910型变容二极管，其电压-容值特性曲线见图12-4，从图中可以看出，在1到10V的区间内，变容二极管的容值可由35P到8P左右的变化。电压和容值成反比，也就是TP6的电平越高，振荡频率越高。图12-1变容二极管调频图12-4BB910型变容二极管容值与电压特性曲线图12-2示出了当变容二极管在低频简谐波调制信号作用情况下，电容和振荡频率的变化示意图。在（a）中，U0是加到二极管的直流电压，当u＝U0时，电容值为C0。uΩ是调制电压，当uΩ为正半周时，变容二极管负极电位升高，即反向偏压增大；变容二极管的电容减小；当uΩ为负半周时，变容二极管负极电位降低，即反向偏压减小，变容二极管的电容增大。在图（b）中，对应于静止状态，变容二极管的电容为C0，此时振荡频率为f0。不难看出，C-u和f-C的非线性关系起着抵消作用，即得到f-u的关系趋于线性（见图（c））。图12-2调制信号电压大小与调频波频率关系图解2、变容二极管调频器获得线性调制的条件设回路电感为L，回路的电容是变容二极管的电容C（暂时不考虑杂散电容及其它与变容二极管相串联或并联电容的影响），则振荡频率为LCf21。为了获得线性调制，频率振荡应该与调制电压成线性关系，用数学表示为Auf，式中A是一个常数。由以上二式可得LCAu21，将上式两边平方并移项可得2222)2(1BuuLAC，这即是变容二极管调频器获得线性调制的条件。这就是说，当电容C与电压u的平方成反比时，振荡频率就与调制电压成正比。3、调频灵敏度调频灵敏度fS定义为每单位调制电压所产生的频偏。设回路电容的C-u曲线可表示为nBuC，式中B为一管子结构即电路串、并固定电容有关的参数。将上式代入振荡频率的表示式LCf21中，可得LBufn22调制灵敏度LBnuufSnf412当n＝2时LBSf21设变容二极管在调制电压为零时的直流电压为U0,相应的回路电容量为C0,振荡频率为0021LCf，就有200BUCLBUf200则有00UfSf上式表明，在n＝2的条件下，调制灵敏度与调制电压无关（这就是线性调制的条件），而与中心振荡频率成正比，与变容二极管的直流偏压成反比。后者给我们一个启示，为了提高调制灵敏度，在不影响线性的条件下，直流偏压应该尽可能低些，当某一变容二极管能使总电容C-u特性曲线的n＝2的直线段愈靠近偏压小的区域时，那么，采用该变容二极管所能得到的调制灵敏度就愈高。当我们采用串和并联固定电容以及控制高频振荡电压等方法来获得C-u特性n＝2的线性段时，如果能使该线性段尽可能移向电压低的区域，那么对提高调制灵敏度是有利的。由LBSf21可以看出，当回路电容C-u特性曲线的n值（即斜率的绝对值）愈大，调制灵敏度越高。因此，如果对调频器的调制线性没有要求，则不外接串联或并联固定电容，并选用n值大的变容管，就可以获得较高的调制灵敏度。五、实验步骤1、连线框图如图12-3所示信号源（1号板）低频输出P3音频输入P2变容二极管调频（3号板）示波器振荡输出TP7图12-3变容二极管调频接线图2、静态调制特性测量1）将3号板SW1拨置“LC”，P3端先不接音频信号，将频率计接于P2处。2）调节电位器W2，记下变容二极管测试点TP6电压和对应输出频率，并记于下表中。VTP6(V)6.46.66.76.86.97.28.08.89.29.6F0(MHz)4.324.334.344.354.364.384.434.474.494.503、动态测试1）将电位器W2置于某一中值位置，将峰－峰值为4V，频率为1KHz的音频信号（正弦波）从P2输入。2）在TP6用示波器观察，可以看到调频信号特有的疏密波。将示波器时间轴靠拢，可以看到有寄生调幅现象。调频信号的频偏可用频谱分析仪观测。六、实验报告要求1、在坐标纸上画出静态调制特性曲线，并求出其调制灵敏度。说明曲线斜率受哪些因素的影响。4.34.324.344.364.384.44.424.444.464.484.54.52024681012F答：电压和频率。2、画出实际观察到的FM波形，并说明频偏变化与调制信号振幅的关系。调频波在调制信号波峰呈现频率比较高，波谷处频率比较低，即反应在示波器上频率低处波形比较稀疏，频率高处波形比较密。但输出波形的幅度都是相等的。而调幅波则是频率相等但幅度不同的波形。增大调制信号频率之后看到的是边带频谱滚动的周期变化频率增大，即滚动的速度变快，而滚动的范围没有变。原因是由于Δf=-0.5fo(Cm/Co)cosΩt，调制信号频率的增加会增加输出调频信号变化的快慢，频率越高，变化得越快，因为变化的周期就是输入信号的周期