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1、高频电子线路实验,一、实 验 目 的,3、理解变容二级管调频的静态调制特性与动态调制特性概念和测试方法。,1、了解频率调制(FM)的基本工作原理；,2、掌握用变容二极管实现调频(FM)的原理与过程；,二、实 验 内 容,1 变容二极管静态调制特性实验,2 变容二极管动态调制特性实验,三、实验应知知识,所谓调频，就是把所要传送的信息（例如语言、音乐等）作为调制信号,去控制载波信号的频率，使其按照调制信号幅度的大小变化,而振幅保持恒定的一种调制方式。,1什么是频率调制（FM）,由此可见:UFM为等幅疏密波，疏密的变化与调制信号有关，调制信号寄托于等幅波的疏密之中或单位时间内过零点的数目之中。其数学
2、表达式为:,三、实验应知知识,直接法的特点是:振荡器与调制器合二为一。,2.常用调频方法,产生调频信号的常用方法有：,1)直接法,直接法主要有变容二极管直接调频、电抗管直接调频和晶体振荡器直接调频等方法。其中，变容二极管直接调频最常用。,直接法,间接法,直接法就是用调制信号控制振荡器的频率（通过改变振荡回路元件参数来实现）。,这种方法的主要优点:在实现线性调频的要求下，可以获得较大的频偏.,其主要的缺点:频率稳定度差。,三、实验应知知识,间接法就是把振荡与调制器分开，即采用高稳定度的晶体振荡器作为主振级,先对调制信号积分，再调相，然后从调相器获得调频信号。这样一来就可得中心频率稳定度高的调频信
3、号，但最大相偏有限。,2)间接法,三、实验应知知识,三、实验应知知识,3.调频信号的参数,（1）最大角频偏,（2）调制系数（调制灵敏度),它表示 对瞬时（角）频率的控制能力，即单位调制电压所引起的频偏量，是产生FM信号电路的重要参数。,（3）调频指数,它是单音调制信号引起的最大瞬时相角偏移 量，又称调制深度，但 与F成反比。可以大于1，而且常常远远大于1。,它是瞬时角频率 的最大值；反映了频率受调制的程度，是衡量调频质量的重要指标。,三、实验应知知识,4 带宽,若 1，则，为宽带调频。,由于FM信号的能量主要集中在 附近，因此，忽略掉其它一些振幅很小的边频分量，在工程上定义FM信号带宽为：,若
4、 1，则，为窄带调频；,三、实验应知知识,5.变容二极管的特点与压控特性,二极管的PN结具有电容效应,扩散电容，正向偏置，电容效应比较小。,势垒电容，反向偏置，电容效应大。,所以为利用PN结的势垒电容，变容二极管应工作在反向偏置状态.,当PN结反向偏置时，结电容会随外加反向偏压而变化，而专用的变容二极管，是经过特殊工艺处理（控制半导体的掺杂浓度和掺杂的分布）使势垒电容能灵敏地随反向偏置电压的变化而呈现较大变化的压控变容元件。,1)变容二极管结构特点,2)变容二极管压控特性,三、实验应知知识,变容二极管结电容Cj的大小,随其PN结所加反偏电压uR变化的关系，称变容二极管的压控特性。,结电容Cj与
5、反偏电压uD 的关系：,式中：Co：uR=0 时的电容（零偏置电容）,uR：外加反向偏置电压,uD:PN结势垒电位差(硅管约为0.6V)。,r:结电容变化指数，通常=1/21/3，经特殊工艺制成的超实变结 电容=15,可以看出Cj与uR之间是非线性关系，即变容二极管属于非线性电容，这种非线性电容基本上不消耗能量，产生的噪声量级也较小，是较理想的高效率，低噪声非线性电容。,=1/2为实变结,=1/3为缓变结,1为超实变结,三、实验应知知识,6.变容二极管直接调频的原理电路,为了突出调频性能的分析，下图只画出了它的高频交流等效电路，没有画出直流馈电电路。,图中；C3为高频偶合电容，C4为偶合隔直电
6、容，LD为高频扼流圈，阻止高频电流经过调制信号源被旁路，右图为振荡器交流等效电路，C j与振荡器回路并联，R1，R2为C j的偏置电路，为C j提供静态直流偏压,，而二极管的反偏电压为：,+Uo-,1）全接入式变容二极管直接调频,7.变容二极管直接调频法的全接入式和部分接入方式,若Cj为回路的总电容，如图（A）所示为全接入式变容二极管直接调频电路。图中C1很大，所以决定振荡频率的等效电路为图（B），其振荡频率为,三、实验应知知识,部分接入式振荡回路如所示，Cj为回路电容的一部分，总电容C为:,2)部分接入式变容二极管直接调频,振荡频率为:,三、实验应知知识,实验应知知识介绍完毕,实 验 开 始
7、,谢谢!,a、注意安全操作规程，确保人身安全,注意人身安全和仪器设备的安全,为了防止器件损坏，在切断实验电路板上的电源后才能改接电路。,调换仪器时应切断实验仪器的电源。,逐步养成用右手进行单手操作的习惯。,b、爱护仪器设备,仪器在使用过程中，不必经常开关电源。,切忌无目的的拨弄仪器面板上的开关和按钮。,仪器设备出现问题，请向老师寻求帮助，请勿随便调换配件。,实验现场的操作规程,图中，BG2 本身为电容三点式振荡器级，它与BG1（变容二极管）一起组成了直接调频器。BG3 为共射放大器，BG4 为射极跟随器。W1 用来调节变容二极管偏压，W2 用来调节 BG2 级的静态工作点，它们都会影响 FM波
8、载波频率。W3用来调节输出（OUT）电压幅度。,三、实验应知知识,1。实验变容二极管调频电路,式中，CS=(C2CjC4)+(C5C6C7)（若接通 K1，则用 C3+C4 取代 C4）。对输入音频信号而言，C1、L1 短路，C2 开路，从而音频信号可加到变容二极管 BG1 上。只要改变 Cj，即可改变 CS，从而改变振荡频率，这就是变容二极管调频器的工作原理。,三、实验应知知识,2。实验变容二极管调频等效电路,等效电路如图，图（a)可见，加到变容二极管上的直流偏置就是+12V经由 R3、W1 分压后，从 W1 滑动端上取出的电压，因而调节 W1 即可调整偏压。由图(b)可见，该调频器本质上是
9、一个电容三点式振荡器（共集接法），变容二极管经由 C4（或 C3+C4）再加到回路的 L2 上，因而是属于变容二极管取部分接入的电路。接通 K1 可增大接入系数。显然，振荡频率 fo 为：,1。LC振荡电路调整,输入“IN”端先不接音频调制信号，同时将耦合电容C3不接。将数字存贮示波器的“CH1”探头接到调频器单元“OUT”端，检测LC振荡器的输出信号，适当调节振荡器V1管的基极偏置电位器RP2，使得振荡器输出信号波形（正弦波）最大且不失真。,适当调节放大器V2管的输出幅度调节电位器RP3，使输出信号的幅度最大，此后应保持RP2和RP3不变。,记录此时LC振荡器输出信号的频率、幅度与电信号波形
10、。,五、实验内容,2.变容二极管调频振荡器静态调制特性调测,按表所列的数据要求，分别接或不接耦合电容C3，以1V电压为步进，逐点调整RP1电位器，将测试数据记录于表中。,五、实验内容,当以上各点测试完成后，适当调整Rp1电位器，使调频振荡频率输出信号的频率为6.5MHz，并用电压表记录此时VD=?V。,根据测量数据结果，按图所示，作出f-VD特性曲线,。体会变容二极管结电容Cj随VD变化的关系.,3 变容二极管调频动态调制特性的测量,调制信号，加到调频器的输入“IN”端。并以此信号作示波器的同步信号，加入示波器的“CH1”通道。,载信号：6.5MHz/1.5-2Vp-p(调整RP3),调制信号
11、:1-2KHz/0.5V-1Vp-p,不接C3耦合电容,用示波器的“CH2”通道观察FM调制器的“OUT”端的调频信号输出波形。由于载波的频率为6.5MHZ，观察时，应适当调整示波器的“秒/格”（1ms）旋钮，再配合“暂停/运行”功能键。记录此条件时的调制信号与调频信号的波形。,接入电容C3，按以上操作步骤，记录此时的调制信号与调频信号的波形。,五、实验内容,1 整理实验数据2 在同一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影响。3.在坐标纸上画出动态调制特性曲线，说明输出波形畸变的原因。,实验报告要求,FM信号的频谱特点：,1、以fo为中心，由无穷多对以F为间隔的边频分量组成，各分量的幅值取决于Bessel函数，且围绕fo对称分布；,2、fo的分量并非总是最大，有时为零。,3、FM信号的功率大部分集中于fo附近；,4、频谱结构与mf有密切的关系：在fmmf有影响的边频数目增加频谱展宽；在fm一定时，在Fmf有影响的边频数目增加频谱宽度基本不变。,
