变容二极管.ppt

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1、变容二极管调频器与相位鉴频器实验一、实验要解决的问题一、实验要解决的问题1.1.掌握变容二极管调频器的电路结构掌握变容二极管调频器的电路结构与电路工作原理与电路工作原理 2.2.掌握调频器的调制特性及其测量掌握调频器的调制特性及其测量方法方法 调频分为:1.直接调频2.间接调频 两大类直接调频利用利用调制信号直接控制直接控制振荡器的振荡频率，的振荡频率，使其按调制信号的变化规律变化，称为使其按调制信号的变化规律变化，称为直接调频。要控制要控制载波振荡器的振荡频率，就要用调的振荡频率，就要用调制信号去控制制信号去控制决定决定载波振荡器振荡频率的振荡频率的元件或电路的参数，从而使载波振荡器的元件或

2、电路的参数，从而使载波振荡器的瞬时频率按调制信号变化规律线性变化，瞬时频率按调制信号变化规律线性变化，实现直接调频。实现直接调频。在LC振荡器中，决定振荡器频率的主要元，决定振荡器频率的主要元件是件是LCLC振荡器回路的电感振荡器回路的电感L L和电容和电容C C。在RC振荡器中，决定振荡频率的主要元件，决定振荡频率的主要元件是电阻是电阻R R和电容和电容C C。因此根据调频的特点，用调制信号去控制因此根据调频的特点，用调制信号去控制可控电感、电容或电阻的数值就能实现可控电感、电容或电阻的数值就能实现调频。调频。变容二极管直接调频电路变容二极管是根据是根据PNPN结的结电容随反向电压变化结的结

3、电容随反向电压变化而变化的原理而设计与工作的。而变化的原理而设计与工作的。在施加反向偏压时，在施加反向偏压时，变容二极管变容二极管呈现较大的结电呈现较大的结电容。这个结电容的大小能灵敏地随反向偏压变容。这个结电容的大小能灵敏地随反向偏压变化。化。利用变容二极管的这一特性，将变容二极管接到利用变容二极管的这一特性，将变容二极管接到振荡器的振荡回路中，作为振荡器的振荡回路中，作为可控电容元件，则，则回路的电容量会随调制电压变化，从而改变振回路的电容量会随调制电压变化，从而改变振荡频率，达到调频的目的。荡频率，达到调频的目的。变容二极管实际上是一个电压控制的可变变容二极管实际上是一个电压控制的可变电

4、容元件。当外加反向偏置电压变化时，电容元件。当外加反向偏置电压变化时，变容二极管变容二极管PNPN结的结电容会随之改变，结的结电容会随之改变，其变化规律如图所示其变化规律如图所示。直接调频的基本原理是用调制信号直接控制振荡是用调制信号直接控制振荡回路的参数，使振荡器的输出频率随调制信号回路的参数，使振荡器的输出频率随调制信号的变化规律呈线性改变，以生成调频信号。的变化规律呈线性改变，以生成调频信号。若若载波信号是由是由LCLC自激振荡器产生，则振自激振荡器产生，则振荡频率主要由振荡回路的电感和电容元荡频率主要由振荡回路的电感和电容元件决定。件决定。因而，只要用因而，只要用调制信号去控制振荡回路

5、的去控制振荡回路的电感和电容，就能达到控制振荡频率的电感和电容，就能达到控制振荡频率的目的。目的。若在若在LCLC振荡回路上并联一个振荡回路上并联一个变容二极管，如图所示，并用调制信号电压来控制变如图所示，并用调制信号电压来控制变容二极管的电容值，则振荡器的输出频容二极管的电容值，则振荡器的输出频率将随调制信号的变化而改变，从而实率将随调制信号的变化而改变，从而实现了现了直接调频的目的。的目的。BG401为电容三点式振荡器，产生为电容三点式振荡器，产生10MHz10MHz的载波信的载波信号。号。变容二极管变容二极管D401和C403构成振荡回路电容的一部构成振荡回路电容的一部分，分，直流偏置电

6、压通过通过R R427427、W W401401、R R403403和和L L401401加至变容加至变容二极管二极管D D401401的负端，的负端，C C402402为变容二极管的交流通路，为变容二极管的交流通路，R R402402为变容二极管的直流通路，为变容二极管的直流通路，L401和R403组成隔离支路，防止载波信号通过电组成隔离支路，防止载波信号通过电源和低频回路短路。源和低频回路短路。低频信号从输入端从输入端J J401401输入，通过变容二极管输入，通过变容二极管D D401401实现直接调频，实现直接调频，C C401401为耦合电容，为耦合电容，BG402对调制波进行放大，

7、通过对调制波进行放大，通过W W402402控制调制波控制调制波的幅度，的幅度，BGBG403403为射级跟随器，以减小负载对调频电路的为射级跟随器，以减小负载对调频电路的影响。影响。从输出端从输出端J J402402或或TPTP402402输出输出10MHz10MHz调制波，通过隔调制波，通过隔离电容离电容C C413413接至频率计；接至频率计；用示波器接在用示波器接在TPTP402402处观测输出波形，目的是减处观测输出波形，目的是减小对输出波形的影响。小对输出波形的影响。电容耦合双调谐回路相位鉴频器 相位鉴频器的组成方框图如示。图中的线相位鉴频器的组成方框图如示。图中的线性移相网络就是

8、频性移相网络就是频相变换网络，它将输入调相变换网络，它将输入调频信号频信号u1 u1 的瞬时频率变化转换为相位变化的的瞬时频率变化转换为相位变化的信号信号u2u2，然后与原输入的调频信号一起加到相，然后与原输入的调频信号一起加到相位检波器，检出反映频率变化的相位变化，从位检波器，检出反映频率变化的相位变化，从而实现了鉴频的目的。而实现了鉴频的目的。图图中中的耦合回路相位鉴频器是常用的一种鉴频器的耦合回路相位鉴频器是常用的一种鉴频器。这种鉴频器的。这种鉴频器的相位检波器部分相位检波器部分是由两个包络是由两个包络检波器组成，检波器组成，线性移相网络采用耦合回路。为络采用耦合回路。为了扩大线性鉴频的

9、范围，这种相位鉴频器通常了扩大线性鉴频的范围，这种相位鉴频器通常都接成平衡和差动输出。都接成平衡和差动输出。它是由调频调相变换器和相位检波器两部分所组成。调频调相变换器实质上是一个电容耦合双调谐回路谐振放大器，耦合回路初级信号通过电容Cp耦合到次级线圈的中心抽头上，L1C1为初级调谐回路，L2C2为次级调谐回路，初、次级回路均调谐在输入调频波的中心频率fc上，二极管D1、D2和电阻R1、R2分别构成两个对称的包络检波器。J J403403为相位鉴频器调制波的输入端，为相位鉴频器调制波的输入端，C C414414提供合适的容性负载；提供合适的容性负载；BGBG404404和和BGBG405405

10、接成共集接成共集共基电路，以提高共基电路，以提高输入阻抗和展宽频带，输入阻抗和展宽频带，R R418418、R R419419提供公用偏置电压，提供公用偏置电压，C C422422用以改善输出波形。用以改善输出波形。BGBG405405集电极负载以及之后的电路在原理分集电极负载以及之后的电路在原理分析中都已阐明，这里不再重复。析中都已阐明，这里不再重复。1.1.将切换开关将切换开关K K401401的的1-21-2接点短接，调整电位器接点短接，调整电位器W W401401使变容二极管使变容二极管D D401401的负极对地电压为的负极对地电压为+2V+2V，并观测振荡器输出端的振荡波形与频率。

11、并观测振荡器输出端的振荡波形与频率。2.2.调整线圈调整线圈L L402402的磁芯和可调电阻的磁芯和可调电阻R R404404，使，使R R407407两端电压为两端电压为2.52.50.05V0.05V（用直流电压表测量），（用直流电压表测量），使振荡器的输出频率为使振荡器的输出频率为10100.02MHz0.02MHz。3.3.调整电位器调整电位器W W402402，使输出振荡幅度为，使输出振荡幅度为 1.6 V1.6 VP-P-P P。变容二极管静态调制特性的测量输入端输入端J J401401无信号输入时，改变变容二极管无信号输入时，改变变容二极管的直流偏置电压，使反偏电压的直流偏置电

12、压，使反偏电压EdEd在在0-0-5.5V5.5V范围内变化，分两种情况测量输出范围内变化，分两种情况测量输出频率，并填入下表。频率，并填入下表。相位鉴频器鉴频特性的测试1.1.相位鉴频器的调整：相位鉴频器的调整：扫频输出探头接扫频输出探头接TPTP403403，Y Y输入用开路探头接输入用开路探头接TPTP404404，使用内频标观察和调整使用内频标观察和调整10MHz10MHz鉴频鉴频S S曲线，可调器曲线，可调器件为件为L L406406，T T401401，C C426426，C C428428，C C429429 五个元件。其五个元件。其主要作用为：主要作用为：C C428428 调

13、中心调中心10MHz10MHz至至X X轴线。轴线。C C426 426 调上下波形对称。调上下波形对称。C C429 429 调中心调中心10MHz10MHz附近的的线性。附近的的线性。2.鉴频特性的测试使载波发生器模块输出载波频率使载波发生器模块输出载波频率10MHz,10MHz,幅幅度度0.4 V0.4 VP-PP-P，接入输入端，接入输入端TPTP403403，用直流电，用直流电压表测量输出端压表测量输出端TPTP405405对地电压（若不为对地电压（若不为零，可略微调零，可略微调T T401401和和C C428428，使其为零），使其为零），然后在然后在9.0MHz-11MHz9.0MHz-11MHz范围内，以相距范围内，以相距0.2MHz0.2MHz的点频，测得相应的直流输出电的点频，测得相应的直流输出电压，并填入下表。压，并填入下表。变容二极管动态调制特性的测量在变容二极管调频器的输入端J401接入1K的音频调制信号Vi。将K401 的1-2短接，令Ed=2V，连接J402与J403。用双踪示波器同时观察调制信号与解调信号，改变Vi的幅度，测量输出信号，结果填入下表。