实验六 变容二极管调频
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五、实验步骤
参照附图G1，在主箱上正确插好发射模块，对照发射模块中的变容二极管调频部分，正确连接电路电源线，＋12V孔接+12V， GND接GND（从电源部分+12V和GND插孔用连接线接入），接上电源通电(若正确连接了,扩展板上的电源指示灯将会亮)。
1、LC调频电路实验
（1）连接J3、J4、J5组成LC调频电路。
在做测试技术的实验前,我以为不会难做,就像以前做物理实验一样,做完实验,然后两下子就将实验报告做完.直到做完测试实验时,我才知道其实并不容易做,但学到的知识与难度成正比,使我受益匪浅.
根据定义，调频时载波的瞬时频率 随 成线性变化，即
（6-1）
则调频波的数字表达式如下：
或 （6-2）
式中： 是调频波瞬时频率的最大偏移，简称频偏，它与调制信号的振幅成正比。比例常数Kf亦称调制灵敏度，代表单位调制电压所产生的频偏。
式中： 称为调频指数，是调频瞬时相位的最大偏移，它的大小反映了调制深度。由上公式可见，调频波是一等幅的疏密波，可以用示波器观察其波形。
为了减小高频电压对变容二极管的作用，减小中心频率的漂移，常将图6—1中的耦合电容 的容量选得较小（与 同数量级），这时变容二极管部分接入振荡回路，即振荡回路的等效电路如图6—3所示。理论分析将证明这时回路的总电容为
(6-12)
回路总电容的变化量为：
(6-13)
频偏:
(6-14)
式中， 称为接入系数。
（2）接通电源，K1向右拨，调节W1，在C6的上端用万用表测试电压，使变容二极管的反向偏压为2.5V。如下图（1）所示：
图（一）
（3）用示波器和频率计在TT1处观察振荡波形，调节CC1，使振荡频率为10.7MHz，调节W2使输出波形失真最小。如下图（二）所示：
图（二）
（4）从IN1处输入1KHz的正弦信号作为调制信号（信号由低频信号源提供,参考低频信号源的使用。信号大小由零慢慢增大，用示波器在TT1处观察振荡波形变化,如果有频谱仪则可以用频谱仪观察调制频偏），此时能观测到一条正弦带。如果用方波调制则在示波器上可看到两条正弦波，这两条正弦波之间的相差随调制信号大小而变。如下图图（三）、图（四）所示、图（五）所示
2、实验线路
见附图G1
使用12V供电，振荡器Q1使用3DG12C，变容管使用Bb910，Q2为隔离缓冲级。
主要技术指标：主振频率 ，最大频偏 。
本实验中，由R1、R2、W1、R3组成变容二极管的直流偏压电路。C3、C4、C12组成变容二极管的不同接入系数。IN1为调制信号输入端，由L4、C8、C7、C9、C5和振荡管组成LC调制电路。
(6-18)
由式（6-16）、（6-18）可得：
(6-19)
（3）调制灵敏度
单位调制电压所引起的频偏称为调制灵敏度，以 表示，单位为KHz/V，即
(6-20)
式中， 为调制信号的幅度（峰值）。
为变容管的结电容变化 时引起的频率变化量，由于变容管部分接入谐振回路，则 引起回路总电容的变化量 为
(6-21)
由图可见：未加调制电压时，直流反偏 （在教材称 ）所对应的结电容为 （在教材中称 ）。当反偏增加时， 减小；反偏减小时， 增大，其变化具有一定的非线性，当调制电压较小时，近似为工作在 ～ 曲线的线性段， 将随调制电压线性变化，当调制电压较大时，曲线的非线性不可忽略，它将给调频带来一定的非线性失真。
图6-2用调制信号控制变容二极管结电容
2.530
2.835
3.074
3.210
fX（MHz）
10.633
10.633
10.634
10.635
10.636
10.637
10.641
（4）作 ～ 曲线。
（5）作 ～ 曲线。
（6）用频谱仪观察调频信号（应接入变容二极管,即连J4并取下C6），记下不同的 对应的不同的 ，计算调制灵敏度 的值。（如果没有频谱仪则此项不作要求）。
关于直流反偏工作点电压的选取，可由变容二极管的 ～ 曲线决定。从曲线中可见，对不同的 值，其曲线的斜率（跨导） 各不相同。 较小时， 较大，产生的频偏也大，但非线性失真严重，同时调制电压不宜过大。反之， 较大时， 较小，达不到所需频偏的要求，所以 一般先选在 ～ 曲线线性较好，且 较大区段的中间位置，大致为手册上给的反偏数值，例：2CC1C， 。本实验将具体测出实验板上的变容二极管的 ～ 曲线，并由同学们自己选定 值，测量其频偏 的大小。
频偏较小时， 与 的关系可采用下面近似公式，即
(6-22)
将式（6-22）代入（6-20）中得
(6-23)
式中， 为变容二极管结电容的变化引起回路总电容的变化量， 为静态时谐振回路的总电容，即
(6-24)
调制灵敏度 可以由变容二极管 特性曲线上 处的斜率 KC及式（6-23）计算，Sf越大，调制信号的控制作用越强，产生的频偏越大。
（7）观察频偏与接入系数的关系（此时应取下C6，连接J4）。
在直流偏值电压相同的情况下，输入调制信号相同的情况下，分别连接J1、J3测试所得的频偏， 计算 的。验证 。 为7）中所测的值。
（8）观察频偏与直流反偏电压的关系（连接J3、J4）。
（9）观察频偏与调制信号频率的关系（连接J4、J4）。
六、实验心得
图（七）
表6-1
fN
11.09MHz
CK
100uf
fK
11.088MHz
CN
277175uf
（3）断开CK（即取出C6上的电容）,接上变容二极管(即连接J4)，调节W1，测量不同反偏 值时，对应的频率 值，代入式（6-17）计算 值，填入表6-2中。
表6-2
VRX（伏）
1.825
1.860
2.217
图（三）
图（四）
图（五）
（5）分别接J1、J2重做实验4。
（6）（选做）测绘变容二极管的 ～ 曲线（参看图6-4）。
2、断开J1、J2，连接J3、J4、J5，断开IN1的输入信号，使电路为LC自由振荡状态。
（1）断开变容二极管 （即断开J4），用频率计在TT1处测量频率 。如下图（六）所示
图（六）
（2）断开 ，接上已知 （即连通J5，在C6处插上电容），在TT1处测量频率 ，由式（6-19）计算出 值，填入表6-1中。如下图(七)所示
如何产生调频信号？最简便、最常用的方法是利用变容二极管的特性直接产生调频波，其原理电路如图6—1所示。
图6-1变容二极管调频原理电路
变容二极管 通过耦合电容 并接在 回路的两端，形成振荡回路总电容的一部分。因而，振荡回路的总电容C为：
（6-3）
振荡频率为：
（6-4）
加在变容二极管上的反向偏压为：
变容二极管利用PN结的结电容制成，在反偏电压作用下呈现一定的结电容（势垒电容），而且这个结电容能灵敏地随着反偏电压在一定范围内变化，其关系曲线称 ～ 曲线，如图6—2所示。
我们再回到图6—1，并设调制电压很小，工作在 ～ 曲线的线性段，暂不考虑高频电压对变容二极管作用。
设 （6-5）
由图6—2（c）可见：变容二极的电容随υR变化。
即： （6-6）
由公式（3）可得出此时振荡回路的总电容为
由此可得出振荡回路总电容的变化量为：
（6-7）
由式可见：它随调制信号的变化规律而变化，式中 的是变容二极管结电容变化的最大幅值。我们知道：当回路电容有微量变化 时，振荡频率也会产生 的变化，其关系如下：
《高频电子线路实验》
实验六
一、实验目的
1、掌握变容二极管调频的工作原理；
2、学会测量变容二极管的Cj～V特性曲线；
3、学会测量调频信号的频偏及调制灵敏度。
二、实验内容
1、调节电路，观察调频信号输出波形。
2、观察并测量LC调频电路输出波形。
3、观察频偏与接入系数的关系。
4、测量变容二极管的Cj～V特性曲线；
（6-8）
式中，是 未调制时的载波频率； 是调制信号为零时的回路总电容，显然
由公式（6-4）可计算出 （调频中又称为中心频率）。
即：
将（6-7）式代入（6-8）式，可得：
（6-9）
频偏： （6-10）
振荡频率： （6-11）
由此可见：振荡频率随调制电压线性变化，从而实现了调频。其频偏 与回路的中心频率 成正比，与结电容变化的最大值 成正比，与回路的总电容 成反比。
（2）变容二极管 ～ 曲线的测量，将图6—1的振荡回路重画于图6—4， 代表不同反偏 时的结电容，其对应的振荡频率为 。若去掉变容二极管，回路则由 、 组成，对应的振荡频率为 ，它们分别为
（6-15）
（6-16）
由式（6-15）、（6-16）可得：
(6-17)
、 易测量，如何求 ？将一已知电容 并接在回路 两端，如图6-5所示。此时，对应的频率为 ，有
5、测量调频信号的频偏及调制灵敏度。
三、实验仪器
1、双踪示波器 一台ห้องสมุดไป่ตู้
2、频率特性扫频仪（选项） 一台
四、实验原理
1、实验原理
（1）变容二极管调频原理
所谓调频，就是把要传送的信息（例如语言、音乐）作为调制信号去控制载波（高频振荡信号）的瞬时频率，使其按调制信号的规律变化。
设调制信号： ，载波振荡电压为：
参照附图G1，在主箱上正确插好发射模块，对照发射模块中的变容二极管调频部分，正确连接电路电源线，＋12V孔接+12V， GND接GND（从电源部分+12V和GND插孔用连接线接入），接上电源通电(若正确连接了,扩展板上的电源指示灯将会亮)。
1、LC调频电路实验
（1）连接J3、J4、J5组成LC调频电路。
在做测试技术的实验前,我以为不会难做,就像以前做物理实验一样,做完实验,然后两下子就将实验报告做完.直到做完测试实验时,我才知道其实并不容易做,但学到的知识与难度成正比,使我受益匪浅.
根据定义，调频时载波的瞬时频率 随 成线性变化，即
（6-1）
则调频波的数字表达式如下：
或 （6-2）
式中： 是调频波瞬时频率的最大偏移，简称频偏，它与调制信号的振幅成正比。比例常数Kf亦称调制灵敏度，代表单位调制电压所产生的频偏。
式中： 称为调频指数，是调频瞬时相位的最大偏移，它的大小反映了调制深度。由上公式可见，调频波是一等幅的疏密波，可以用示波器观察其波形。
为了减小高频电压对变容二极管的作用，减小中心频率的漂移，常将图6—1中的耦合电容 的容量选得较小（与 同数量级），这时变容二极管部分接入振荡回路，即振荡回路的等效电路如图6—3所示。理论分析将证明这时回路的总电容为
(6-12)
回路总电容的变化量为：
(6-13)
频偏:
(6-14)
式中， 称为接入系数。
（2）接通电源，K1向右拨，调节W1，在C6的上端用万用表测试电压，使变容二极管的反向偏压为2.5V。如下图（1）所示：
图（一）
（3）用示波器和频率计在TT1处观察振荡波形，调节CC1，使振荡频率为10.7MHz，调节W2使输出波形失真最小。如下图（二）所示：
图（二）
（4）从IN1处输入1KHz的正弦信号作为调制信号（信号由低频信号源提供,参考低频信号源的使用。信号大小由零慢慢增大，用示波器在TT1处观察振荡波形变化,如果有频谱仪则可以用频谱仪观察调制频偏），此时能观测到一条正弦带。如果用方波调制则在示波器上可看到两条正弦波，这两条正弦波之间的相差随调制信号大小而变。如下图图（三）、图（四）所示、图（五）所示
2、实验线路
见附图G1
使用12V供电，振荡器Q1使用3DG12C，变容管使用Bb910，Q2为隔离缓冲级。
主要技术指标：主振频率 ，最大频偏 。
本实验中，由R1、R2、W1、R3组成变容二极管的直流偏压电路。C3、C4、C12组成变容二极管的不同接入系数。IN1为调制信号输入端，由L4、C8、C7、C9、C5和振荡管组成LC调制电路。
(6-18)
由式（6-16）、（6-18）可得：
(6-19)
（3）调制灵敏度
单位调制电压所引起的频偏称为调制灵敏度，以 表示，单位为KHz/V，即
(6-20)
式中， 为调制信号的幅度（峰值）。
为变容管的结电容变化 时引起的频率变化量，由于变容管部分接入谐振回路，则 引起回路总电容的变化量 为
(6-21)
由图可见：未加调制电压时，直流反偏 （在教材称 ）所对应的结电容为 （在教材中称 ）。当反偏增加时， 减小；反偏减小时， 增大，其变化具有一定的非线性，当调制电压较小时，近似为工作在 ～ 曲线的线性段， 将随调制电压线性变化，当调制电压较大时，曲线的非线性不可忽略，它将给调频带来一定的非线性失真。
图6-2用调制信号控制变容二极管结电容
2.530
2.835
3.074
3.210
fX（MHz）
10.633
10.633
10.634
10.635
10.636
10.637
10.641
（4）作 ～ 曲线。
（5）作 ～ 曲线。
（6）用频谱仪观察调频信号（应接入变容二极管,即连J4并取下C6），记下不同的 对应的不同的 ，计算调制灵敏度 的值。（如果没有频谱仪则此项不作要求）。
关于直流反偏工作点电压的选取，可由变容二极管的 ～ 曲线决定。从曲线中可见，对不同的 值，其曲线的斜率（跨导） 各不相同。 较小时， 较大，产生的频偏也大，但非线性失真严重，同时调制电压不宜过大。反之， 较大时， 较小，达不到所需频偏的要求，所以 一般先选在 ～ 曲线线性较好，且 较大区段的中间位置，大致为手册上给的反偏数值，例：2CC1C， 。本实验将具体测出实验板上的变容二极管的 ～ 曲线，并由同学们自己选定 值，测量其频偏 的大小。
频偏较小时， 与 的关系可采用下面近似公式，即
(6-22)
将式（6-22）代入（6-20）中得
(6-23)
式中， 为变容二极管结电容的变化引起回路总电容的变化量， 为静态时谐振回路的总电容，即
(6-24)
调制灵敏度 可以由变容二极管 特性曲线上 处的斜率 KC及式（6-23）计算，Sf越大，调制信号的控制作用越强，产生的频偏越大。
（7）观察频偏与接入系数的关系（此时应取下C6，连接J4）。
在直流偏值电压相同的情况下，输入调制信号相同的情况下，分别连接J1、J3测试所得的频偏， 计算 的。验证 。 为7）中所测的值。
（8）观察频偏与直流反偏电压的关系（连接J3、J4）。
（9）观察频偏与调制信号频率的关系（连接J4、J4）。
六、实验心得
图（七）
表6-1
fN
11.09MHz
CK
100uf
fK
11.088MHz
CN
277175uf
（3）断开CK（即取出C6上的电容）,接上变容二极管(即连接J4)，调节W1，测量不同反偏 值时，对应的频率 值，代入式（6-17）计算 值，填入表6-2中。
表6-2
VRX（伏）
1.825
1.860
2.217
图（三）
图（四）
图（五）
（5）分别接J1、J2重做实验4。
（6）（选做）测绘变容二极管的 ～ 曲线（参看图6-4）。
2、断开J1、J2，连接J3、J4、J5，断开IN1的输入信号，使电路为LC自由振荡状态。
（1）断开变容二极管 （即断开J4），用频率计在TT1处测量频率 。如下图（六）所示
图（六）
（2）断开 ，接上已知 （即连通J5，在C6处插上电容），在TT1处测量频率 ，由式（6-19）计算出 值，填入表6-1中。如下图(七)所示
如何产生调频信号？最简便、最常用的方法是利用变容二极管的特性直接产生调频波，其原理电路如图6—1所示。
图6-1变容二极管调频原理电路
变容二极管 通过耦合电容 并接在 回路的两端，形成振荡回路总电容的一部分。因而，振荡回路的总电容C为：
（6-3）
振荡频率为：
（6-4）
加在变容二极管上的反向偏压为：
变容二极管利用PN结的结电容制成，在反偏电压作用下呈现一定的结电容（势垒电容），而且这个结电容能灵敏地随着反偏电压在一定范围内变化，其关系曲线称 ～ 曲线，如图6—2所示。
我们再回到图6—1，并设调制电压很小，工作在 ～ 曲线的线性段，暂不考虑高频电压对变容二极管作用。
设 （6-5）
由图6—2（c）可见：变容二极的电容随υR变化。
即： （6-6）
由公式（3）可得出此时振荡回路的总电容为
由此可得出振荡回路总电容的变化量为：
（6-7）
由式可见：它随调制信号的变化规律而变化，式中 的是变容二极管结电容变化的最大幅值。我们知道：当回路电容有微量变化 时，振荡频率也会产生 的变化，其关系如下：
《高频电子线路实验》
实验六
一、实验目的
1、掌握变容二极管调频的工作原理；
2、学会测量变容二极管的Cj～V特性曲线；
3、学会测量调频信号的频偏及调制灵敏度。
二、实验内容
1、调节电路，观察调频信号输出波形。
2、观察并测量LC调频电路输出波形。
3、观察频偏与接入系数的关系。
4、测量变容二极管的Cj～V特性曲线；
（6-8）
式中，是 未调制时的载波频率； 是调制信号为零时的回路总电容，显然
由公式（6-4）可计算出 （调频中又称为中心频率）。
即：
将（6-7）式代入（6-8）式，可得：
（6-9）
频偏： （6-10）
振荡频率： （6-11）
由此可见：振荡频率随调制电压线性变化，从而实现了调频。其频偏 与回路的中心频率 成正比，与结电容变化的最大值 成正比，与回路的总电容 成反比。
（2）变容二极管 ～ 曲线的测量，将图6—1的振荡回路重画于图6—4， 代表不同反偏 时的结电容，其对应的振荡频率为 。若去掉变容二极管，回路则由 、 组成，对应的振荡频率为 ，它们分别为
（6-15）
（6-16）
由式（6-15）、（6-16）可得：
(6-17)
、 易测量，如何求 ？将一已知电容 并接在回路 两端，如图6-5所示。此时，对应的频率为 ，有
5、测量调频信号的频偏及调制灵敏度。
三、实验仪器
1、双踪示波器 一台ห้องสมุดไป่ตู้
2、频率特性扫频仪（选项） 一台
四、实验原理
1、实验原理
（1）变容二极管调频原理
所谓调频，就是把要传送的信息（例如语言、音乐）作为调制信号去控制载波（高频振荡信号）的瞬时频率，使其按调制信号的规律变化。
设调制信号： ，载波振荡电压为：