實驗十三

變容二極管調頻實驗

一、實驗目的1.掌握變容二極管調頻電路的原理。

2.了解調頻調制特性及測量方法。

3.觀察寄生調幅現象，了解其產生及消除的方法。

二、實驗內容

1.測試變容二極管的靜態調制特性。

2.觀察調頻波波形。

3.觀察調制信號振幅時對頻偏的影響。

4.觀察寄生調幅現象。

三、實驗原理及電路

1.變容二極管工作原理

調頻即為載波的瞬時頻率受調制信號的控制。其頻率的變化量與調制信號成線性關系。常用變容二極管實現調頻。

變容二極管調頻電路如圖13-1所示。從J2處加入調制信號，使變容二

圖13-1

變容二極管調頻

極管的瞬時反向偏置電壓在靜態反向偏置電壓的基礎上按調制信號的規律變化，從而使振蕩頻率也隨調制電壓的規律變化，此時從J1處輸出為調頻

波（FM）。C15為變容二級管的高頻通路，L1為音頻信號提供低頻通路，L1和C23又可阻止高頻振蕩進入調制信號源。

圖13-2示出了當變容二極管在低頻簡諧波調制信號作用情況下，電容和振蕩頻率的變化示意圖。在（a）中，U0是加到二極管的直流電壓，當u＝U0時，電容值為C0。uΩ是調制電壓，當uΩ為正半周時，變容二極管負極電位升高，即反向偏壓增大；變容二極管的電容減小；當uΩ為負半周時，變容二極管負極電位降低，即反向偏壓減小，變容二極管的電容增大。在圖（b）中，對應于靜止狀態，變容二極管的電容為C0，此時振蕩頻率為f0。

因為，所以電容小時，振蕩頻率高，而電容大時，振蕩頻率低。從圖（a）中可以看到，由于C-u曲線的非線性，雖然調制電壓是一個簡諧波，但電容隨時間的變化是非簡諧波形，但是由于，f和C的關系也是非線性。不難看出，C-u和f-C的非線性關系起著抵消作用，即得到f-u的關系趨于線性（見圖（c））。

2.變容二極管調頻器獲得線性調制的條件

設回路電感為L，回路的電容是變容二極管的電容C（暫時不考慮雜散電容及其它與變容二極管相串聯或并聯電容的影響），則振蕩頻率為。為了獲得線性調制，頻率振蕩應該與調制電壓成線性關系，用數學表示為，式中A是一個常數。由以上二式可得，將上式兩邊平方并移項可得，這即是變容二極管調頻器獲得線性調制的條件。這就是說，當電容C與電壓u的平方成反比時，振蕩頻率就與調制電壓成正比。

3.調頻靈敏度

調頻靈敏度定義為每單位調制電壓所產生的頻偏。

設回路電容的C-u曲線可表示為，式中B為一管子結構即電路串、并固定電容有關的參數。將上式代入振蕩頻率的表示式中，可得

調制靈敏度

當n＝2時

設變容二極管在調制電壓為零時的直流電壓為U0,相應的回路電容量為C0,振蕩頻率為，就有

則有

上式表明，在n＝2的條件下，調制靈敏度與調制電壓無關（這就是線性調制的條件），而與中心振蕩頻率成正比，與變容二極管的直流偏壓成反比。后者給我們一個啟示，為了提高調制靈敏度，在不影響線性的條件下，直流偏壓應該盡可能低些，當某一變容二極管能使總電容C-u特性曲線的n＝2的直線段愈靠近偏壓小的區域時，那么，采用該變容二極管所能得到的調制靈敏度就愈高。當我們采用串和并聯固定電容以及控制高頻振蕩電壓等方法來獲得C-u特性n＝2的線性段時，如果能使該線性段盡可能移向電壓低的區域，那么對提高調制靈敏度是有利的。

由可以看出，當回路電容C-u特性曲線的n值（即斜率的絕對值）愈大，調制靈敏度越高。因此，如果對調頻器的調制線性沒有要求，則不外接串聯或并聯固定電容，并選用n值大的變容管，就可以獲得較高的調制靈敏度。

四、實驗步驟

1.靜態調制特性測量

將電路接成壓控振蕩器，J2端不接音頻信號，將頻率計接于J1處，調節電位器W1，記下變容二極管D1、D2兩端電壓和對應輸出頻率，并記于下表中。

VD1(V)

VD2(V)

F0(MHz)

2.動態測試

1）將電位器W1置于某一中值位置，將音頻信號通過J2輸入，將示波器接于J1端，可以看到調頻信號。由于載波很高，頻偏很小，因此看不到明顯的頻率變化的調頻波。但用頻偏儀（型號為BE37）可以測量頻偏。

2）為了清楚觀察FM波，可以將FM信號從J1端用連線連接到晶體三極管混頻器的輸入端（圖13-1的J4端），將示波器接在變頻器輸出端（圖13-1的J6端），調節調制信號電壓的大小即可觀察到頻偏的變化。

五、實驗報告要求

1.在坐標紙上畫出靜態調制特性曲線，并求出其調制靈敏度。說明曲線斜率受哪些因素的影響。

2.畫出實際觀察到的FM波形，并說明頻偏變化與調制信號振幅的關系。

六、實驗儀器

1.高頻實驗箱

1臺

2.雙蹤示波器

1臺

3.萬用表

1塊

4.頻偏儀

1臺