實驗十三

變?nèi)荻O管調(diào)頻實驗

一、實驗目的1.掌握變?nèi)荻O管調(diào)頻電路的原理。

2.了解調(diào)頻調(diào)制特性及測量方法。

3.觀察寄生調(diào)幅現(xiàn)象，了解其產(chǎn)生及消除的方法。

二、實驗內(nèi)容

1.測試變?nèi)荻O管的靜態(tài)調(diào)制特性。

2.觀察調(diào)頻波波形。

3.觀察調(diào)制信號振幅時對頻偏的影響。

4.觀察寄生調(diào)幅現(xiàn)象。

三、實驗原理及電路

1.變?nèi)荻O管工作原理

調(diào)頻即為載波的瞬時頻率受調(diào)制信號的控制。其頻率的變化量與調(diào)制信號成線性關系。常用變?nèi)荻O管實現(xiàn)調(diào)頻。

變?nèi)荻O管調(diào)頻電路如圖13-1所示。從J2處加入調(diào)制信號，使變?nèi)荻?/p>

圖13-1

變?nèi)荻O管調(diào)頻

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

波（FM）。C15為變?nèi)荻壒艿母哳l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(diào)制信號源。

圖13-2示出了當變?nèi)荻O管在低頻簡諧波調(diào)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(diào)制電壓，當uΩ為正半周時，變?nèi)荻O管負極電位升高，即反向偏壓增大；變?nèi)荻O管的電容減小；當uΩ為負半周時，變?nèi)荻O管負極電位降低，即反向偏壓減小，變?nèi)荻O管的電容增大。在圖（b）中，對應于靜止狀態(tài)，變?nèi)荻O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(diào)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?nèi)荻O管調(diào)頻器獲得線性調(diào)制的條件

設回路電感為L，回路的電容是變?nèi)荻O管的電容C（暫時不考慮雜散電容及其它與變?nèi)荻O管相串聯(lián)或并聯(lián)電容的影響），則振蕩頻率為。為了獲得線性調(diào)制，頻率振蕩應該與調(diào)制電壓成線性關系，用數(shù)學表示為，式中A是一個常數(shù)。由以上二式可得，將上式兩邊平方并移項可得，這即是變?nèi)荻O管調(diào)頻器獲得線性調(diào)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(diào)制電壓成正比。

3.調(diào)頻靈敏度

調(diào)頻靈敏度定義為每單位調(diào)制電壓所產(chǎn)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(shù)。將上式代入振蕩頻率的表示式中，可得

調(diào)制靈敏度

當n＝2時

設變?nèi)荻O管在調(diào)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(diào)制靈敏度與調(diào)制電壓無關（這就是線性調(diào)制的條件），而與中心振蕩頻率成正比，與變?nèi)荻O管的直流偏壓成反比。后者給我們一個啟示，為了提高調(diào)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?nèi)荻O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(qū)域時，那么，采用該變?nèi)荻O管所能得到的調(diào)制靈敏度就愈高。當我們采用串和并聯(lián)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(qū)域，那么對提高調(diào)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(diào)制靈敏度越高。因此，如果對調(diào)頻器的調(diào)制線性沒有要求，則不外接串聯(lián)或并聯(lián)固定電容，并選用n值大的變?nèi)莨?，就可以獲得較高的調(diào)制靈敏度。

四、實驗步驟

1.靜態(tài)調(diào)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(diào)節(jié)電位器W1，記下變?nèi)荻O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(tài)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(diào)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(diào)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(diào)節(jié)調(diào)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(tài)調(diào)制特性曲線，并求出其調(diào)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(diào)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