通信电路实验说明书Iem15%lcm1-mdlcmSmdor2ffo-3Ffofo+3Ffo-F fofo-F 2mf -图 2-2(a)图 2-2 (b)总之，频调波的频谱成份，理论上有无穷多，所以频率调制是一种非线性调制。三。调频信号的产生1.调频方法调频就是用调制电压去控制载波的频率。调频的方法和电路很多，最常用的可分为两大类：直接调频法和间接调频法。直接调频就是用调制电压直接去控制载频振荡器的频率，以产生调频信号。例如：被控电路是LC振荡器，那么，它的振荡频率主要由振荡回路电感L与电容C的数值来决定，若在振荡回路中加入可变电抗，并用低频调制信号去控制可变电抗的参数，即可产生振荡频率随调制信号变化的调频波。在实际电路中，可变电抗元件的类型有许多种，如变容二极管、电抗管等。间接调频法就是保持振荡器的频率不变，而用调制电压去改变载波输出的相位，这实际上是调相。由于调相和调频的关联性，所以只要附加一个简单的变换网络，就可以从调相获得调频。目前采用最多的是变容二极管直接调频法，下面主要介绍这种方法。2.变容二极管的特性变容二极管是利用半导体PN结的结电容随外加反向电压而变化这一特性，所制成的一种半导体二极管。它是一种电压控制可变电抗元件。变容二极管的符号如图2-3（a）所示，图2-3(b)是其串联和并联的等效电路。其中Cd代表二极管的电容，R或R并代表串联或并联的等效损耗电阻。由于二极管正常工作于反向状态，其损耗很小，故R并很大而R串很小。变容二极管与普通二极管相比，所不同的是在反向电压作用下的结电容变化较大。C200150a1006S01015反向电压图2-3(a)图 2-4图2-3(b)变容二极管的电容C随着所加的反向偏压U而变化。图2-4是C-U特性曲线。6
通信电路实验说明书 6 图 2-2(a) 图 2-2(b) 总之，频调波的频谱成份，理论上有无穷多，所以频率调制是一种非线性调制。 三．调频信号的产生 1.调频方法 调频就是用调制电压去控制载波的频率。调频的方法和电路很多，最常用的可分为两大类：直接调频 法和间接调频法。 直接调频就是用调制电压直接去控制载频振荡器的频率，以产生调频信号。例如：被控电路是 LC 振 荡器，那么，它的振荡频率主要由振荡回路电感 L 与电容 C 的数值来决定，若在振荡回路中加入可变电抗， 并用低频调制信号去控制可变电抗的参数，即可产生振荡频率随调制信号变化的调频波。在实际电路中， 可变电抗元件的类型有许多种，如变容二极管、电抗管等。 间接调频法就是保持振荡器的频率不变，而用调制电压去改变载波输出的相位，这实际上是调相。由 于调相和调频的关联性，所以只要附加一个简单的变换网络，就可以从调相获得调频。目前采用最多的是 变容二极管直接调频法，下面主要介绍这种方法。 2.变容二极管的特性 变容二极管是利用半导体 PN 结的结电容随外加反向电压而变化这一特性，所制成的一种半导体二极 管。它是一种电压控制可变电抗元件。 变容二极管的符号如图 2-3（a）所示，图 2-3(b)是其串联和并联的等效电路。其中Cd 代表二极管的 电容，R串或 R并 代表串联或并联的等效损耗电阻。由于二极管正常工作于反向状态，其损耗很小，故 R并 很大而 R串很小。变容二极管与普通二极管相比，所不同的是在反向电压作用下的结电容变化较大。 图 2-3(a) 图 2-3(b) 图 2-4 变容二极管的电容C 随着所加的反向偏压U 而变化。图 2-4 是C U− 特性曲线。 f F 0 − f 0 f F 0 − Icm 1 2 m If cm 1 2 m If cm f 0 f 15%Icm f F 0 − 3 f F 0 + 3 2m Ff C U 反向电压
通信电路实验说明书3.变容二极管调频电路BGR-图2-5图2-5为某发信机的调频电路，其中，虚线框部分为共基极的西勒振荡器，图中仅画出了交流等效电路。框外部分为变容二极管调频器。下面就来讨论其工作原理。直流电压E通过RiR2分压后，经高频扼流圈L2加到变容二极管BG2的负端，BG2的正端接地。这样BG2就得到了反向偏置。L2对高频起流作用，对直流和低频可认为短路。C6为高频旁路电容，话音调制电压Vo经L2也加到BG2的两端，使BG2的结电容随Vo而变。L2和C6防止高频电流流向RiR2电源E和低频信号源VQ。下面来分析振荡器的频率（或频偏）和调制信号的关系。通常Cs>>Ci，C3<<Ci，C3<<C2，因此，CsC1C2均可忽略，振荡回路可简化为图2-6。图2-6设C3的接入系数为P3，C的接入系数为Pj，那么可把C3和C折合到Li两端，回路可进一步简化成图2-7。图2-77
通信电路实验说明书 7 3.变容二极管调频电路 图 2-5 图 2-5 为某发信机的调频电路，其中，虚线框部分为共基极的西勒振荡器，图中仅画出了交流等效电 路。框外部分为变容二极管调频器。下面就来讨论其工作原理。 直流电压 E 通过 R R1 2 分压后，经高频扼流圈 L2 加到变容二极管 BG2 的负端，BG2 的正端接地。这 样 BG2 就得到了反向偏置。 L2 对高频起扼流作用，对直流和低频可认为短路。C6 为高频旁路电容，话 音调制电压V Ω 经 L2 也加到 BG2 的两端，使 BG2 的结电容随V Ω 而变。L2 和C6 防止高频电流流向 R R1 2 、 电源 E 和低频信号源V Ω 。 下面来分析振荡器的频率（或频偏）和调制信号的关系。通常C C 5 >> j ，C C 3 1 << ，C C 3 2 << ，因 此，C5 C1 C2 均可忽略，振荡回路可简化为图 2-6。 图 2-6 设C3 的接入系数为 P3，Cj 的接入系数为 Pj ，那么可把C3 和Cj 折合到 L1 两端，回路可进一步简化 成图 2-7。 图 2-7
通信电路实验说明书图中，C=P2C3+C4,Cj=P2Cj，因而振荡器的振荡角频率1I0/Li(C+C)V(P23C3+C4+ P2,C)L在进行调频时，C将随调制信号Vα而变，因而の也将随之而变。图2-8画出了Vα如何引起の变化的工作过程。ISCjAC-LIVo!0wa(ta)技It图2-8图中，の-C,曲线是根据上述公式，在C3、C4、P3、P一定时绘出的。当Va按余弦规律变化时，C,也在Cjo基础上作相应变化，通过の-C,曲线，可求得の作相应变化的曲线。可以证明在工作点（即V=V。）附近的区域内，の和Vo成线性关系，因而の也按余弦规律变化。の=のo+KVQ=のo+KVomcosQt，K为一常数。上式表明已正确实现了调频。根据上面的分析，可以画出△f～△V关系曲线（如图2-9），即调制特性。当△V较小时为直线。当△V较大时，则出现弯曲。曲线的斜率即AV+Af4V图2-9表示调制电压对振荡频率的控制能力，叫做控制灵敏度。显然我们希望控制灵敏度高一些。变容二极管调频法的主要缺点是中心频率不稳。这一方面是由于振荡器本身是LC振荡器，稳定度不高，另一方面变容二极管的C受外界的影响比较大。8
通信电路实验说明书 8 图中， 2 2 C PC CC PC =+= 33 4, ′j jj ，因而振荡器的振荡角频率 2 2 1 33 4 1 1 LC C ( )j ( ) P C C PCL j j ω = = + + + 。 在进行调频时，Cj 将随调制信号V Ω 而变，因而ω 也将随之而变。图 2-8 画出了V Ω 如何引起ω 变化 的工作过程。 图 2-8 图中，ω −Cj 曲线是根据上述公式，在CCPP 3 43 、 、 、 j 一定时绘出的。当V Ω 按余弦规律变化时， Cj 也在Cjo 基础上作相应变化，通过ω −Cj 曲线，可求得ω 作相应变化的曲线。可以证明在工作点（即 V V= o ）附近的区域内， ω 和 V Ω 成线性关系，因而 ω 也按余弦规律变化。 ωω ω =+ =+ Ω 0 0 KV KV t Ω Ωm cos ， K 为一常数。上式表明已正确实现了调频。 根据上面的分析，可以画出∆ ∆ f V ~ 关系曲线（如图 2-9），即调制特性。当∆V 较小时为直线。当 ∆V 较大时，则出现弯曲。曲线的斜率即 f V ∆ ∆ ， 图 2-9 表示调制电压对振荡频率的控制能力，叫做控制灵敏度。显然我们希望控制灵敏度高一些。 变容二极管调频法的主要缺点是中心频率不稳。这一方面是由于振荡器本身是 LC 振荡器，稳定度不 高，另一方面变容二极管的Cj 受外界的影响比较大
通信电路实验说明书2-2频率调制实验电路：变容二极管调频器实验电路变容二极管调频器实验电路如图2-10所示。图中，12BGo1本身为电容三点式振荡器，它与12D01、12D02（变容二极管）一起组成了直接调频器。12BG03为放大器，12BGo为射极跟随器。12W用来调节变容二极管偏压。+12V1KO12C1512C1412R0212R0612C0612R04T12W0112C0312D0112D0212TP012BG01=2CC2CCIF2001412R012LOL12L02)12RO3112RO32ROT1200212C0412005+2V12R1612R1312R18C07 =12R1112C0812R092R0812D0312BG03led12BG12TRO12F022C112R1212R1412R1T12R1512C12-图2-10变容二极管调频器实验电路二：变容二极管调频器工作原理由图2-10可见，加到变容二极管上的直流偏置就是+12V经由12Rc2、12Wo和12Ro分压后，从12Ro得到的电压，因而调节12Wo即可调整偏压。由图可见，该调频器本质上是一个电容三点式振荡器（共基接法），由于电容12C05对高频短路，因此变容二极管实际上与12Lo2相并。调整电位器12W01，可改变9
通信电路实验说明书 9 2-2 频率调制实验电路 一．变容二极管调频器实验电路 变容二极管调频器实验电路如图 2-10 所示。图中，12BG01本身为电容三点式振荡器，它与 12D01、12D02 （变容二极管）一起组成了直接调频器。12BG03 为放大器，12BG04为射极跟随器。12W01用来调节变容二极 管偏压。 12D01 2CC1F 12L02 12R13 12C08 12R15 12C12 12BG04 12R16 12R03 12R17 12C11 2R08 1 12TP02 12R05 12L03 12R02 12D03 led 12R18 +12V1 C07 12BG03 12R12 12R14 12R11 12C15 12C14 12BG01 12R04 12R07 12C03 12C05 12C02 12L01 12W01 12R06 12C06 12R09 12C04 12D02 2CC1F 12C01 12R01 1 12TP01 +12V1 12P0 12P02 图 2-10 变容二极管调频器实验电路 二．变容二极管调频器工作原理 由图 2-10 可见，加到变容二极管上的直流偏置就是+12V 经由 12R02、12W01和 12R03分压后，从 12R03 得到的电压，因而调节 12W01即可调整偏压。由图可见，该调频器本质上是一个电容三点式振荡器（共基 接法），由于电容 12C05 对高频短路，因此变容二极管实际上与 12L02相并。调整电位器 12W01，可改变
通信电路实验说明书变容二极管的偏压，也即改变了变容二极管的容量，从而改变其振汤频率。因此变容极管起着可变电容的作用。对输入音频信号而言，12Lo1短路，12Cos开路，从而音频信号可加到变容二极管12Dol、12Do上。当变容二极管加有音频信号时，其等效电容按音频规律变化，因而振荡频率也按音频规律变化，从而达到了调频的目的。2-3频率调制实验目的、内容和步骤一、实验目的1.熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统；2.掌握用变容二极管调频振荡器实现FM的方法：3.理解静态调制特性、动态调制特性概念和测试方法。二：实验内容1.用示波器观察调频器输出波形，考察各种因素对于调频器输出波形的影响；2.变容二极管调频器静态调制特性测量；3.变容二极管调频器动态调制特性测量。三，实验步骤1.实验准备在实验箱主板上插上变容二极管调频模块、斜率鉴频与相位鉴频模块，按下12K01，此时变容二极管调频模块电源指标灯点亮。2.静态调制特性测量输入端先不接音频信号，将示波器接到调频器单元的12TP02。将频率计接到调频输出（12P02），用万用表测量12TP01点电位值，按表2-1所给的电压值调节电位器12Wo1，使12TP01点电位在1.65一9.5V范围内变化，并把相应的频率值填入表2-1。表2-11.65O9.5Vi2po: (V)AFo (MHz)3.动态调制特性测量①将斜率鉴频与相位鉴频模块（简称鉴频器单元）中的+12V电源接通（按下13K01开关，相应指示灯亮），从而鉴频器工作于正常状态。②调整12Wo使得变容二极管调频器输出频率fo=6.3MH左右。③接入音频调制信号至音频输入端12P01，（f=1kHz、峰-峰值V=300mv、正弦波）。10
通信电路实验说明书 10 变容二极管的偏压，也即改变了变容二极管的容量，从而改变其振荡频率。因此变容二极管起着可变电容 的作用。 对输入音频信号而言，12L01短路，12C05开路，从而音频信号可加到变容二极管 12D01、 12D01上。当变容二极管加有音频信号时，其等效电容按音频规律变化，因而振荡频率也按音频规律变化， 从而达到了调频的目的。 2-3 频率调制实验目的、内容和步骤 一、实验目的 1．熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统； 2．掌握用变容二极管调频振荡器实现 FM 的方法； 3．理解静态调制特性、动态调制特性概念和测试方法。 二．实验内容 1．用示波器观察调频器输出波形，考察各种因素对于调频器输出波形的影响； 2．变容二极管调频器静态调制特性测量； 3．变容二极管调频器动态调制特性测量。 三．实验步骤 1．实验准备 在实验箱主板上插上变容二极管调频模块、斜率鉴频与相位鉴频模块，按下12K01，此时变容二极管 调频模块电源指标灯点亮。 2．静态调制特性测量 输入端先不接音频信号，将示波器接到调频器单元的12TP02。将频率计接到调频输出（12P02），用 万用表测量12TP01点电位值，按表2-1所给的电压值调节电位器12W01，使12TP01点电位在1.65—9.5V范围 内变化，并把相应的频率值填入表2-1。 表2-1 V12P01(V) 1.65 2 3 4 5 6 7 8 9 9.5 F0(MHz) 3．动态调制特性测量 ①将斜率鉴频与相位鉴频模块（简称鉴频器单元）中的+12 V 电源接通（按下 13K01 开关，相应指示 灯亮），从而鉴频器工作于正常状态。 ②调整 12W01使得变容二极管调频器输出频率 f0=6.3MH 左右。 ③接入音频调制信号至音频输入端 12P01，（f =1kHz、峰-峰值 Vp-p=300mv、正弦波）