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变容二极管调频器与相位鉴频器实验
实验学时:2
实验类型：验证
实验要求：必修
一、实验目的
1.了解变容二极管调频器的电路结构与电路工作原理
2.掌握调频器的调制特性及其测量方法
3.观察寄生调幅现象和了解其产生的原因及其消除方法
二、实验预习要求
实验前，预习“电子线路非线性部分”第5章：角度调制与解调电路；“高频电子线路”第八章：角度调制与解调；“高频电子技术”第9章：角度调制与解调—非线性频率变换电路等有关章节的内容。
三、实验原理
1.变容二极管直接调频电路：
变容二极管实际上是一个电压控制的可变电容元件。当外加反向偏置电压变化时，变容二极管PN结的结电容会随之改变，其变化规律如图3-1所示。

图3-1变化规律
直接调频的基本原理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的变化规律呈线性改变，以生成调频信号的目的。
若载波信号是由LC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件决定。因而，只要用调制信号去控制振荡回路的电感和电容，就能达到控制振荡频率的目的。

图3-2 直接调频示意图

若在LC振荡回路上并联一个变容二极管，如图3-2所示，并用调制信号电压来控制变容二极管的电容值，则振荡器的输出频率将随调制信号的变化而改变，从而实现了直接调频的目的。
2.电容耦合双调谐回路相位鉴频器：
图3-3 相位鉴频器的组成框图
相位鉴频器的组成方框图如3-3示。图中的线性移相网络就是频—相变换网络，它将输入调频信
号u1 的瞬时频率变化转换
为相位变化的信号u2，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，从而实现了鉴频的目的。
图3-4的耦合回路相位鉴频器是常用的一种鉴频器。这种鉴频器的相位检波器部分是由两个包络检波器组成，线性移相网络采用耦合回路。为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。

图3-4 耦合回路相位鉴频器
图3-5（a）是电容耦合的双调谐回路相位鉴频器的电路原理图，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。鉴频器输出电压uo由C5两端取出，C5对高频短路而对低频开路，再考虑到L2、C2对低频分量的短路作用，因而鉴频器的输出电压uo等于两个检波器负载电阻上电压的变化之差。电阻R3对输入信号频率呈现高阻抗，并为二极管提供直流通路。图（a）中初次级回路之间仅通过Cp与Cm进行耦合，只要改变Cp和Cm 的大小就可调节耦合的松紧程度。由于Cp的容量远大于Cm，Cp 对高频可视为短路。基于上述，耦合回路部分的交流等效电路如图4-5（b）所示。初级电压u1经Cm耦合，在次级回路产生电压u2，经L2中心抽
头分成两个相等的电压 ，
由图可见，加到两个二极管上的信号电压分别为：uD1=和uD2= ，
随着输入信号频率的变化。u1和u2之间的相位也发生相应的变化，从而使它们的合成电压发生变化，由j此可将调频波变成调幅—调频波，最后由包络检波器检出调制信号。

(a) （b）
图3-5 电容耦合双调谐回路相位鉴频器
3、实际线路分析：
电路原理图如图3-6所示，图中的上半部分为变容二极管调频器，下半部分为相位鉴频器。BG401为电容三点式振荡器，产生10MHz的载波信号。变容二极管D401和C403构成振荡回路电容的一部分，直流偏置电压通过R427、W401、R403和L401加至变容二极管D401的负端，C402为变容二极管的交流通路，R402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源和低频回路短路。低频信号从输入端J401输入，通过变容二极管D401实现直接调频，C401为耦合电容，BG402对调制波进行放大，通过W402控制调制波的幅度，BG403为射级跟随器，以减小负载对调频电路的影响。从输出端J402或TP402输出10MHz调制波，通过隔离电容C413接至频率计；用示波器接在TP402处观测输出波形，目的是减小对输出波形的影响。J403为相位鉴频器调制波的输入端，C414提供合适的容性负载；BG404和BG405接成共集—共基电路，以提高输入阻抗和展宽频带，R418、R419提供公用偏置电压，C422用以改善输出波形。BG405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。
四、实验仪器设备
THCGP-1型高频电子线路综合实验箱；
扫频仪；
双踪示波器；
繁用表。

图3-6 变容二极管调频器与相位鉴频器实验电原理图
五、实验内容与步骤
把本实验模块插到实验箱中，对照本实验原理图熟悉元器件的位置和实际电路的布局，然后按下电源开关S1，此相对应的发光二极管点亮。
（一）振荡器输出的调整
1将切换开关K2的1-2（下边两点）接点短接，调整电位器RW1使变容二极管D1的负极对地电压为+2V，并观测振荡器输出端的振荡波形与频率。
2.调整线圈T1的磁芯和可调电阻RW2，使R8两端电压为2.5±0.05V（用直流电压表测量），使振荡器的输出频率为10±0.02MHz。
3.调整电位器RW3，使输出振荡幅度为 1.6 VP-P。
（二）变容二极管静态调制特性的测量
输入端J1无信号输入时，改变变容二极管的直流偏置电压，调整RW1使反偏电压Ed在0-5.5V范围内变化，分两种情况测量输出频率，并填入下表。

Ed（V）
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
f0
MHz
不并C404

并C404

（三）相位鉴频器鉴频特性的测试
1.相位鉴频器的调整：
扫频输出探头接TP4， Y输入用开路探头接TP6，
使用内频标观察和调整10MHz鉴频S曲线，可调器件为L406，T401，C426，C428，C429 五个元件。其主要作用为：
C29 调中心10MHz至X轴线。
C28 调上下波形对称。
C30 调中心10MHz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10MHz, 幅度0.4 VP-P，接入输入端TP4，用直流电压表测量输出端TP6对地电压（若不为零，可略微调T3和C29，使其为零），然后在9.0MHz-11MHz范围内，以相距0.2MHz的点频，测得相应的直流输出电压，并填入下表。
f(MHz)
9.0
9.2
9.4
9.6
9.8
10
10.2
10.4
10.6
10.8
11
V0(mV)

绘制f-VO曲线，并按最小误差画出鉴频特性的直线（用虚线表示）。
（三）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J1接入1K的音频调制信号Vi。将K2的1-2短接(下面两点)，令Ed=2V，连接J2和J3。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。
Vi(VP-P)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
V0(VP-P)

六、实验注意事项
1.实验前必须认真阅读扫频仪的使用方法。
2.实验时必须对照实验原理线路图进行，要与实验板上的实际元器件一一对应。
3.其它同前。
七、预习思考题
1.变容二极管有何特性？有何应用？
2.电容耦合双调谐回路是如何实现鉴频的？
3.相位鉴频器的频率特性为什么会是一条以载波频率为中心的S 曲线？试从原理上加以分析。
八、实验报告
1.在同一座标纸上画出两根变容二极管的静态调制特性曲线，并求出其调制灵敏度S，说明曲线斜率受哪些因素的影响。
2.根据实验数据绘制相位鉴频器的鉴频特性f～VO曲线。
3.根据实验数据绘制相位鉴频器的动态调制特性曲线VO～Vi和VO～f，并分析输出波形产生畸变的原因。
4.根据实验步骤(四)的测量结果，并结合相频特性测试所得的S曲线，求出变容二极管输出调频波的频偏△f。