咼频实验报告（二）--- 电容三点式振荡器与变容二极管直接调频电路设计组员座位号16 __________________i实验时间__________ 周一上午 ________目录一、实验目的 (3)二、实验原理 (3)2.1 电容三点式振荡器基本原理 (3)2.2 变容二极管调频原理 (5)2.3 寄生调制现象 (8)2.4 主要性能参数及其测试方法 (9)三、实验内容 (10)四、实验参数设计 (11)五、实验参数测试 (14)六、思考题 (15)ii实验目的1. 掌握电容三点式LC 振荡电路的基本原理。

2. 掌握电容三点式LC 振荡电路的工程设计方法。

3. 了解高频电路中分布参数的影响及高频电路的测量方法。

4. 熟悉静态工作点、反馈系数、等效 Q 值对振荡器振荡幅度和频谱纯度的影响。

5. 掌握变容二极管调频电路基本原理、调频基本参数及特性曲线的测量方法。

实验原理2.1电容三点式振荡器基本原理电容三点式振荡器基本结构如图所示:在谐振频率上，必有 X i + X 2 + X 3 =0,由于晶体管的 V b 与V c 反相，而根据振荡器的振荡条件|T| = 1，要求V be = — V ce ,即i X i = i X 2，所以要求 X i 与X 2为同性质的电抗。

综合上述两个条件，可以得到晶体管LC 振荡器的一般构成法则如下：在发射极上连接的两个电抗为同性质电抗，另一个为异性质电抗。

原理电路如图3.2所示：图3.2原理电路共基极实际电路如图3.3所示:Xi ―IX 2I —图3.1电容三点式振荡器基本结构C1C2图3.3共基极实际电路其中：回路谐振时有:即 y fe R_k f >1 ,利用小信号等效电路分析，可以将起振条件表达为. 211 k f 1 ( ) r obR or e // R E k f1U (gobg o ) k f g ibR.-g ob G 0k f 2(g ib丄)R Eg ob1，gibr cb1(3-1)Go_ Q o o L ，C iC i C 2'，C 八 C 2CbeGo 为谐振回路导纳，Q o 为回路固有品质因数。

F(j •) ： k fGC 1 C 2'T(jJ"(j JU —R L k f盲是谐振回路广义失谐 其中：以上讨论中，忽略 C °b 的影响。

振幅起振条件：T(j cc )|=AF >1 ,(3-2)(3-3)(3-4) (3-5)y fe1R L1 k f(3-6)其中:y fe常 g m ，1g obr ob当忽略y fe , g oe ，g L '，g ie '等参数影响时，上述条件实际就是=0。

此时，振荡频率为：1；.-；：：：；•-；： 0 （ 3-12）L C 1C 2厂 ■. C 1 C 2'1精确推导振荡频率需要解方程 Im （y fe R L k f 「）=0。

实际的振荡频率略高于-.0 。

1 + j 匚由于共基接法的晶体管电路，其频率响应要明显高于共发射极电路，所以此接法的晶体管振荡电路的振荡频率可以高于共发射极接法电路，在实际使用中多采用此电路。

2.2变容二极管调频原理实现调频的方法有两大类，即直接调频与间接调频。

LC 调频振荡器是直接调频电路。

直接调频的基本原理是利用调制信号直接线性地改变载波振荡的瞬时频率。

如果受控振荡器是产生正弦波的LC 振荡器，则振荡频率主要取决于谐振回路的电感和电容。

将受到调制信 号控制的可变电抗与谐振回路连接， 就可以使振荡频率按调制信号的规律变化，实现直接调频。

可变电抗器件的种类很多，其中应用最广的是变容二极管，作为电压控制的可变电容元件，它有工作频率高、损耗小和使用方便等优点。

本实验采用变容二极管直接调频电路。

g L1 Q o o L (3-7)g ib1 1&5 — + -----------r eR E可得到振幅起振条件gm H gob go ） kfgib(3-8)考虑到g ib 拓丄拓g m , k f =——:一,将上式改写为r eC1+C 2'2(G C 2 '),、 G 1g m~2(g ob g o )- C CC R(3-9)相位起振条件:1T （ '）9即向5。

和£盲20(3-10)亦即:y feg ob g o g ib-0(3-11)变容二极管的C j -v 特性曲线如图3.5所示。

C jo 是二极管在零偏压时的结电容 v 是加在二极管两端的反向电压V D 是二极管PN 结的势垒电压丫是变容二极管的变容指数， 普通PN 结，超突变结丫 =1〜5。

丫与频偏的大小有关 （在小频偏情况下，选 丫= 1的变容二极管可近似实现线性调频 ）；在大频偏情况下，必须选 丫 =2的超突变结变容二极管，才能实现较好的线性调频）;v 为变容管两端所加的反向电压。

v =V Q v ] =V Q v m COS 4图3.5变容二极管的C -v 特性曲线典型变容二极管直接调频电路如图所示： L 、C 「C 2构成电容三点式振荡电路，C 3、D 与5、C 2并联，调频电路由变容二极管D 及耦合电容C 3组成。

R 1与R 2为变容二极管提供静态时的反向直流偏置电压V DQ ，即V DQ =[R 2 / （R| ■ R 2）]V CC 。

变容二极管上叠加有直流偏置电压V DQ 与调制信号电压V,」。

高频扼流圈L 1阻断振荡器信号对调制信号的干扰。

(3-13)(3-14)假定C3很大，又有C j ••氏，则可认为变容二极管电容为回路总电容。

式称为变容二极管的调制特性方程， 显然，当采用丫 =2的超突变结变容二极管，能实1''C，是处于静态工作点时的振荡频率。

V LC jQ变容管作为振荡回路总电容时，它的最大优点是调制信号变化能力强，即调频灵敏度 高，较小的M值就能产生较大的相对频偏。

但同时，因温度等外界因素变化引起 V Q 变化时，造成载波频率的不稳定也必然相对地增大。

而且振荡回路上的高频电压又全部加到变容管上。

为了克服这些缺点，在直接调频的 LC 正弦振荡电路中，一般都采用变容管部分接入的振荡回路。

图中 当C 3较小，与 C j 相比不可忽略时，变容二极管部分接入。

图3.6变容二极管部分回路总电容C 为GC2C 3C jC 1 C 2 C 3 C jC jj0j0jQ(1V DQ匕）(1V DQV 」cos'」t )(1 M cos 门 t)(3-15)C jQ(3-16)VV DQ V D为结电容调制度。

(t)1,L C "LC jQ (1 M cos 4)y=C (1 M cos 1」t)2(3-17)现较好的线性调频。

其中(3-18)C joGC 2 L (C I C 2------------ CQ Q)C 3(1 M cos 11)C jQ(3-19)幕级数展开，取到 2次项，有AA (t) = C 2 M 2 C AM c cos" t2M 2C cos2i 】t= C'：「C ?「m COS ，r 2m cos 2 11(3-20)其中 'C 二C 1C 2C 3CjQ■ G* C 2 C 3 *C jQy3?2 yn _1)A = 2P ，A 2= 8P 24P22P(1 P)(3-21)p =(1 + R)(1 + B + RP 2) Alp _CjQ p _ C1C 2 1 C 3 , P?(G+C 2)C jQ 部分接入后的最大频偏为 y ■m M C2P(3-22与非部分接入的相比，可等效成变容二极管的变容指数下降为 (3-23) 振荡频率所以，部分接入的电路要求变容二极管的变容指数大于2。

部分接入的优点是稳定性提高，可以减小寄生调制效应，从而减小调制失真。

缺点是调制灵敏度下降。

2.3寄生调制现象高频电压加在变容二极管两端，造成在高频电压一周内结电容的变化，使得振荡波形不对称，称为寄生调制实际电路中，采用变容二极管反向串联，所以由于高频载波电压造成的电容变化相互抵消，可以减轻寄生调制效应。

2.4主要性能参数及其测试方法1.中心频率 LC 振荡器的输出频率 f o 称为中心频率或载波频率。

用数字示波器监测振荡波形。

同时测量回路的谐振频率f o ，谐振电压V 。

，测试点如图3.8所示，在A 点、C 点及射级输出端分别测量电压、波形和频率；研究示波器的接入对电路产生的影响。

2 •频率稳定度 主振频率f o 的相对稳定性用频率稳定度丄f/f 。

表示。

虽然调频信号的瞬时频率随调制信号改变，但这种变化是以稳定的载频 f 0为基准的。

若载频不稳，则有可能使调频信号的频谱落到接收机通带之外。

因此，对于调频电路，不仅要满足一定频偏要求，而且振荡频率 f 0必须保持足够高的频率稳定度。

电容三点式改进型电路，其 •计/ f 0可达10° ~10,。

测量频率稳定度的方法是， 在一定的时间范围(如1小时)内或温度范围内每隔几分钟读一个频率值，然后取其范围内的最大值f max 与最小值f min ，则频率稳定度□ f 0 / f^ f max 也 / 小时(3-24) f3 •最大频偏 指在一定的调制电压作用下所能达到的最大频率偏移值-f m ，‘f m /f 。

称为相对频偏。

用于调频广播、电视伴音、移动式电台等的相对频偏较小，一般f m /f "0”，频偏 f m 在 50kHz~75kHz 内。

最大线性频偏Y'mMg(3-25)2P图3.8测量电路实验测量电路如图3.8(3-26)3、4两项可采用描绘变容二极管变频曲线的方法来测试。

下面介绍一种变容二极管测量方法。

变容二极管的特性曲线 C j -v 如图3.5所示。

变容二极管的性能参数 V Q 、C jo 、厶C j 及Q 点 处的斜率k c等可以通过C j -v 特性曲线估算。

测量C j -v 曲线的方法如下：先不接变容二极管，用 数字示波器测量射级跟随器的输出信号频率f 0 ；再接入C 5、变容管D 1, D 2及其偏置电路， 其中电位器R 6用来改变变容管的静态直流偏压V Q ，测出不同V Q 时对应的输出频率 f j 。

由式(3-5)或下式计算f j 对应的回路总电容 C z ，即(3-27)再由式(3-7)计算变容管的结电容 C j 。

然后将V Q 与C j 的对应数据列表并绘制 C j -v 曲线。

不 同型号的变容管，其 C j -v 曲线相差较大，性能参数也不相同。

使用前一定要测量 (或查阅手册)变容管的C j -v 曲线，得到工作点Q 处的斜率式N 。

设计一 LC 高频振荡器与变容二极管调频电路。