频率调制预习报告

（一） 频率调制实验预习报告

一、实验目的

1、了解变容二极管调频电路的组成与基本工作原理；

2、进一步掌握实现调频的方法及其电路组成；

3、掌握调频电路的调整与测量方法。

二、实验仪器

低频信号发生器 高频信号发生器 数字频率计 直流稳压电源 数字万用表 双踪示

波器 高频毫伏表

三、实验原理

1、频率调制（FM)的一般原理 频率调制，就是用低频调制信号去控制高频载波的频率，是高频载波的振幅不变，而瞬时频率随调制信号线性变化。

st 设调制信号： v??t??V?mco?载波振荡电压为： vc?t??Vcmcos?ot 根据定义，调频时载波的瞬时频率??t?随???t?成线性变化，即 ??t???o?KfV?co?st??o???co?st

(t) 为： 瞬时相位? (t)???(t)dt??ct? ? 0tkfV?m?sin?t

则调频波的数字表达式如下：

KfV?m????m????vt?Vcos?t?sin?t?Vcos?(t?sin?t) cmcmc?c?????或 v?t??Vcmcos??ct?Mfsin?t? 式中：它与调制信号的振幅成正比。比例常数kf???kfV?m 是调频波瞬时频率的最大角频偏，

亦称调制灵敏度，代表单位调制电压所产生的频偏。 式中：Mf?kfV?m????m???fF称为调频指数，是调频瞬时相位的最大偏移，它的大小

反映了调制深度（Mf可以大于1，Mf越大抗噪声性能越好，但要占据更大的信号带宽）。由上公式可见，调频波是一等幅的疏密波，可以用示波器观察其波形。

2、变容二极管直接调频电路 变容二极管是单项导电器件。在反偏时，它的PN结呈现一个与反向偏压有关的结电容

Cj，

C利用其特性可使振荡频率随外加电压?而变化，实现调频。j与?的关系曲线是非线性的，所以变容二极管电容图所示。

CjCC属于非线性电容。j受反向偏压控制的特性曲线，简称j-?曲线，如下

CjoCj?v(1?)nVB。式中Cjo为变容二极管在零 变容二极管结电容与外加电压的关系可表示为：

偏时的电容值；VB是变容二极管的势垒电位差（硅管约为0.7V，锗管约为0.2~0.3V）；n位变

n?1~6V3?是变容二极管的外加偏压，；包括静态工作电压Q和调制信号电压v?，

容指数，通常即

v??(VQ?v?)，且

v??VQ。

时，

当

v??[vQ?v?(t)]??[VQ?V?mcos?t]Cj?(1?Cj(0)VQ?v?VB?)nCjQ(1?mcos?t)n （1）

CjQ其中

Cj(0)V?m?;m?VVQ?VB(1?Q)nVB。 为加在变容管两端的电压

CjQv??VQ时变容二极管的结电容，即静态工作点处的结电容；

m为结电容调制深度的调制指数，称为电容调制度。

当振荡器的振荡回路中仅包含一个电感L和一个变容二极管（等效电容为调制信号v?(t)?V?mcos?t，振荡频率可表示为

Cj）时，若设

f(t)?fc(1?mccos?t) （2）

n2fc? 其中由

12?LCjQ，是当v??0时的振荡频率，即调频电路中心频率（载波频率），其值

VQ控制，f(t)称为瞬时角频率。

公式（2）称为调频特性方程。只有当n?2时，才能实现线性调频，此时角频偏为

?w(t)?wcv??v?VB?VQ （3）

在n?2时，调频过程将产生非线性失真。不过，如果V?m较小，且线性失真很小，此时有

1nnfosc(t)?fc[1?nmcos?t?(?1)m2cos2?t]242（4）

VQ合适的话，调频非

由上式可以得到调频波的线性角频偏为

?f(t)?nm?cnfcnfccos?t?V?mcos?t???22(VB?VQ)2(VB?VQ)?fm?nmfc2 （6）

（5）

最大线性频偏

Sf?调频灵敏度

?fmnfc?V?m2(VB?VQ) （7）

中心频率偏离量

?fc?nn(?1)m2fc82 （8）

为了提高直接调频中心频率的稳定性和调制线性，在直接调频的LC正弦振荡电路中，一般采用下图电路。

C??C1?C2CjC2?Cj （9）

由此可以得到单频率调制是，回路总电容随v?(t)变化关系为

C??C1?C2CjQnC（21?mcos?t)?CjQ?C1?C2CjQnC（21?x)?CjQ （10）

相应的调频特性方程为

?osc(x)?1?LC?1L(C1?C2CjQC2(1?x)n?CjQ) （11）

当C1、C2确定后，根据（11）可以求出变容二极管部分接入时直接调频电路提供的最大频偏为

?fm?nmfc2p （12）

fc?式中

12?L(C1?C2CjQC2?CjQ)

p?(1?p1)(1?p2?p1p2)

p1?

CjQC2;

p2?C1CjQ

Sf?调频灵敏度

?fmnfc?V?m2(VB?VQ)p （13）

调频灵敏度和上式（7）相比减小了p倍。