一．实验目的。
1、掌握变容二极管调频的工作原理。
2、学会测量静态特性曲线，理解动态特性的含义。
3、学会测量调频信号的频偏及调制灵敏度。
4、观察寄生调幅现象。
二．实验原理。
1、变容二极管调频原理。
所谓调频，就是把要传送的信息(例如语言、**)作为调制信号去控制载波(高频振荡)的瞬时频率，使其按调制信息的规律变化。
设调制信号：υωt)= vωcosωt，载波振荡电压为：a ( t ) a ocosωot
根据定义，调频时载波的瞬时频率ω(t)随υω(t)成线性变化，即。
t)= o + kfvωcosωt =ωo + cosωt4-1)
则调频波的数字表达式如下：
af (t) =aocos(ωot +sinωt)
或 af (t) =aocos(ωot + mf sinωt4-2)
式中：δωkfvω 是调频波瞬时频率的最大偏移，简称频偏，它与调制信号的振幅成正比。比例常数kf亦称调制灵敏度，代表单位调制电压所产生的频偏。
式中：mf = kfvf / f 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。如何产生调频信号？
最简便、最常用的方法是利用变容二极管的特性直接产生调频波，其原理电路如图4-1所示。
图4-1 变容二极管调频原理电路。
变容二极管cj通过耦合电容c1并接在lcn回路的两端，形成振荡回路总电容的一部分。因而，振荡回路的总电容c为：
c = cn + cj4-3)
加在变容二极管上的反向偏压为：
vr = vq(直流反偏)+υ调制电压)+υo(高频振荡，可忽略)
变容二极管利用pn结的结电容制成，在反偏电压作用下呈现一定的结电容(势垒电容)，而且这个结电容能灵敏地随着反偏电压在一定范围内变化，其关系曲线称cj ～υr曲线，如图4-2所示。
图4-2 用调制信号控制变容二极管结电容。
由图可见：未加调制电压时，直流反偏vq(在教材称vo所对应的结电容为cjω(在教材中称co)。当反偏增加时，cj减小；反偏减小时，cj增大，其变化具有一定的非线性，当调制电压较小时，近似为工作在cj ～υr曲线的线性段，cj 将随调制电压线性变化，当调制电压较大时，曲线的非线性不可忽略，它将给调频带来一定的非线性失真。
2、调制灵敏度。
单位调制电压所引起的频偏称为调制灵敏度，以sf表示，单位为khz/v，即sf =|f4-12)
式中，为调制信号的幅度(峰值)。
f为变容管的结电容变化δcj时引起的频率变化量，由于变容管部分接入谐振回路，则δcj引起回路总电容的变化量δcς为。
cς=p2δcj4-13)
频偏较小时，δf与δcς的关系可采用下面近似公式，即。
将式(4-14)代入(4-12)中得4-15)
式中，为变容二极管结电容的变化引起回路总电容的变化量，为静态时谐振回路的总电容，即4-16)
调制灵敏度sf可以由变容二极管cj-u特性曲线上处的斜率kc及式(4-15)计算，sf越大，调制信号的控制作用越强，产生的频偏越大。
3、实验线路。
变容二极管调频实验电路。
使用12v供电，振荡器q101使用3dg12c(9018)，变容管使用bb910，q102为隔离缓冲级。
主要技术指标：主振频率f0=10.7mhz，最大频偏δfm =±20khz。
本实验中，由r101、r102、w101组成变容二极管的直流偏压电路。c102、c103组成变容二极管的不同接入系数。in101为调制信号输入端，l102、c105、c107、c110、c113，c111和振荡管等组成调频电路。
四、实验内容。
一）测量静态调制特性（v-f曲线），测量调频灵敏度。
1、参照正弦波振荡、变容二极管调频、功放及调频发射模块(连接j102、j103、j105，断开j104、j106、j107、ja1)组成变容二极管调频电路。
2、接通电源调节w101， 在变容二极管d101负端用万用表测试电压，使变容二极管的反向偏压为2.5v。
3、用示波器和频率计在ta101处观察振荡波形，调节c105，使振荡频率为10.7mhz。经调节，最后实际振荡频率为10.64
此时波形：
4、in101处用函数信号发生器输入1khz的正弦信号作为调制信号。信号大小由零慢慢增大，用示波器在ta101处观察振荡波形变化。
5、静态调制特性测量。
在无调制信号输入的情况下，调节电位器w101，使加在变容二极管上的直流偏置电压方分别为1v，2v，3v，4v，5v，6v，7v，8v，并相应测量电路输出信号的频率。
根据测量的数据，绘出u-f曲线。
6、测量调频灵敏度。
在无调制信号输入的情况下，调节电位器w101，使输出信号频率振荡在中心频率f0=10.7mhz上，并测出此时a点的直流电压ua =2.5 v。
在无调制信号输入的情况下，调节电位器w101，使a点的直流电压在ua的基础上改变u=±1v，并测量相应的输出信号频率f1和f2，灵敏度=δf/δu。
u1=1.5v，u2=3.5v。此时测量相应的输出信号频率，得f1=10595khz，f2=10700khz。
由公式sf=δf/δu，计算得到灵敏度=52.5khz/v。
根据得到的灵敏度计算此电路最大线性频差为±200khz时，输入调制信号的幅度。
解得，调制信号幅度=200/52.5=3.81v
二）观测分析调频波。
在输出信号频率为中心f0=10.7mhz的基础上，在输入端加入频率为1000hz，幅度为2vp-p的调制信号，观察输出的调频波的频差变化。
实验总结：调频波的输出失真度不能太大， 应限制输出电压，保证实验数据的准确性。通过这次实验我掌握了变容二极管调频的工作原理，学会了测量静态特性曲线，理解动态特性的含义以及学会了测量调频信号的频偏及调制灵敏度，收获很大进一步提高了我对通信电路学习的积极性。
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