当前课程知识点：高频电子线路 > 第7章 角度调制与解调 > 7.2 调频信号的产生电路 > 7.2.1 变容二极管直接调频电路
您好
欢迎您学习本课程
上一讲我们介绍了调频信号
产生调频信号的电路叫调频电路
调频常用的方法有两种
一是直接调频法
二是间接调频法
直接调频法主要有变容二极管直接
调频和晶体振荡器直接调频两种
无论是哪种方法
都要求调频特性线性度要好
调频灵敏度SF尽可能高
最大频偏Δfm尽可能大
中心频率应具有足够高的稳定度
本讲我们学习
变容二极管直接调频电路
首先介绍
变容二极管的调频原理
由前面学过的变容二极管可以知道
为了保证变容二极管在
调制电压变化范围内始终反偏
加在变容二极管上的反偏电压uR
应包括直流偏置电压UQ
和调制电压uΩ(t)
并假设
且满足
在反偏电压uR控制下的结电容
变化情况如图c所示
若将uR代入结电容的表达式中
经整理可得
式中
为变容二极管在时的结电容
为变容二极管结电容的调制指数
它反映了结电容受调制的深浅程度
由于UΩm 所以m恒小于1 利用变容二极管直接调频 是将变容管接入振荡回路中 其结电容Cj随着 调制信号uΩ(t)的变化而变化 进而引起振荡频率的变化 从而达到调频之目的 为了便于分析 我们给出一个 变容二极管直接调频原理电路 该电路的谐振回路由L C1 C2 和变容二极管Cj组成 由于高频扼流圈Lp起阻断高频 通过直流和低频的作用 使得VCC经R1 R2分压后为变容管 提供合适的静态负偏压UQ 调制电压uΩ也加到变容管两端 从而保证了变容管的结电容在 合适的反偏压作用下 随着调制信号而变化 此外 高频扼流圈Lp和高频旁路 电容Cp构成滤波电路 抑制高频振荡信号对直流反偏压 和低频控制电压的干扰 下面分两种情况分析 即C1开路C2短路时 Cj作为回路总电容与L构成谐振回路 此时谐振回路称为全部接入 由Cj的表达式可写出等效 振荡回路的角频率 式中是未加调制信号 即时的振荡频率 即载波频率 显见 不同的值 所对应的电路具有不同的调频特性 当γ=2时 则有 此时为线性调制 并且 调频灵敏度 显然 当调制信号一定时 最大角频偏越大 调频灵敏度越高 若γ≠2 因为 利用二项式定理将ω表达式展开 并忽略高次项 式中Δωc 是调制过程中产生的 中心频率的角频偏 使载频稳定度降低 产生的原因在于结电容曲线的非线性 Δωm 是单频调制时调频波的最大角频偏 是二次谐波产生的最大角频偏 可见 只有m很小时 才能近似认为Δωc和Δω2m为零 调频特性是线性的 但是m过小 最大角频偏和调频灵敏度 也都要减小 可见 全部接入时中心频率稳定度较差 这是因为它只取决于 变容管的结电容 当温度变化或反偏压不稳时 会引起结电容的变化 为了提高中心频率的稳定度 通常采用第二种情况 即部分接入的办法 来改善电路的性能 在此仍然以原理电路为例 当C1不为零 且C2与Cj同数量级 即同时考虑C1 C2 此时Cj只作为回路总电容的一部分 这样构成的谐振回路 称为部分接入 此时的总电容为Cj与C2 串联后再与C1并联 再将Cj的表达式代入后 可得谐振回路角频率的表达式 当C1 C2 确定后 根据角频率的表达式可求出 变容二极管部分接入时 直接调频电路产生的角频偏 Δωt 式中 实践证明 通过调节C1 C2和UQ的值 可使变容二极管在一定的调制电压 变化范围内获得 接近的调频特性曲线 从而实现线性调频 但曲线斜率下降 使得频偏减小 因此常将部分接入方式称为 小频偏直接调频电路 当p=1时得到全部接入的最大角频偏 当γ=2时得到全部接入的线性 调制最大角频偏 显然 掌握此式是关键 因为我们最关心的就是最大角频偏 下面 我们依据变容二极管的工作原理 来分析一个具体电路 图a所示的是某通信机变容 二极管调频电路 晶体管构成共基组态的 电容三点式振荡器 12V直流电源通过C7 Lp4 C8 组成的π型滤波电路为晶体管的基极 和集电极 提供合适的静态偏置 直流反偏压-UR通过高频扼流圈Lp1 同时加在背靠背的两个 变容二极管的阳极 改变UR和电感L的数值 可使振荡器的振荡频率在 50MHz~100MHz范围内变化 低频调制信号uΩ 经过高频扼流圈Lp2加到 两变容二极管的阴极 作为变容二极管的控制电压 以实现调频 Lp2 C9组成低通滤波器 可防止高频信号进入调制信号源 图b是其简化原理图 L C2 C3 C5 Cj1 Cj2构成谐振回路 主振器采用的是变容二极管 部分接入电容三点式振荡回路 假设 那么时的振荡频率 式中的 因为加在变容二极管两端的电压 除了存在直流偏置电压 和低频调制电压外 同时还作用有高频振荡电压 该电压会引起Cj的变化 造成调频波中心频率的不稳定 为此该电路采用了两个背靠背 连接的变容二极管 对于高频振荡信号两管相当于 反向串联 使高频电压对两管引起的电容 Cj1和Cj2的变化正好相反 在一定程度上互相抵消 从而提高了调频波 中心频率的稳定度 为了巩固您对直接调频电路的理解 我们再看一个电路 这是一个由变容二极管组成的 直接调频电路 图中的L1和L3 是高频扼流圈 C3为隔直电容 C4和C5为高频旁路电容 下面我们根据已知的条件 分析计算该电路 从电路组成上看 给变容二极管D提供一定的直流反偏电压 L3 C6 对uΩ短路 L2和C1 C2 Cj 为振荡回路的电感和电容 为了计算谐振回路的电感量 首先要计算出回路的总电容 为C1 C2 Cj 三者的串联 代入数据得 所以 该调频电路的振荡回路 与前面介绍的振荡回路相比较 可以看出Cj属于部分接入 由部分接入的计算公式可以 计算出p1 p2和p的值 变容二极管结电容的调制指数 变容二极管直接调频电路是 本章的重点内容 希望您通过本讲的学习 掌握变容管全部接入和部分接入的 特点及其相关参数的计算
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