Частотная модуляция

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ЮЖНОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА В г. ТАГАНРОГЕ

Лабораторная работа №4

по курсу УГиФС

«Частотная модуляция»

Выполнили:

Рудь Д. Е.

Емельяненко А. А.

Заречный А. А.

Проверил:

Демьяненко А. В.

Таганрог 2007

Цели работы:

1.  Изучить схему управления частотой одноконтурного транзи­сторного автогенератора с помощью варикапа.

2.  Исследовать модуляционные характеристики частотного моду­лятора на варикапе.

Частотная модуляция с помощью ёмкости запертого p-n-перехода

При частотной модуляции гармоническим сигналом UcosΩt мгно­венное значение высокочастотного напряжения на выходе радиопере­дающего устройства определяется следующим выражением:

где ω0 - средняя (центральная) частота модулированного сигнала;

M = ∆ω_д/Ω – индекс частотной модуляции,

∆ω_д – девиация частоты.

При модуляции сложным колебанием индекс модуляции есть от­ношение девиации частоты, соответствующей наибольшей величине сиг­нала, к наиболее высокой из модулирующих частот М = ∆ω_д/Ω_max.

Ширина полосы частот, занимаемой ЧМ-колебанием, с учётом лишь тех составляющих спектра, амплитуды которых составляют не ме­нее 1% амплитуды немодулированного колебания (эффективная ширина спектра) определяется по формуле

Одним из способов осуществления частотной модуляции является изменение ёмкости контура автогенератора с помощью варикапа.

Ёмкость варикапа определяется значением барьерной ёмкости пе­рехода

где φ_к - контактная разность потенциалов, равная 0,7-0,8 В для кремние­вых диодов, и 0,3-0,5 В для германиевых,

γ - показатель степени, зависящий от типа варикапа (для варикапов с резким переходом γ = 0,5, с плавным γ = 1/3);

С₀ - ёмкость перехода при напряжении U_м0;

u - мгновенное напряжение на варикапе (u, U_м0 взяты без учёта знака).

На рис.4.1 дан пример вольт-амперной и вольт-фарадной характе­ристики варикапа, а также временные диаграммы постоянного U_m0, моду­лирующего U_Ω и высокочастотного u_м напряжений, приложенных к вари­капу. Максимальное мгновенное напряжение на варикапе ограничено ве­личиной пробивного напряжения варикапа, а минимальное - допустимы­ми значениями температурного коэффициента ёмкости (ТКЕ) варикапа, его добротности, напряжения шумов и обеспечения однозначности резо­нансной характеристики контура с варикапом.

Достоинствами варикапов являются малые габариты, масса, по­требляемая мощность, способность работы на очень высоких частотах. Их недостатки: большой ТКЕ, сравнительно низкие рабочие напряжения, низкая радиационная стойкость, значительные нелинейные искажения.

Одна из простейших схем включения варикапа в колебательный контур генератора представлена на рис. 4.2.

Коэффициент включения частотного модулятора в контур автоге­нератора равен отношению амплитуды высокочастотного напряжения U_M на модуляторе (варикапе) к амплитуде высокочастотного напряжения U_K на контуре автогенератора