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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划锁相调频与鉴频实验报告7实验11锁相调频与鉴频实验一、实验目的1.掌握锁相环的基本概念。2.了解集成电路CD4046的内部结构和工作原理。3.掌握由集成锁相环电路组成的频率调制电路/解调电路的工作原理。二、预习要求1.复习反馈控制电路的相关知识。2.锁相环路的工作原理。三、实验仪器1.高频信号发生器2.频率计3.双踪示波器4.万用表5.实验板GPMK8四、锁相环的构成和基本原理锁相环的基本组成图11-1是锁相环的基本组成方框图，它主要由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器组成。图11-1锁
2、相环的基本组成压控振荡器VCO是本控制系统的控制对象，被控参数通常是其振荡频率，控制信号为加在VCO上的电压。所谓压控振荡器就是振荡频率受输入电压控制的振荡器。鉴相器PD是一个相位比较器，用来检测输出信号V0与输入信号Vi之间的相位差?(t)，并把?(t)转化为电压Vd(t)输出，Vd(t)称为误差电压，通常Vd(t)作为一直流分量或一低频交流量。环路滤波器LF作为一低通滤波电路，其作用是滤除因PD的非线性而在Vd(t)中产生的无用组合频率分量及干扰，产生一个只反映?(t)大小的控制信号VC(t)。4046锁相环芯片包含鉴相器和压控振荡器两部分，而环路滤波器由外接阻容元件构成。锁相环锁相原理锁
3、相环是一种以消除频率误差为目的反馈控制电路，它的基本原理是利用相位误差电压去消除频率误差。按照反馈控制原理，如果由于某种原因使VCO的频率发生变化使得与输入频率不相等，这必将使VO(t)与Vi(t)的相位差?(t)发生变化，该相位差经过PD转换成误差电压Vd(t)。此误差电压经过LF滤波后得到Vc(t)，由Vc(t)去改变VCO的振荡频率，使其趋近于输入信号的频率，最后达到相等。环路达到最后的这种状态就称为锁定状态。当然由于控制信号正比于相位差，即Vd(t)正比于?，因此在锁定状态，?不可能为零，换言之，在锁定状态VO(t)与Vi(t)仍存在相位差。虽然有剩余相位误差存大，但频率误差可以降低到
4、零，因此环路锁定时，压控振荡器输出频率FO与外加基准频率Fi相等，即压控振荡器的频率被锁定在外来参考频率上。同频带与捕捉带同步带是指从环路锁定开始，改变输入信号的频率fi，直到环路失锁，这段频率范围称为同步带。捕捉带是指锁相环处于一个固有的自由振荡频率fV，即处于失锁状态，当从高端慢慢减小外加输入信号频率fi，直到环路锁定，此时外加输入信号频率fimax就是同步带的最高频率。当从低端慢慢增加外加输入信号频率，直到环路锁定，此时外加输入信号频率fimin就是捕捉带的最低频率。捕捉带为fimax-fimin。五、实验电路说明调频是用调制信号直接线性地改变载波振荡的瞬时频率，既使载波振荡频率随调制信
5、号的失真变化而变化。其逆过程为频率解调。本实验是用CD4046数字集成锁相环来实现调频/解调的。有关数字集成锁相环CD4046的内部构成和工作原理请参阅相关内容的书籍。锁相环的结构框图及引出端功能图如下图所示。PCPoutPC1out16VDD15ZENER14SINGin13PC2outCOMPinVCOoutINHC1ACD404612R211R110SFout9VCOinC1BVss1.用锁相环构成的调频/解调电路锁相环调频原理调频波输出(3)鉴相器PID(14)载波高频信号放大器LM318CD4046(4)压控振荡器VCO(9)加法器uA741调制信号(2)低通滤波器R5C2锁相环调频
6、电路原理框图注：由于载波信号频率相对于调制信号频率高的多，故载波信号频率称为所谓的高频，而调制信号频率则相对应的称为低频。将调制信号加到压控振荡器的控制端，使压控振荡器的输出频率f0上下）随调制信号的变化而变化，于是生成了调频波。当载波频率与压控振荡频率相近时，载波频率与压控振荡器的振荡频率锁定。低通滤波器只保证压控振荡器中心振荡频率与载波频率锁定时所产生的相位误差电压通过，该电压与调制信号同经加法器，用以控制压控振荡器的频率，从而获得与载波频率具有同样频率稳定度的调频波。锁相环解调原理锁相环解调电路原理框图调频波与压控振荡器的输出被送入鉴频器，经鉴相获得变化着的相位误差电压，该误差电压通过低
7、通滤波器被滤掉其高频成份，继而获得随调制信号频率变化而变化的信号，经跟随器得到解调信号，从而实现了解调过程。2.锁相环振荡频率f0、同步带与捕捉带的测量方法。自振频率f0的测量用示波器观测脚的输出波形，用频率计测量自振频率f0。锁定的判断脚输入方波信号，用示波器观察脚的波形，如锁定，可得到一个稳定的矩形脉冲；若脚输入信号频率与压控振荡器的振荡频率相等，则脚输出为稳定地两倍频方波信号。同步带宽和捕捉带宽的测量脚输入一个方波信号，其频率与f0相同。?改变脚输入信号频率，使频率逐渐降低，直至脚输出方波刚好不稳定时，环路进入失锁状态，该点频率定义为同步带的下限频率“f1”。?改变脚输入信号频率，由f1
8、开始频率逐渐增加，直至脚输出方波刚好再次稳定时，环路进入锁定状态，该点频率定义为捕捉带的下限频率“f2”。?改变脚输入信号频率，由f2开始频率逐渐增加，直至脚输出方波刚好再次不稳定时，环路进入失锁状态，该点频率定义为同步带的上限频率“f4”。?改变脚输入信号频率，由f4开始频率逐渐降低，直至脚输出方波刚好稳定时，环路进入锁定状态，该点频率定义为捕捉带的上限频率“f3”。由以上可计算出：同步带同步带宽为：f4-f1捕捉带捕捉带宽为：f3-f2f0f3f4f1f23.实验电路说明相关概念前面已分析清楚。这里需要说明的是当要测量压控振荡器的自振频率时，必须先将IN1短路，当要测量压控振荡器的同步带和
9、捕捉带时，必须将IN2短路。由于电路是环路锁相，改变滤波器参数既可改变VCO的自振频率，因此调节RP1或RP2可改变VCO的自振频率。当改变C3、C4、R11、R12、R13、R14也可在较大范围内改变VCO的输出频率。六、实验内容与步骤1.调频锁相环部分的测试锁相环自振频率f0的测量将IN1、IN2分别对地短路，调节电位器RP1至适中位置，测量D端直流电压，用示波器观察锁相环输出OUT1端的波形。记录波形特性、频率、幅度，填入下表。观察压控振荡器输入D端的波形，将测量结果填入下表。锁定的判断将信号发生器输出的方波信号加到载波输入IN1端，用双踪示波器同时观测锁相环OUT1端和A端的波形。如波
10、形稳定表示频率被锁定。改变信号发生器的输出信号频率，可发现在较大范围内锁相环均能锁定。记录测量结果。思考：当频率锁定时，观测OUT1端和B端出现什么现象？如何解释？测量同步带宽和捕捉带宽观测A端和OUT1端，改变信号发生器的输出频率?调节载波信号频率，由自振频率f0开始逐渐缓慢降低，直至波形抖动，记录此时的载波输入信号频率f1。?调节载波信号频率，由f1开始逐渐缓慢增加，直至波形不抖动，记录此时的载波输入信号频率f2。?调节载波信号频率，由f2开始逐渐缓慢增加，直至波形抖动，记录此时的载波输入信号频率f4。同步带宽=f4-f1?调节载波信号频率，由f4开始逐渐缓慢降低，直至波形不抖动，记录此时
11、的载波输入信号频率f3。捕捉带宽=f3-f22.解调部分的测试锁相环自振频率的测量调节电位器RP2至适中位置，测量G端直流电压，用示波器观察锁相环输出E端的波形。锁定的判断将信号发生器输出的方波信号加到载波输入IN1端，苏州工业园区职业技术学院毕业设计课题名称：基于锁相环路的调频鉴频器专业名称：姓名：学号：班级：电子02305指导教师：李红益XX年05月30日苏州工业园区职业技术学院毕业设计任务书系部：电子工程系锁相环路是一个闭环的自动相位控制系统。它在现代电子系统中有广泛的应用。这次毕业设计我介绍了调频、鉴频电路，锁相环电(来自:写论文网:锁相调频与鉴频实验报告)路，常用的4046芯片。在这篇文章中我主要分析了锁相调频电路和锁相鉴频电路，这两个电路都用了4046这个芯片，文章中我也仔细的介绍了4046的引脚和内部原理框图。关键词：锁相环调频鉴频CD4046一、引言1二、调频、鉴频的原理1调频原理1鉴频原理2三、锁相环电路2锁相环路主要特点2锁相环路的跟踪特性3锁相环路的工作原理3锁相环路的基本特性3四、CD4046的工作原理3引脚功能3CD4046内部电原理框图4五、锁相调频、鉴频电路
