《锁相实验指导内容》由会员分享，可在线阅读，更多相关《锁相实验指导内容（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验一 锁相环单元实验一、实验目的1、掌握通用单片集成锁相环LM565的工作原理和应用。2、了解锁相环 LM565 参数的计算方法。二、实验仪器1、 EE1642B 型函数信号发生器/计数器1 台2、 6504 双踪示波器1 台3锁相技术实验箱三、实验原理和电路说明1、芯片简介LM565 是一块工作频率低于 1MHz 的通用单片集成锁相环路，其组成方框 图如图1-1所示。引脚框图如图1-2所示。它包含鉴相器、压控振0VCOT氓土乌XRt TC；VCCVCCd-VCC图 1-1 LM565CN 方框图 荡器和放大器三部分。鉴相器为双平衡模拟相乘电路，压控振荡器为积分施密 特电路。输入信号加在2、
2、3端，7端外接电容器C与放大器的集电极电阻R （典 型值为3.6K）组成环路滤波器。由7端输出的误差电压在内部直接加到压控振 荡器的控制端。 6端提供了一个参考电压，其标称值与7端相同。 6、 7端可以一 起作为后接差动放大器的偏置。压控振荡器的定图 1-2LM565CN 引脚图VCO12.3.4.5.6.7LM565CN141312111098NCNCNCNC 士士时电阻Rt接在8端，定时电容CT接在9端，振荡信号从4端输出。压控振荡器 的输出端4与鉴相器反馈输入端5是断开的，允许插入分频器来做频率合成器。对 LM565 而言，压控振荡器振荡频率可近似表示为：f 沁1.24 Rtct压控灵敏
3、度为 :K 50 fK 0 二 EC式中EC是电源电压（双向馈电时则为总电压）。鉴相灵敏度为:Kd放大器增益为 :A 二 1.4LM565工作频率范围为0.001Hz500KHz,电源电压为土612V,鉴频失真低于0.2%，最大锁定范围为土 60% f,输入电阻为10K，典型工作电流为8mA。主要用于FSK解调、单音解码、宽带FM解调、数据同步、倍频与分频等方面。2、实验电路锁相环单元电路如图1-3所示。其中频率粗调波段开关控制锁相环的频率粗 调，分为三个频段。频率细调电位器调节各个频段的细调范围。带宽选择确定环 路滤波器的带宽。滤波器可选择比例积分滤波器或 RC 滤波器。锁相环面板布局图参考
4、附录IE11 ,4.7uFoDAAE aEefAiEaEeVCOEa3oR110KR3oUd (t)o (t)图 5-2 正弦鉴相器模型设相乘器的相乘系数为Km 单位为1/V，输入信号U.(t)与反馈信号U0(t)经相乘作用K u (t)Un(t) = K U.sin“+0i(t)U coslwn + 0.(t)m .0m .01 o02=-K U.U0sinl20t +0,(t) +02(t)2 m .0012+ -K U.U0sin 0,(t)-02(t)2 m .012经过低通滤波器(LPF)滤除2 成分之后，得到误差电压 ud(t)二1K UU0sinb“)-62(t)d 2 m i
5、0 1 21令Ud 二K UU 0d 2 m i 0为鉴相器的最大输出电压，则U (t)二 Ud sin 6 e(t)这就是正弦鉴相特性，如图 5-3。鉴相器的电路是多种多样的，总得可以分为两大类：第一类是相乘器电路， 它是对输入信号波形与输出信号波形的乘积进行平均，从而获得直流的误差输 出，如上面分析所述。第二类是序列电路，它的输出电压是输入信号过零点与反 馈电压过零点之间时间差的函数。因此这类鉴相器的输出只与波形的边沿有关， 与其它是无关的。这类鉴相器适用于方波(也可以用正弦波通过限幅得到)输入， 通常用数字电路构成。2、环路滤波器环路滤波器具有低通特性，它可以起到图5-2 中低通滤波器的
6、作用，更重要 的是它对环路参数调整起着决定性的作用。环路滤波器是一个线性电路，在时域 分析中可用一个传输算子F(p)来表示，其中p(= d dt)是微分算子；在频域分析 中可用传递函数F(s)表示，其中s(a + jQ)是复频率；若用s = jG代入F(s)就得 到它的频率响应F(jQ)，故环路滤波器模型可表示为图5-4。常用的环路滤波器有 RC 积分滤波器、无源比例积分滤波器和有源比例积分 滤波器三种，现分别说明如下。F(P)od(s f(s) 图 5-4 环路滤波器的模型 、RC积分滤波器这是结构最简单的低通滤波器，电路构成如图 5-5，其传输算子F (p)=5-1)式中t 1二RC是时间
7、常数，这是这种滤波器唯一可调的参数。图 5-5 RC 积分滤波器电路组成令p二jG，并代入（5-1 ）式，即可得到滤波器的频率特性F (t)=11 + jT 1图 5-6 RC 积分滤波器的对数频率特性作为对数频率特性，如图 5-6。可见，它具有低通特性，且相位滞后。当频率很高时，幅度趋于零，相位滞后接近于22。 、无源比例积分滤波器无源比例积分滤波器如图5-7所示，它与RC积分滤波器相比，附加了一个 与电容器相串联的电阻R2，这样就增加了一个可调参数，它的传输算子为：5-2)式中e 1二(R + R2)C ； e 2二R2C。这是两个独立可调的参数，其频率响应为:据此可作出对数频率特性，如图
8、5-8所示。这也是一个低通滤波器，与RC积 分滤波器不同的是，当频率很高时R + R等于电阻的分压比，这就是滤波器的比例作用。从相频特性上看，当频率很高时 有相位超前校正的作用，这是由相位超前因子1 + jOe 2引起的。这个相位超前作 用对改善环路的稳定性是有用的。图 5-8 无源比例积分滤波器的对数频率特性 有源比例积分滤波器有源比例积分滤波器由运算放大器组成，电路如图5-9所示，它的传输算子1 + PT 21 + PT 1式中T 产(R1 + AR1 + R2)C ; T 2 二 R2C。A是运算放大器无反馈时的电压增益。若运算放大器的增益 A 很高，则F (p) = - A1 + pT
9、 2图 5-9 有源比例积分滤波器电路组成式中负号表示滤波器输出和输入电压之间相位相反。假如环路原来工作在鉴相特 性的正斜率处，那么加入有源比例积分滤波器之后就自动地工作到鉴相特性的负 斜率处，其负号与有源比例积分滤波器的负号相抵消。因此，这个负号对环路的 工作没有影响，分析时可以不予考虑。故传输算子可以近似为F (p) = 1 + pT 2(5-3)pT1式中t 1 = RQ。(5-3)式传输算子的分母中只有一个p，是一个积分因子，故高 增益的有源比例积分滤波器又称为理想积分滤波器。显然，A越大就越接近理想 积分滤波器。此滤波器的频率响应为1 + jT 2jT 1其对数频率特性见图 1-10
10、。可见它具有低通特性和比例作用，相频特性也有超前校正。严格说来，在频率极低的情况下，近似条件Qt 1 1不能成立，上述近似特性也就不适宜了。在有些场合，例如分析稳定性时，应加以注意。图 5-10 有源比例积分滤波器的对数频率特性3、压控振荡器压控振荡器是一个电压一频率变换装置，在环中作为被控振荡器，它的振荡频率应随输入控制电压uc (t)线性地变化，即应有变换关系5-4)叫 + K ouc(t)式中v (t)是压控振荡器的瞬时角频率；K 0为控制灵敏度或称增益系数，单位是rad/s v。实际应用中的压控振荡器的控制特性只有有限的线性控制范围，超出这个范 围之后控制灵敏度将下降。图 5-11 中的实线为一条实际压控振荡器的控制特性， 虚线为符合(5-4)式的线性控制特性。由图可见，在以o0为中心的一个区域内, 两者是吻合的，故在环路分析中我们就用(5-4)式作为压控振荡器的控制特性。由于压控振荡器的输出反馈到鉴相器上，对鉴相器输出误差电压ud(t)起作 用的不是其频率，而是其相位0 2（t）= Kuc（T ）dT0改写成算子形式为0 2(t)=Ko uc(t)锁相环路中要求压控振荡器输出的是相位，因此，这个积分作用是压控振荡器所固有的。正因为这样，通常称压控振荡器是锁相环路中的固有积分环节。这个积图 5-11 压控
