锁相试验报告.docx
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锁相试验报告
实验一集成压控振荡器构成的频率调制器
1.1实验目的
1•进一步了解压控振荡器和用它构成频率调制的原理
2.掌握集成电路频率调制器的工作原理。
1.2预习要求
1.查阅有关集成电路压控振荡器资料。
2.认真阅读指导书，了解566（VCO的单片集成电路）的内部电路及原理。
3.搞清566外接元件的作用。
4.弄僮实验原理与实验步骤。
5.写好预习报告。
1.3实验仪器设备
1.双踪示波器，＞60MHz,1台，可用一般示波器。
2.频率计，测量范围MlOMHz,分辨率WlHz,1台（也可使用示波器）。
3.高频信号发生器，260MHz,1台。
4.电容表，测量范围10pF"lMFo
5.万用表，MF-47或其他，1块（也可使用示波器）。
6.实验电路板及相应元器件，按电路图配置，1套。
1.4实验原理
控制输入
O——
1、566（VCO的单片集成电路）的电路组成及工作原理
566采用的是积分施密特触发器型的压控振荡器，其原理电路如图13.6.1所示，电路由恒流源控制电路（厶）、积分器（T,、几、入、D’、D：
、G）和施密特触发器三部分组成。
图15.6・1NE566VC0原理电路图
施密特触发器的输入输出信号关系如图15.6.2所示。
施密特触发器的正向触发电平定义为反向触发电半定义为当电容G充电使其电压上升至爲，此时施密特触发器翻转，输出为高电平，从而使内部的控制电圧形成电路的输出电压，该电压4为高电平；当
电容G放电时，其电圧下降，降至氐时施密特触发器再次翻转，输出为低电平从而使4也变为低电平。
用心的高、低电平控制三极管A的通断，也控制了二极管D,、D：
即S,和SJ两开关的）闭合与断开。
乩为低电平时T,截止，L.T：
也截止，二极管D截止，D=加正端高电位,
负极低电位导通，这时厶全部给电容G充电，使电容上的电位上升，由丁•厶为恒流源,电容电位线性斜升，升至&时心跳变为高电平，s高电平时控制T,T：
导通，的
集电极为低电位，匸的集电极也是充放电电容电位为高电位，此时D,导通，D：
截止，恒流源厶全部流经D,、T,到T,入地，因T：
与同时导通，当两管参数对称时，心二厶"厶厶汨厶,
T：
的电流由G放电电流提供，因此电容电位线性斜降，降至氐时“跳变为低电平，如此周而复始循环下去。
积分电容G以恒流充放电，故比为对称的三角波电圧，s输出占空比为50%的方波。
*及心波形如图15・6・3。
控制电圧4控制恒流源W可以调节充放电电流厶的大小，也就控制了电容的充放电速度，从而改变了振荡信号的频率，达到电压控制频率的目的。
VC0的输出频率与控制电圧之间的关系可用最典型的调频表达式表示3曲）=3。
+心化⑴，其中5为载波频率，由一直流电压血控制，血为调制灵敏度。
2、566芯片
566芯片的框图及引脚排列如图13.6.4,框图中幅度鉴别器功能由施密特触发器完成。
控制电压4从5端输入。
566输出的方波及三角波的载波频率（或称中心频率）可用外加电阻斤和外加电容C來确定。
图15・6.4566（VCO）的框图及管脚排列
其中：
斤为时基电阻，斤连在正电源到6端之间，调节其大小可以改变在相同的控制电压&情况下恒流源电流的大小。
C为时基电容
出是566®脚⑧至地的电丿瓦它是电圧的工作电源电圧。
比是566管脚⑤至地的电压。
566芯片的内部实际电路如图15.6.5所示
图15.6.5566（VCO）的内部实际电路
1Y<«l<«1
GROUND
3、实验电路说明
实验电路见图15.6.6,第7脚对负电源接振荡定时电容G,第6脚接一可调电阻（氏+&）到正电源，它与第5脚的控制电压一起确定恒流源厶的大小。
三者共同决定输出信号的频率血
566
8
53klk
管脚⑦，屉及C接至566管脚®接通电源（±5V）o
图15・6・6566构成的凋频器
调屁使灸=3・5V,将频率计接至566管脚③，改变局观察方波输出信号频率，记录当斤为最大和最小值时的输出频率。
当斤分别为盛和局n及a=2200pF时，计算这二种情况下的频率，并与实际测量值进行比较。
用双踪示波器观察并记录用凡纺时方波及三角波的输出波形。
实验结果:
R值
Rmax
Rmin
频率f（kHz）
计算值
34.09
45.45
测量值
2&92
37.33
R为最小值时的方波输出波形:
R为最小值时的三角波输出波形:
2.观察输入电圧对输出频率的影响，并计算VCO的调制灵敏度©o
直流电压控制：
先调凡至最大，然后改变凡调整输入电压，测当長在2.2V〜4.2H变化时输出频率f的变化，Q按0.2V递増。
将测得的结果填入表15.6.1。
并计算K0的平均值。
实验结果:
表15・6.1566构成的调频器实验记录表
E（V）
2.2
2.4
2.6
2.8
3
3.2
3.4
3.6
3.8
4
1.2
/（kHz）
61.0
57.9
54-2
49.8
44.8
39.3
32.9
26.8
20.9
15.8
8.20
Ko（计算/
27.2
24.1
20.8
17.9
14.9
12.0
9・78
7.56
5.04
3.64
1.48
3
7
6
5
3
7
3、观察VCO的调频
实验结果:
（2）调制信号改用方波信号"，使其频率盜二1kHz,^=1V\用双踪示波器观察并记录"和566管脚③的调频（FM）方波输出信号。
实验结果:
实验二集成电路锁相环（PLL）构成的频率解调器
2.1实验目的
1.了解用锁相环构成调频波的解调原理。
2.学习掌握集成电路频率调制器/解调器系统的1：
作原理。
2.2预习要求
1.查阅有关锁相环内部结构及工作原理。
2.弄清锁相环集成电路NE565的内部电路组成，及其与外部元器件之间的关系。
3.弄僮实验原理与实验步骤。
4、写好预习报告。
2.3实验原理
1、锁相环工作的基本原理
锁相环的一个相位负反馈控制系统，其组成框图如图15.7.1,由鉴相器，环路滤波
"1（。
wo（0
图15・7.1锁相环的组成框图
器和压控振荡器组成，鉴相器将输入输出信号的
相位进行比较，产生一差拍波，经环路滤波器滤除高频分量后，去控制圧控振荡器的输出频率和相位。
锁相环路的输入输出相位关系可以用动态方程描述，动态方程如下
pOe（t）=pO{（0-KF{p）sinoe（r）,其中2（/）为环路的瞬时相差，G（f）为输入信号以
VC0的载波相位为参考时的相位。
在环路锁定时，输入输出信号的频率相等，瞬时相位差在一个有限值的范围内变化，如果是输入固定频率信号，则相位差为一常量，即这时输出信号相位跟踪输入信号的相位。
PLL的闭环频率特性定义为H（g）=字孕，它
G（丿⑵呈现低通特性，截止频率为如果瞬时相位较小时，PLL可近似为一线性系统。
2、锁相环的鉴频原理
PLL的鉴频原理可以用图15.7.2表示。
首先，设有一角频率为0、初相位为化的正弦调制信号心&）,u0（t）=
弘cos（Qt+0J,用它來调制一个角频率等于3。
的载波，那么可以得到瞬时角频率为
3i（t）二3o+KJqCOS（Qt+0J二3。
+厶3cos（Qt+0J
的己调波。
式中Kjrad/s・V］为调制器的灵敏度：
△•弘为峰值频偏。
己调波的瞬时相位
0,（t）=£[fy0+Ae?
cos（Qr+Q）k“=如+£△力cos（Gr+Q）clr,调频波的完整表达式为
u,（r）=Uisin[6V+J（△ecos（Cr+0,>/r]=Utsin[^V+~~（Cr+Q）]。
将此信号作为锁相环的输入信号，则输入信号的瞬时相位就是调频波的瞬时相位。
其次，当此信号加到PLL时，如果环路匸作在调制跟踪状态，即调制信号频率0小丁•锁相环的截止频率a.,处fPLL闭环低通特性的通带之内时，锁相环的输出相位0=（十）将跟踪输入相位Ox（t）的瞬时变化，即输出相位
2（/）=^|//（jQ）|coslQr+Q.+Arf>H（jCL）]。
这时锁相环路的输出信号是环内圧控振荡器的输出电圧a（r）,根据圧控振荡器的控制特性，控制电压叭⑴可写为
叭（0=（jQ）|cos[Qr+0,+ArgH（丿G）]
Ko
现在我们比较一下PLL的VC0的控制信号叭⑴与FM波调制信号如⑺，可以发现调制两者幅值成比例,相位差了一个相移量ArgH（jQ）,故uc（t）可作为必⑺解调输出。
-Veco-L
输入•-=-（频率）F1输入
VCO输岀频率F2
和位鉴别器VCO输入丄肆考电压输出』
VCO控制电圧
放大器
r
14
13
12
E+V（
时囚
对应的输出电压为ug,“,（『）=/,”cos*qr+詈|H（.jG）|sin[d+q（丿C）]‘
3、PLL单片集成电路565
图15.7.3为565（PLL单片集成电路）的框图及管脚排列，锁相环内部电路由相位鉴别器、压控振荡器、放大器三部分构成，相位鉴别器由模拟乘法器构成，它有二组输入信号，一组为外部管脚②、③输入信号6,其频率为迟：
另一组为内部圧控振荡器产生信号“经④脚输出，接至⑤脚送到相位鉴别器，其频率为£,当£和£差别很小时,可用频率差代表两信号之间的相位差，即迟-£的值使相位鉴别器输出一直流电圧，该电压经⑦脚送至VCO的输入端，控制VC0,使其输出信号频率左发生变化，这一过程不断进行，直至迟二迟为止，这时称为锁相环锁定。
2.4实验仪器设备
1.双踪示波器，$60MHz,1台，可用一般示波器。
2.频率计，测量范围MlOMHz,分辨率WlHz,1台（用数字示波器时可以不需频率计）。
3.高频信号发生器，260MHz,带调频输出，1台。
4.实验电路板及相应元器件，按电路图配置，1套。
2.5实验内容
图15・7.4565组成的解调器实验电路
实验电路见图15.7.4。
1、测量PLL的固有振荡频率
环路输入端IN端不接任何信号，用示波器观察VCO输出端信号的波形，并测量输出频率。
调尽使其中VCO的输出频率盅（A点：
即④⑤脚）为50kHzo
2、测量PLL的同步带和捕获带
在IN端输入一取口信号源來的
J二IV,频率为5kHz的方波信号，用示波器同时观察输入和输出（A点）的波形，并同时观察两信号的频率。
若两信号频率相等，环路锁定，若频率不相等则环路失锁。
缓慢加大输入信号频率，密切注视两信号的频率值，当频率从不相等到突然地相等,波形上观察也完全同频（但不一定同相），说明环路己经捕获住了输入信号，记下此频率值f’，再进一步增加输入信号频率，输出频率也同步增加，一直到突然两信号频率不相等，此时环路失锁，记下此频率值已。
同样的方法让输入信号频率从大到小慢慢改变,找到环路的捕获频率点巳和失锁频率点f：
o如图15・7.5PLL的同步带与捕获带。
则环路的同步带为4/〃=AzA
f」.If。
』If：
・
图15.7.5PLL的同步带与捕获
2
捕获带为a/p=AzAo
实验结果:
fl
f2
f3
f4
频率f（kHz）
33
64
63.4
16.1
同步带（kHz）
23.95
捕捉带（kHz）
15.2
3.正弦波解调器
先按15.4节的实验内容3
（1）的要求获得调频方波输出信号（③脚），要求输入的正弦调制信号"为：
厶4二0.8V,住1kHz,然后将其接至565锁相环的IN输入端。
用双踪示波器观察并记录566的输入调制信号"和565点的解调输出信号。
实验结果:
4•方波的解调
在3步基础上，将调制信号“改为：
6^0.5V,住1kHz的方波,用双踪示波器观察并记录566的输入调制信号"和565“B”点的解调输出信号。
注意B点方波上升沿与下降沿的波形形状与幅度。
再观察并记录565“OUT”点的解调输出信号，比较“B”点与“OUT”点信号的波形。
实验结果：
实验总结
在本次试验中我学到一些比较新鲜的东西，因为在做此实验之前，由于我没有好好的去预习实验内容和教科书上相关的知识点，从而影响了在做整个实验的时候思路的连贯性。
但是我一边在做实验的时候，一边向旁边的同学请教，同时还请教老师一些现在想起來非常幼稚的问题，但是有些东西不问口己就永远不知道当时的迷惑，所以现在想起來，当时问的问题还是对现在重新來复习相关的知识是有帮助的。
此次做实验我了解了了圧控振荡器并用它构成频率调制原理和锁相环构成调频波的解调原理，掌握了集成电路频率调制器和解调器的工作原理。
然而在做完实验之后我重新复习书上相关的知识点时，感觉复习起來有一种非常熟悉的感觉，可以说是一种实践操作之后再回顾书上的东西时，学起东西來非常轻松，这对丁•我们工科专业学生來说,实践与理论相结合是学习的良好方法，动起手來比我们在这里干瘪瘪的学知识点有趣多了。
在做实验的时候，一开始我们并不知道该怎么去进行实验，虽然有实验指导书的指导，但是我们仍然是一头雾水。
好不容易在老师的帮助下终于步入了正轨，但是乂有着各种各样的问题是不是的蹦出來，让我们尝尽了苦头。
在做第一个实验的时候，由丁•没有认真预习，导致根本不知道做出来的实验结果是不是正确的，根本不能确定。
在观察了其他同学的内容后，才知道口己的错得一塌糊涂。
然而这虽然让我们感到了挫败感却并不能让我们屈服，终丁•在口身的努力和他人的帮助下我们取得了成功。
让我印象特别深的是在第二个实验的时候，由于口身的努力和进步，我们很快就做到了最后一步，但是就是这个最后一步硬是深深的卡住了我们的步伐，在我们按照指导书一遍乂一遍的排错，硕是找不出问题的所在，在观看了其他成功的同学的情况下依然难以发现问题的所在。
最后看着同学们一个一个的完成了，我们简直是心急如焚，更加使我们感到急躁，感觉好像不是我们的问题而是实验仪器的问题，然而最后在其他同学的指导下才终于明白是由丁•自己的小失误而导致的，这使我更加认识到了实验的严谨性，任何一个小小的失误都能导致实验的功败垂成。
总之，通过本次实验使我更深刻地了解到了实践的重要性，通过实验我更加体会到了“学以致用”这句话的道理，终于体会到“实习前的口大，实习时的迷惘，实习后的感思”这句话的含义了，有感思就有收获，有感思就有提高。
巩固了我的部分理论知识掌握了电子元器件的识别方法和频率调制解调的原理，培养了我的实践技能，更为了我以后的学习相关知识奠定了一定的基础。
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