锁相实验报告Word文件下载.docx

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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15.6.1所示，电路由恒流源控制电路（IO）、积分器（T1、T2、T3、D1、D2、CT）和施密特触发器三部分组成。

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USP，反向触发电平定义为USM，当电容CT充电使其电压上升至USP，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压形成电路的输出电压，该电压u0为高电平；

当电容CT放电时，其电压下降，降至USM时施密特触发器再次翻转，输出为低电平从而使u0也变为低电平。

用u0的高、低电平控制三极管T3的通断，也控制了二极管D1、D2即S1和S2两开关的）闭合与断

开。

u0为低电平时T3截止，T1、T2也截止，二极管D1截止，D2加正端高电位，负极低电位导通，这时I0全部给电容CT充电，使电容上的电位上升，由于I0为恒流源，电容电位线性斜升，升至USP时u0跳变为高电平，u0高电平时控制T3、T1、T2导通，T1的集电极为低电位，T2的集电极也是充放电电容电位为高电位，此时D1导通，D2截止，恒流源I0全部流经D1、T1到T3入地，因T2与T1同时导通，当两管参数对称时，IB1=IB2，IC1=IC2=I0，T2的电流由CT放电电流提供，因此电容电位线性斜降，降至USM时u0跳变为低电平，如此周而复始循环下去。

积分电容CT以恒流充放电，故uC为对称的三角波电压，uO输出占空比为50％的方波。

uC及u0波形如图15.6.3。

控制电压uC控制恒流源IO，可以调节充放电电流I0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。

VCO的输出频率与控制电压之间的关系可用最典型的调频表达式表示

，其中ω0为载波频率，由一直流电压uC0控制，kf为调制灵敏度。

2、566芯片

566芯片的框图及引脚排列如图15.6.4，框图中幅度鉴别器功能由施密特触发器完成。

控制电压uC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R和外加电容C来确定。

其中：

R为时基电阻，R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u5情况下恒流源电流的大小。

C为时基电容

u8是566管脚⑧至地的电压，它是电压的工作电源电压。

u5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15.6.5　566（VCO）的内部实际电路

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C1，第6脚接一可调电阻（R3＋RW1）到正电源，它与第5脚的控制电压一起确定恒流源I0的大小。

三者共同决定输出信号的频率f0

1.5实验内容

1.观察R、C1对频率的影响（其中R=R3+RW1）。

按图15.6.6接线，将C1接入566管脚⑦，RW2及C2接至566管脚⑤；

接通电源（±

5V）。

调RW2使U5=3.5V，将频率计接至566管脚③，改变RW1观察方波输出信号频率，记录当R为最大和最小值时的输出频率。

当R分别为Rmax和Rmin及C1=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R=Rmin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

28.92

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.观察输入电压对输出频率的影响，并计算VCO的调制灵敏度

。

直流电压控制：

先调RW1至最大，然后改变RW2调整输入电压，测当U5在2.2V～4.2V变化时输出频率f的变化，U5按0.2V递增。

将测得的结果填入表15.6.1。

并计算K0的平均值。

表15.6.1566构成的调频器实验记录表

U5（V）

2.2

2.4

2.6

2.8

3

3.2

3.4

3.6

3.8

4

4.2

f（kHz）

61.0

57.9

54.2

49.8

44.8

39.3

32.9

26.8

20.9

15.8

8.20

K0（计算）

27.23

24.17

20.86

17.95

14.93

12.07

9.78

7.56

5.04

3.64

1.48

3、观察VCO的调频

仍将R设置为最大，断开⑤脚所接C2，RW2，将图15.6.7（即：

输入信号电路）的输出OUT接至图15.6.6中566的⑤脚。

（1）将函数发生器的正弦波调制信号uΩ（输入的调制信号）置为f=5kHz、UP-P=1V，然后接至图15.6.7电路的IN端。

用双踪示波器同时观察输入信号uΩ和566管脚③的调频（FM）方波输出信号，观察并记录输入信号的电压变化时，输出信号波形的频率变化。

注意：

输入信号uΩ的UP-P不要大于1.3V。

（2）调制信号改用方波信号uΩ，使其频率fm=1kHz，UP-P=1V，用双踪示波器观察并记录uΩ和566管脚③的调频（FM）方波输出信号。

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/解调器系统的工作原理。

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、弄懂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，去控制压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

，其中

为环路的瞬时相差，

为输入信号以VCO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

，它呈现低通特性，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Ω、初相位为θi的正弦调制信号uΩ（t），uΩ（t）=UΩcos（Ωt+θi），用它来调制一个角频率等于ω0的载波，那么可以得到瞬时角频率为

ωi（t）=ω0+KtUΩcos（Ωt+θi）=ω0+△ωcos（Ωt+θi）

的已调波。

式中Kt[rad/s·

V]为调制器的灵敏度；

△ω=Kt·

UΩ为峰值频偏。

已调波的瞬时相位

，调频波的完整表达式为

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，如果环路工作在调制跟踪状态，即调制信号频率Ω小于锁相环的截止频率ωn，处于PLL闭环低通特性的通带之内时，锁相环的输出相位θ2（t）将跟踪输入相位θ1（t）的瞬时变化，即输出相位

对应的输出电压为uo（t），

这时锁相环路的输出信号是环内压控振荡器的输出电压uo（t），根据压控振荡器的控制特性，控制电压

可写为

现在我们比较一下PLL的VCO的控制信号

与FM波调制信号uΩ（t），可以发现调制两者幅值成比例，相位差了一个相移量ArgH（jΩ），故

可作为uΩ（t）解调输出。

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e1，其频率为f1；

另一组为内部压控振荡器产生信号e2，经④脚输出，接至⑤脚送到相位鉴别器，其频率为f2，当f1和f2差别很小时，可用频率差代表两信号之间的相位差，即f1-f2的值使相位鉴别器输出一直流电压，该电压经⑦脚送至VCO的输入端，控制VCO，使其输出信号频率f2发生变化，这一过程不断进行，直至f2=f1为止，这时称为锁相环锁定。

2.4实验仪器设备

2.频率计，测量范围≥10MHz，分辨率≤1Hz，1台（用数字示波器时可以不需频率计）。

3.高频信号发生器，≥60MHz，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

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RW使其中VCO的输出频率f0（A点：

即④⑤脚）为50kHz。

2、测量PLL的同步带和捕获带

在IN端输入一取自信号源来的VPP=1V，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），说明环路已经捕获住了输入信号，记下此频率值f1，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f2。

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f3和失锁频率点f4。

如图15.7.5PLL的同步带与捕获带。

则环路的同步带为

捕获带为

f1

f2

f3

f4

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uΩ为：

UP-P=0.8V，f=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uΩ和565“B”点的解调输出信号。

4.方波的解调

在3步基础上，将调制信号uΩ改为：

UP-P=0.5V，f=1kHz的方波，用双踪示波器观察并记录566的输入调制信号uΩ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“O