FM電路實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)

1、自動(dòng)化ZY1202班 周澤FM電路實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)，即我們常說(shuō)的 Modem其實(shí)是Modulator （調(diào)制器）與Demodulator（解調(diào)器）的簡(jiǎn)稱，中文稱為調(diào)制解調(diào)器。也有人跟據(jù)Modem的諧音，親昵地稱之為“貓” 0調(diào)制：將各種數(shù)字基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成適于信道傳輸?shù)臄?shù)字調(diào)制信號(hào)（已調(diào)信號(hào)或頻帶信號(hào)）; 解調(diào)：在接收端將收到的數(shù)字頻帶信號(hào)還原成數(shù)字基帶信號(hào)一、概述FM調(diào)制電路將代表不同信息的信號(hào)頻率，搬移到頻率較高的頻段，以電磁波的 方式將信息通過(guò)信道發(fā)送出去。FM解調(diào)電路將接收到的包含信息的高頻信號(hào)的頻率 搬移到原信號(hào)所處的頻段。鎖相環(huán)是一種相位負(fù)反饋的自動(dòng)相位控制電路，它廣泛應(yīng)用于廣播

2、通信、頻率合成、自動(dòng)控制及時(shí)鐘同步等技術(shù)領(lǐng)域它是通過(guò)比較輸入信號(hào)的 相位和壓控振蕩器輸出信號(hào)的相位， 取出與這兩個(gè)信號(hào)的相位差成正比的電壓，并將該電壓該電壓作為壓控振蕩器的控制電壓來(lái)控制振蕩頻率，以達(dá)到輸出信號(hào)的頻率與輸入信號(hào)的頻率相等的目的。鎖相環(huán)主要由相位比較器、壓控振蕩器和低通濾波器三 部分組成。調(diào)制電路還需要另設(shè)計(jì)一個(gè)高頻信號(hào)放大器和加法器。解調(diào)電路需要設(shè)計(jì)一個(gè)低通濾波器，來(lái)取出解調(diào)信號(hào)。技術(shù)指標(biāo)：1 載波頻率fc=46.5KHz,載波信號(hào)的電壓 Vp-p 3V;2. FM調(diào)頻信號(hào)的電壓Vp-p 6V,最大頻率偏移 fm 5KHz3. 解調(diào)電路輸出的FM調(diào)制信號(hào)的電壓 Vp-p 200

3、mV二、方案設(shè)計(jì)與分析調(diào)頻是用調(diào)制信號(hào)直接線性地改變載波振蕩的瞬時(shí)頻率，即使載波振蕩頻率隨調(diào) 制信號(hào)的失真變化而變化。其逆過(guò)程為頻率解調(diào)（也稱頻率檢波或鑒頻）。本實(shí)驗(yàn)是用CD4046數(shù)字集成鎖相環(huán)（PLL）來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻/解調(diào)（鑒頻）的。1. FM調(diào)頻電路原理圖（如圖1所示）將調(diào)制信號(hào)加到壓控振蕩器（VCO ）的控制端，使壓控振蕩器得輸出頻率（在自振頻率（中心頻率）fo上下）隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化，于是生成了調(diào)頻波。當(dāng)載波頻率與自由振蕩頻率相近時(shí)， 載波頻率與壓控振蕩器的振蕩頻率鎖定。 低 通濾波器只保證壓控振蕩中心振蕩頻率與載波頻率鎖定時(shí)所產(chǎn)生的相位誤差電壓通 過(guò)，該電壓與調(diào)制信號(hào)同經(jīng)加法器，用

4、以控制壓控振蕩器的頻率，從而獲得與載波頻 率具有同樣頻率穩(wěn)定度的調(diào)頻波。圖1 FM調(diào)頻電路原理框圖2. FM解調(diào)電路的原理圖（如圖2所示）調(diào)頻波（經(jīng)過(guò)放大器放大后）與壓控振蕩器的輸出被送入鑒相器， 經(jīng)鑒相獲得變化的 相位誤差電壓，該誤差電壓通過(guò)低通濾波器被濾掉其高頻成份， 繼而獲得隨調(diào)制信號(hào) 頻率變化而變化的信號(hào)，經(jīng)跟隨器得到解調(diào)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了解調(diào)（鑒頻）過(guò)程。調(diào)頻波 -解調(diào)輸出圖2 FM解調(diào)電路原理框圖3. 鎖相環(huán)CD4046工作原理本次課設(shè)要求我們掌握鎖相環(huán)調(diào)制/解調(diào)的原理，用2片數(shù)字鎖相環(huán)CD4046設(shè) 計(jì)FM調(diào)制/解調(diào)電路。完成課題的核心器件是 CD4046集成鎖相環(huán)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如

5、圖3所示。圖3鎖相環(huán)（4046）內(nèi)部電原理框圖CD4046工作原理：輸入信號(hào) Ui從14腳輸入后，經(jīng)放大器 A1進(jìn)行放大、整形 后加到相位比較器I、U的輸入端，圖 3開關(guān)K撥至2腳，則比較器I將從3腳輸 入的比較信號(hào)Uo與輸入信號(hào)Ui作相位比較，從相位比較器輸出的誤差電壓UF則反映出兩者的相位差。UF經(jīng)R3、R4及C2濾波后得到一控制電壓 Ud加至壓控振蕩 器VCO的輸入端9腳，調(diào)整VCO的振蕩頻率f2，使f2迅速逼近信號(hào)頻率fl。VCO 的輸出又經(jīng)除法器再進(jìn)入相位比較器I,繼續(xù)與Ui進(jìn)行相位比較，最后使得f2二fl，兩者的相位差為一定值，實(shí)現(xiàn)了相位鎖定。若開關(guān)K撥至13腳，則相位比較器U工作

6、，過(guò)程與上述相同，不再贅述。PC PflQT 116PC Kkil 115一ZEMRCOMPin314一SlGNs.VCOUT 4CD4046131 PCI oqtINK 512R2CIA 31J一R1cm101SF.dtt石VCOif圖4 CD4046引腳功能圖圖4是CD4046的引腳排列，采用16腳雙列直插式，各管腳功能: 1腳相位輸出端，環(huán)路人鎖時(shí)為高電平，環(huán)路失鎖時(shí)為低電平。2腳相位比較器I的輸出端。3腳比較信號(hào)輸入端。4腳壓控振蕩器輸出端。5腳禁止端，高電平時(shí)禁止，低電平時(shí)允許壓控振蕩器工作。6、7腳外接振蕩電容。8 16腳電源的負(fù)端和正端。9腳壓控振蕩器的控制端。10腳解調(diào)輸出端，

7、用于FM解調(diào)。11、12腳外接振蕩電阻。13腳相位比較器U的輸出端。14腳信號(hào)輸入端。15腳內(nèi)部獨(dú)立的齊納穩(wěn)壓管負(fù)極4. 測(cè)量CD4046鎖相環(huán)的捕捉帶和同步帶方法測(cè)量CD4046鎖相環(huán)的捕捉帶和同步帶，其示意圖如圖 5所示 同步帶 捕捉帯n f3fo図 f2圖5捕捉帶和同步帶示意圖測(cè)量方法：(1) 改變14腳輸入信號(hào)的頻率，使頻率逐漸降低，直至4腳輸出方波剛好出現(xiàn)不穩(wěn)定時(shí)，環(huán)路進(jìn)入失鎖狀態(tài)，該點(diǎn)定義為同步帶的下限頻率“fi ”。(2) 改變14腳輸入信號(hào)的頻率，由fi開始頻率逐漸增加，直至4腳輸出方波剛好再次穩(wěn)定時(shí)，環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)，該點(diǎn)定義為捕捉帶的下限頻率“f3”。(3) 改變14腳輸入

8、信號(hào)的頻率，由fi開始頻率逐漸增加，直至4腳輸出方波剛好出現(xiàn)不穩(wěn)定時(shí)，環(huán)路進(jìn)入失鎖狀態(tài)，該點(diǎn)定義為同步帶的上限頻率“f2”。 改變14腳輸入信號(hào)的頻率，由f4開始頻率逐漸降低，直至4腳輸出方波剛好再次穩(wěn)定時(shí)，環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)，該點(diǎn)定義為捕捉帶的上限頻率同步帶寬為：f2 - f1捕捉帶寬為f4-f3三、電路設(shè)計(jì)1. 鎖相環(huán)中的鑒相器工作原理鎖相環(huán)中的鑒相器通常由模擬乘法器組成， 利用模擬乘法器組成的鑒相器電路如 圖6所示。鑒相器的工作原理是：設(shè)外界輸入的信號(hào)電壓和壓控振蕩器輸出的信號(hào)電壓分別為:Ui(t) Um si nWiti(t)Uo(t) Uomsin Wot0(t)式中的Wo為壓控振蕩器

9、在輸入控制電壓為零或?yàn)橹绷麟妷簳r(shí)的振蕩角頻率，稱為電 路的固有振蕩角頻率。則模擬乘法器的輸出電壓UD為：UD KUi(t)Uo(t) KUmUomsi nwit i(t) coswot o(t)1 / 2KU mUomsinwiti(t) woto(t)1/2KU mUomsin Witi(t) woto(t)用低通濾波器LF將上式中的和頻分量濾掉，剩下的差頻分量作為壓控振蕩器的輸入控制電壓Uc(t)。即Uc(t)為:Uc(t) 1/2KUmUomSin Wit i(t) wot o(t)U dmsin( wi wo)t i(t) o(t)式中的Wi為輸入信號(hào)的瞬時(shí)振蕩角頻率，i(t)和o(t

10、)分別為輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的 瞬時(shí)位相。2. CD4046構(gòu)成頻率調(diào)制與解調(diào)電路的工作原理當(dāng)從9腳輸入載波信號(hào)時(shí)，從4端可輸出受輸入信號(hào)調(diào)制的調(diào)頻信號(hào)。如圖7所示, 由于調(diào)頻時(shí)要求VCO有一定的頻率范圍(頻偏)，所以不用 R2收縮頻帶，即R2為無(wú) 窮大(12腳空置) 僅用R1和C1確定VCO的中心頻率f。即可。設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，只需由f0 查圖9 (電源電壓VCO為9V時(shí)的曲線，橫坐標(biāo)為C1取值)求出C1與R1即可4gis34-&812H7R1圖7 CD4046構(gòu)成的頻率調(diào)制電路當(dāng)從14腳輸入一被信號(hào)調(diào)制的(中心頻率與 CD4046的VCO的中心頻率相同)調(diào)頻信 號(hào)，則相位比較器輸出端將輸出一個(gè)與信號(hào)具有相同變化頻率的包絡(luò)信號(hào)，經(jīng)低通濾波器濾去載波后，即剩下調(diào)頻信號(hào)解調(diào)后的信號(hào)了。一般