鎖相實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)一 集成壓控振蕩器構(gòu)成的頻率調(diào)制器1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.進(jìn)一步了解壓控振蕩器和用它構(gòu)成頻率調(diào)制的原理2.掌握集成電路頻率調(diào)制器的工作原理。1.2 預(yù)習(xí)要求1.查閱有關(guān)集成電路壓控振蕩器資料。2.認(rèn)真閱讀指導(dǎo)書(shū)，了解566(VCO的單片集成電路)的內(nèi)部電路及原理。3.搞清566外接元件的作用。4、弄懂實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)步驟。5、寫(xiě)好預(yù)習(xí)報(bào)告。1.3 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1. 雙蹤示波器，60MHz，1臺(tái)，可用一般示波器。2. 頻率計(jì)，測(cè)量范圍10MHz，分辨率1Hz，1臺(tái)（也可使用示波器）。3. 高頻信號(hào)發(fā)生器，60MHz，1臺(tái)。4. 電容表，測(cè)量范圍10pF1F。5. 萬(wàn)用表，MF-47或其他，1塊（也

2、可使用示波器）。6. 實(shí)驗(yàn)電路板及相應(yīng)元器件，按電路圖配置，1套。1.4 實(shí)驗(yàn)原理圖15.6.1 NE566VCO原理電路圖1、566(VCO的單片集成電路)的電路組成及工作原理566采用的是積分施密特觸發(fā)器型的壓控振蕩器，其原理電路如圖15.6.1所示，電路由恒流源控制電路(IO)、積分器(T1、T 2、T3、D1、D2、CT) 和施密特觸發(fā)器三部分組成。施密特觸發(fā)器的輸入輸出信號(hào)關(guān)系如圖15.6.2所示。圖15.6.2 施密特觸發(fā)器電壓響應(yīng)施密特觸發(fā)器的正向觸發(fā)電平定義為USP，反向觸發(fā)電平定義為USM，當(dāng)電容CT充電使其電壓上升至USP，此時(shí)施密特觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，輸出為高電平，從而使內(nèi)部的控

3、制電壓形成電路的輸出電壓，該電壓u0為高電平；當(dāng)電容CT放電時(shí)，其電壓下降，降至USM時(shí)施密特觸發(fā)器再次翻轉(zhuǎn)，輸出為低電平從而使u0也變?yōu)榈碗娖健Ｓ胾0的高、低電平控制三極管T3的通斷，也控制了二極管D1、D2即S1和S2兩開(kāi)關(guān)的）閉合與斷圖15.6.3 VCO的波形開(kāi)。u0為低電平時(shí)T3截止，T1、T2也截止，二極管D1截止，D2加正端高電位，負(fù)極低電位導(dǎo)通，這時(shí)I0全部給電容CT充電，使電容上的電位上升，由于I0為恒流源，電容電位線性斜升，升至USP時(shí)u0跳變?yōu)楦唠娖?，u0高電平時(shí)控制T3、T1、T2導(dǎo)通，T1的集電極為低電位，T2的集電極也是充放電電容電位為高電位，此時(shí)D1導(dǎo)通，D2截止

4、，恒流源I0全部流經(jīng)D1、T1到T3入地，因T2與T1同時(shí)導(dǎo)通，當(dāng)兩管參數(shù)對(duì)稱時(shí)，IB1=IB2，IC1=IC2=I0，T2的電流由CT放電電流提供，因此電容電位線性斜降，降至USM時(shí)u0跳變?yōu)榈碗娖剑绱酥芏鴱?fù)始循環(huán)下去。積分電容CT以恒流充放電，故uC為對(duì)稱的三角波電壓，uO輸出占空比為50的方波。uC及u0波形如圖15.6.3?？刂齐妷簎C控制恒流源IO，可以調(diào)節(jié)充放電電流I0的大小，也就控制了電容的充放電速度，從而改變了振蕩信號(hào)的頻率，達(dá)到電壓控制頻率的目的。VCO的輸出頻率與控制電壓之間的關(guān)系可用最典型的調(diào)頻表達(dá)式表示，其中0為載波頻率，由一直流電壓uC0控制，kf為調(diào)制靈敏度。2、

5、566芯片566芯片的框圖及引腳排列如圖15.6.4，框圖中幅度鑒別器功能由施密特觸發(fā)器完成?？刂齐妷簎C從5端輸入。566輸出的方波及三角波的載波頻率(或稱中心頻率)可用外加電阻R和外加電容C來(lái)確定。圖15.6.4 566(VCO)的框圖及管腳排列其中： R為時(shí)基電阻，R連在正電源到6端之間，調(diào)節(jié)其大小可以改變?cè)谙嗤目刂齐妷簎5情況下恒流源電流的大小。C為時(shí)基電容u8 是566管腳至地的電壓，它是電壓的工作電源電壓。u5 是566管腳至地的電壓。566芯片的內(nèi)部實(shí)際電路如圖15.6.5所示圖15.6.5 566(VCO)的內(nèi)部實(shí)際電路3、實(shí)驗(yàn)電路說(shuō)明實(shí)驗(yàn)電路見(jiàn)圖15.6.6，第7腳對(duì)負(fù)電源

6、接振蕩定時(shí)電容C1，第6腳接一可調(diào)電阻（R3RW1）到正電源，它與第5腳的控制電壓一起確定恒流源I0的大小。三者共同決定輸出信號(hào)的頻率f0圖15.6.6 566構(gòu)成的調(diào)頻器1.5 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.觀察R、C1對(duì)頻率的影響(其中R=R3+RW1)。按圖15.6.6接線，將C1接入566管腳，RW2及C2接至566管腳；接通電源(5V)。調(diào)RW2使U5=3.5V，將頻率計(jì)接至566管腳，改變RW1觀察方波輸出信號(hào)頻率，記錄當(dāng)R為最大和最小值時(shí)的輸出頻率。當(dāng)R分別為Rmax和Rmin及C1=2200pF時(shí)，計(jì)算這二種情況下的頻率，并與實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行比較。用雙蹤示波器觀察并記錄R=Rmin時(shí)方波及三角波的

7、輸出波形。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：R值RmaxRmin頻率f(kHz)計(jì)算值34.0945.45測(cè)量值28.9237.33R為最小值時(shí)的方波輸出波形：R為最小值時(shí)的三角波輸出波形：2.觀察輸入電壓對(duì)輸出頻率的影響，并計(jì)算VCO的調(diào)制靈敏度。直流電壓控制：先調(diào)RW1至最大，然后改變RW2調(diào)整輸入電壓，測(cè)當(dāng)U5在2.2V4.2V變化時(shí)輸出頻率f的變化，U5按0.2V遞增。將測(cè)得的結(jié)果填入表15.6.1。并計(jì)算K0的平均值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：表15.6.1 566構(gòu)成的調(diào)頻器實(shí)驗(yàn)記錄表U5(V)2.22.42.62.833.23.43.63.844.2f(kHz)61.057.954.249.844.839.332.92

8、6.820.915.88.20K0（計(jì)算）27.2324.1720.8617.9514.9312.079.787.565.043.641.483、觀察VCO的調(diào)頻圖15.6.7 輸入電路仍將R設(shè)置為最大，斷開(kāi)腳所接C2，RW2，將圖15.6.7(即：輸入信號(hào)電路)的輸出OUT接至圖15.6.6中566的腳。(1) 將函數(shù)發(fā)生器的正弦波調(diào)制信號(hào)u(輸入的調(diào)制信號(hào))置為f=5kHz、UP-P=1V，然后接至圖15.6.7電路的IN端。用雙蹤示波器同時(shí)觀察輸入信號(hào)u和566管腳的調(diào)頻(FM)方波輸出信號(hào)，觀察并記錄輸入信號(hào)的電壓變化時(shí)，輸出信號(hào)波形的頻率變化。注意：輸入信號(hào)u的UP-P不要大于1.3

9、V。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：(2) 調(diào)制信號(hào)改用方波信號(hào)u，使其頻率fm=1kHz，UP-P=1V，用雙蹤示波器觀察并記錄u和566管腳的調(diào)頻(FM)方波輸出信號(hào)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)二 集成電路鎖相環(huán)(PLL)構(gòu)成的頻率解調(diào)器2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解用鎖相環(huán)構(gòu)成調(diào)頻波的解調(diào)原理。2.學(xué)習(xí)掌握集成電路頻率調(diào)制器/解調(diào)器系統(tǒng)的工作原理。2.2 預(yù)習(xí)要求1.查閱有關(guān)鎖相環(huán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理。2.弄清鎖相環(huán)集成電路NE565的內(nèi)部電路組成，及其與外部元器件之間的關(guān)系。3、弄懂實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)步驟。4、寫(xiě)好預(yù)習(xí)報(bào)告。2.3 實(shí)驗(yàn)原理1、鎖相環(huán)工作的基本原理圖15.7.1 鎖相環(huán)的組成框圖鎖相環(huán)的一個(gè)相位負(fù)反饋控制系統(tǒng)，其組

10、成框圖如圖15.7.1，由鑒相器，環(huán)路濾波器和壓控振蕩器組成，鑒相器將輸入輸出信號(hào)的相位進(jìn)行比較，產(chǎn)生一差拍波，經(jīng)環(huán)路濾波器濾除高頻分量后，去控制壓控振蕩器的輸出頻率和相位。鎖相環(huán)路的輸入輸出相位關(guān)系可以用動(dòng)態(tài)方程描述，動(dòng)態(tài)方程如下，其中為環(huán)路的瞬時(shí)相差，為輸入信號(hào)以VCO的載波相位為參考時(shí)的相位。在環(huán)路鎖定時(shí)，輸入輸出信號(hào)的頻率相等，瞬時(shí)相位差在一個(gè)有限值的范圍內(nèi)變化，如果是輸入固定頻率信號(hào)，則相位差為一常量，即這時(shí)輸出信號(hào)相位跟蹤輸入信號(hào)的相位。PLL的閉環(huán)頻率特性定義為，它呈現(xiàn)低通特性，截止頻率為，如果瞬時(shí)相位較小時(shí)，PLL可近似為一線性系統(tǒng)。2、鎖相環(huán)的鑒頻原理PLL的鑒頻原理可以用圖

11、15.7.2表示。首先，設(shè)有一角頻率為、初相位為i的正弦調(diào)制信號(hào)u(t)，u(t)= Ucos(t+i) ，用它來(lái)調(diào)制一個(gè)角頻率等于0的載波，那么可以得到瞬時(shí)角頻率為i(t)= 0+KtUcos(t+i)= 0+ cos(t+i)的已調(diào)波。式中Ktrad/sV為調(diào)制器的靈敏度；=KtU為峰值頻偏。已調(diào)波的瞬時(shí)相位，調(diào)頻波的完整表達(dá)式為。圖15.7.2 565(PLL)構(gòu)成的頻率解調(diào)器將此信號(hào)作為鎖相環(huán)的輸入信號(hào)，則輸入信號(hào)的瞬時(shí)相位就是調(diào)頻波的瞬時(shí)相位。其次，當(dāng)此信號(hào)加到PLL時(shí)，如果環(huán)路工作在調(diào)制跟蹤狀態(tài)，即調(diào)制信號(hào)頻率小于鎖相環(huán)的截止頻率n，處于PLL閉環(huán)低通特性的通帶之內(nèi)時(shí)，鎖相環(huán)的輸出

12、相位2(t)將跟蹤輸入相位1(t)的瞬時(shí)變化，即輸出相位。對(duì)應(yīng)的輸出電壓為uo(t)，圖15.7.3 565(PLL)的框圖及管腳排列這時(shí)鎖相環(huán)路的輸出信號(hào)是環(huán)內(nèi)壓控振蕩器的輸出電壓uo(t)，根據(jù)壓控振蕩器的控制特性，控制電壓可寫(xiě)為?，F(xiàn)在我們比較一下PLL的VCO的控制信號(hào)與FM波調(diào)制信號(hào)u(t)，可以發(fā)現(xiàn)調(diào)制兩者幅值成比例，相位差了一個(gè)相移量ArgH(j)，故可作為u(t)解調(diào)輸出。3、PLL單片集成電路565圖15.7.3為 565(PLL單片集成電路) 的框圖及管腳排列，鎖相環(huán)內(nèi)部電路由相位鑒別器、壓控振蕩器、放大器三部分構(gòu)成，相位鑒別器由模擬乘法器構(gòu)成，它有二組輸入信號(hào)，一組為外部管

13、腳、輸入信號(hào)e1，其頻率為f1；另一組為內(nèi)部壓控振蕩器產(chǎn)生信號(hào)e2，經(jīng)腳輸出，接至腳送到相位鑒別器，其頻率為f2，當(dāng)f1和f2差別很小時(shí)，可用頻率差代表兩信號(hào)之間的相位差，即f1-f2的值使相位鑒別器輸出一直流電壓，該電壓經(jīng) 腳送至 VCO 的輸入端，控制VCO，使其輸出信號(hào)頻率f2發(fā)生變化，這一過(guò)程不斷進(jìn)行，直至f2=f1為止，這時(shí)稱為鎖相環(huán)鎖定。2.4 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1. 雙蹤示波器，60MHz，1臺(tái)，可用一般示波器。2. 頻率計(jì)，測(cè)量范圍10MHz，分辨率1Hz，1臺(tái)（用數(shù)字示波器時(shí)可以不需頻率計(jì)）。3. 高頻信號(hào)發(fā)生器，60MHz，帶調(diào)頻輸出，1臺(tái)。4. 實(shí)驗(yàn)電路板及相應(yīng)元器件，按電路圖

14、配置，1套。圖15.7.4 565組成的解調(diào)器實(shí)驗(yàn)電路2.5 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)電路見(jiàn)圖15.7.4。1、測(cè)量PLL的固有振蕩頻率環(huán)路輸入端IN端不接任何信號(hào)，用示波器觀察VCO輸出端信號(hào)的波形，并測(cè)量輸出頻率。調(diào)RW使其中VCO的輸出頻率f0(A點(diǎn)：即腳)為50kHz。2、測(cè)量PLL的同步帶和捕獲帶在IN端輸入一取自信號(hào)源來(lái)的VPP=1V，頻率為5kHz的方波信號(hào)，用示波器同時(shí)觀察輸入和輸出（A點(diǎn)）的波形，并同時(shí)觀察兩信號(hào)的頻率。若兩信號(hào)頻率相等，環(huán)路鎖定，若頻率不相等則環(huán)路失鎖。緩慢加大輸入信號(hào)頻率，密切注視兩信號(hào)的頻率值，當(dāng)頻率從不相等到突然地相等，波形上觀察也完全同頻（但不一定同相），說(shuō)明環(huán)

15、路已經(jīng)捕獲住了輸入信號(hào)，記下此頻率值f1，再進(jìn)一步增加輸入信號(hào)頻率，輸出頻率也同步增加，一直到突然兩信號(hào)頻率不相等，此時(shí)環(huán)路失鎖，記下此頻率值f2。同樣的方法讓輸入信號(hào)頻率從大到小慢慢改變，找到環(huán)路的捕獲頻率點(diǎn)f3和失鎖頻率點(diǎn)f4。如圖15.7.5 PLL的同步帶與捕獲帶。ff3f0f1f2f4圖15.7.5 PLL的同步帶與捕獲帶則環(huán)路的同步帶為。捕獲帶為。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：f1f2f3f4頻率f(kHz)336463.416.1同步帶(kHz)23.95捕捉帶(kHz)15.23.正弦波解調(diào)器先按15.4節(jié)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3(1)的要求獲得調(diào)頻方波輸出信號(hào)(腳)，要求輸入的正弦調(diào)制信號(hào)u為： UP-P=

16、0.8V，f=1kHz ，然后將其接至565鎖相環(huán)的IN輸入端。用雙蹤示波器觀察并記錄566的輸入調(diào)制信號(hào)u和565“B”點(diǎn)的解調(diào)輸出信號(hào)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：4.方波的解調(diào)在3步基礎(chǔ)上，將調(diào)制信號(hào)u改為： UP-P=0.5V，f=1kHz的方波 ，用雙蹤示波器觀察并記錄566的輸入調(diào)制信號(hào)u和565“B”點(diǎn)的解調(diào)輸出信號(hào)。注意B點(diǎn)方波上升沿與下降沿的波形形狀與幅度。再觀察并記錄565“OUT”點(diǎn)的解調(diào)輸出信號(hào)，比較“B”點(diǎn)與“OUT”點(diǎn)信號(hào)的波形。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)總結(jié)在本次試驗(yàn)中我學(xué)到一些比較新鮮的東西，因?yàn)樵谧龃藢?shí)驗(yàn)之前，由于我沒(méi)有好好的去預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和教科書(shū)上相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，從而影響了在做整個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)

17、候思路的連貫性。但是我一邊在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，一邊向旁邊的同學(xué)請(qǐng)教，同時(shí)還請(qǐng)教老師一些現(xiàn)在想起來(lái)非常幼稚的問(wèn)題，但是有些東西不問(wèn)自己就永遠(yuǎn)不知道當(dāng)時(shí)的迷惑，所以現(xiàn)在想起來(lái)，當(dāng)時(shí)問(wèn)的問(wèn)題還是對(duì)現(xiàn)在重新來(lái)復(fù)習(xí)相關(guān)的知識(shí)是有幫助的。此次做實(shí)驗(yàn)我了解了了壓控振蕩器并用它構(gòu)成頻率調(diào)制原理和鎖相環(huán)構(gòu)成調(diào)頻波的解調(diào)原理，掌握了集成電路頻率調(diào)制器和解調(diào)器的工作原理。然而在做完實(shí)驗(yàn)之后我重新復(fù)習(xí)書(shū)上相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，感覺(jué)復(fù)習(xí)起來(lái)有一種非常熟悉的感覺(jué)，可以說(shuō)是一種實(shí)踐操作之后再回顧書(shū)上的東西時(shí)，學(xué)起東西來(lái)非常輕松，這對(duì)于我們工科專業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，實(shí)踐與理論相結(jié)合是學(xué)習(xí)的良好方法，動(dòng)起手來(lái)比我們?cè)谶@里干癟癟的學(xué)知識(shí)點(diǎn)有趣多了

18、。 在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，一開(kāi)始我們并不知道該怎么去進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，雖然有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的指導(dǎo)，但是我們?nèi)匀皇且活^霧水。好不容易在老師的幫助下終于步入了正軌，但是又有著各種各樣的問(wèn)題是不是的蹦出來(lái)，讓我們嘗盡了苦頭。在做第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，由于沒(méi)有認(rèn)真預(yù)習(xí)，導(dǎo)致根本不知道做出來(lái)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是不是正確的，根本不能確定。在觀察了其他同學(xué)的內(nèi)容后，才知道自己的錯(cuò)得一塌糊涂。然而這雖然讓我們感到了挫敗感卻并不能讓我們屈服，終于在自身的努力和他人的幫助下我們?nèi)〉昧顺晒ΑＷ屛矣∠筇貏e深的是在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，由于自身的努力和進(jìn)步，我們很快就做到了最后一步，但是就是這個(gè)最后一步硬是深深的卡住了我們的步伐，在我們按照指導(dǎo)書(shū)一遍又一遍的排錯(cuò)，硬是找不出問(wèn)題的所在，在觀看了其他成功的同學(xué)的情況下依然難以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的所在。最后看著同學(xué)們一個(gè)