實(shí)驗(yàn)三模擬鎖相環(huán)與載波同步

1、實(shí)驗(yàn)三：模擬鎖相環(huán)與載波同步實(shí)驗(yàn)?zāi)康哪M鎖相環(huán)工作原理以及環(huán)路鎖定狀態(tài)、失鎖狀態(tài)、同步帶、捕捉帶等基本概念。掌握用平方法從2DPSK信號(hào)中提取相干載波的原理及模擬鎖相環(huán)的設(shè)計(jì)方法。了解相干載波相位模糊現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容觀察模擬鎖相環(huán)的鎖定狀態(tài)、失鎖狀態(tài)及捕捉過程。觀察環(huán)路的捕捉帶和同步帶。用平方環(huán)法從2DPSK信號(hào)中提取載波同步信號(hào)，觀察相位模糊現(xiàn)象。三、實(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)使用數(shù)字信源單元、數(shù)字調(diào)制單元和載波同步單元。熟悉載波同步單元的工作原理。接好電源線，打開實(shí)驗(yàn)箱電源開關(guān)。檢查要用到的數(shù)字信源單元和數(shù)字調(diào)制單元是否工作正常（用示波器觀察 信源NRZ-OUT（AK）和調(diào)制2DPSK信號(hào)

2、有無，兩者邏輯關(guān)系正確與否）。用示波器觀察載波同步模塊鎖相環(huán)的鎖定狀態(tài)、失鎖狀態(tài)，測量環(huán)路的 同步帶、捕捉帶。環(huán)路鎖定時(shí)u為直流、環(huán)路輸入信號(hào)頻率等于反饋信號(hào)頻率（此鎖相環(huán)中 d即等于VCO信號(hào)頻率）。環(huán)路失鎖時(shí)u為差拍電壓，環(huán)路輸入信號(hào)頻率與反饋信 d號(hào)頻率不相等。本環(huán)路輸入信號(hào)頻率等于2DPSK載頻的兩倍，即等于調(diào)制單元 CAR信號(hào)頻率的兩倍。環(huán)路鎖定時(shí)VCO信號(hào)頻率等于CAR-OUT信號(hào)頻率的兩倍。 所以環(huán)路鎖定時(shí)調(diào)制單元的CAR和載波同步單元的CAR-OUT頻率完全相等。根據(jù)上述特點(diǎn)可判斷環(huán)路的工作狀態(tài)，具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：（1）觀察鎖定狀態(tài)與失鎖狀態(tài)打開電源后用示波器觀察ud，若ud為

3、直流，則調(diào)節(jié)載波同步模塊上的可變電 容C，u隨C減小而減小，隨C增大而增大（為什么？請思考），這說明環(huán)路 34 d 3434處于鎖定狀態(tài)。用示波器同時(shí)觀察調(diào)制單元的CAR和載波同步單元的CAR-OUT， 可以看到兩個(gè)信號(hào)頻率相等。若有頻率計(jì)則可分別測量CAR和CAR-OUT頻率。在 鎖定狀態(tài)下，向某一方向變化C34，可使ud由直流變?yōu)榻涣鳎珻AR和CAR-OUT頻 率不再相等，環(huán)路由鎖定狀態(tài)變?yōu)槭фi。接通電源后ud也可能是差拍信號(hào)，表示環(huán)路已處于失鎖狀態(tài)。失鎖時(shí)勺的最 大值和最小值就是鎖定狀態(tài)下ud的變化范圍（對應(yīng)于環(huán)路的同步范圍）。環(huán)路處 于失鎖狀態(tài)時(shí)，CAR和CAR-Ou/頻率不相等。調(diào)節(jié)

4、C34使ud的差拍頻率降低，當(dāng) 頻率降低到某一程度時(shí)ud會(huì)突然變成直流，環(huán)路由失鎖狀態(tài)變?yōu)殒i定狀態(tài)。(2)測量同步帶與捕捉帶環(huán)路處于鎖定狀態(tài)后，慢慢增大七，使ud增大到鎖定狀態(tài)下的最大值ud(此 值不大于+12V)；繼續(xù)增大C34，ud變?yōu)榻涣?上寬下窄的周期信號(hào))，環(huán)路失鎖。 再反向調(diào)節(jié)減小C34，ud的頻率逐漸變低，不對稱程度越來越大，直至變?yōu)橹绷鳌?記環(huán)路剛剛由失鎖狀態(tài)進(jìn)入鎖定狀態(tài)時(shí)鑒相器輸出電壓為ud2；繼續(xù)減小C34，使 u減小到鎖定狀態(tài)下的最小值u ；再繼續(xù)減小C，u變?yōu)榻涣?下寬上窄的周 TOC o 1-5 h z dd334 d期信號(hào))，環(huán)路再次失鎖。然后反向增大C34,記環(huán)路

5、剛剛由失鎖狀態(tài)進(jìn)入鎖定狀 態(tài)時(shí)鑒相器輸出電壓為ud4。34令Vi=udi- ud3, V2=ud2- ud4，它們分別為同步范圍內(nèi)及捕捉范圍內(nèi)環(huán)路控 制電壓的變化范圍，可以發(fā)現(xiàn) ViA七。設(shè)VCO的靈敏度為K0(HZ/V)，則環(huán)路 同步帶 f及捕捉帶 f分別為： f =K A V/2， f =K V/2 oHPH 01P 02應(yīng)說明的是，由于VCO是晶體壓控振蕩器，它的頻率變化范圍比較小，調(diào)節(jié)C34時(shí)環(huán)路可能只能從一個(gè)方向由鎖定狀態(tài)變化到失鎖狀態(tài)，此時(shí)可用九=K (u -6) 或A f =K (6-u )、A f =K (u -6) 或A f =K (6-u )來計(jì)算同步帶和捕0 d1H 0

6、d3P 0 d2P 0 d4捉帶，式中6為ud變化范圍的中值(單位：V)。作上述觀察時(shí)應(yīng)注意： ud差拍頻率低但幅度大，而CAR和CAR-OUT的頻率高但幅度很小，用示波 器觀察這些信號(hào)時(shí)應(yīng)注意幅度旋鈕和頻率旋鈕的調(diào)整。失鎖時(shí)，CAR和CAR-OUT頻率不相等，但當(dāng)頻差較大時(shí)，在鑒相器輸出端 電容的作用下，u幅度較小。此時(shí)向某一方向改變C，可使u幅度逐步變大、d34d頻率逐步減小、最后變?yōu)橹绷?，環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)。環(huán)路鎖定時(shí)，u不是一個(gè)純凈的直流信號(hào)，在直流電平上疊加有一個(gè)很小 d的交流信號(hào)。這種現(xiàn)象是由于環(huán)路輸入信號(hào)不是一個(gè)純凈的正弦信號(hào)所造成的。環(huán)路失鎖：環(huán)路再次失鎖:5.觀察相十載波相位模

7、糊現(xiàn)象觀察環(huán)路的捕捉過程先使環(huán)路處于失鎖定狀態(tài)，慢慢調(diào)節(jié)c34,使環(huán)路剛剛進(jìn)入鎖定狀態(tài)后，關(guān) 閉電源開關(guān)，然后再打開電源，用示波器觀察ud，可以發(fā)現(xiàn)ud由差拍信號(hào)變?yōu)?直流的變化瞬態(tài)過程。ud的這種變化表示了環(huán)路的捕捉過程。使環(huán)路鎖定，用示波器同時(shí)觀察調(diào)制單元的CAR和載波同步單元的CAR-OUT 信號(hào)，反復(fù)斷開、接通電源可以發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)信號(hào)有時(shí)同相、有時(shí)反相。1總結(jié)鎖相環(huán)鎖定狀態(tài)及失鎖狀態(tài)的特點(diǎn)。答：模擬鎖相環(huán)鎖定的特點(diǎn)：輸入信號(hào)頻率與反饋信號(hào)的頻率相等，鑒相器輸出 電壓為直流。模擬鎖相環(huán)失鎖的特點(diǎn)：鑒相器輸出電壓為不對稱的差拍電壓。2.設(shè)K0=18 HZ/V，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算環(huán)路同步帶 fH

8、及捕捉帶乙fP。1- 答:代入指導(dǎo)書勺式”計(jì)算得：七=12 V，則口 f =18 x6 =108 H ； - 8 V，則口 f = 18 x 4 = 72 Hz p TOC o 1-5 h z 3.由公式=：JL一 及匚=6811 計(jì)算環(huán)路參數(shù)3和Z，式中K=6 n （ R5 + R68）C112 ndV/rad, Ko=2n X 18 rad/s.v,、=2X104。，R65X103。，011=2.2X10-6?。（二3 n/2n應(yīng)遠(yuǎn)小于碼速率，Z應(yīng)大于0.5）。17.6Hz遠(yuǎn)小于碼速率 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 部 12x18 x

9、6.5 八答：3 = ：= 111rad ; f = = HYPERLINK l bookmark40 o Current Document n ：(2x104 + 5x103)x2.2x10-6“ 2兀170.5 （波特）；5 x 103 x 2.2 x 10-6x 111 = 0.64.總結(jié)用平方環(huán)提取相十載波的原理及相位模糊現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。答：平方運(yùn)算輸出信號(hào)中有2離散譜，模擬環(huán)輸出信號(hào)頻率等于2fc，二分頻， 濾波后得到干擾波；2電路有兩個(gè)初始狀態(tài)，導(dǎo)致提取的相十載波有兩種相反 的相位狀態(tài)。設(shè)VCO固有振蕩頻率f0不變，環(huán)路輸入信號(hào)頻率可以改變，試擬訂測量環(huán) 路同步帶及捕捉帶的步驟。答

10、：環(huán)路處于鎖定狀態(tài)后，慢慢增大C34，使ud增大到鎖定狀態(tài)下的最大值 ud1 （此值不大于+12V）；ud增大到鎖定狀態(tài)下的最大值ud1值為：4.8V繼續(xù)增大C34, ud變?yōu)榻涣鳎ㄉ蠈捪抡闹芷谛盘?hào)）。環(huán)路失鎖。再反向調(diào)節(jié)減小C34, ud的頻率逐漸變低，不對稱程度越來越大。直至變?yōu)橹绷?。記環(huán)路剛剛由失鎖狀態(tài)進(jìn)入鎖定狀態(tài)時(shí)鑒相器輸出電壓為ud2； 繼續(xù)減小C34，使ud減小到鎖定狀態(tài)下的最小值ud3；環(huán)路剛剛由失鎖狀態(tài)進(jìn)入鎖定狀態(tài)時(shí)鑒相器輸出電壓為ud2為：2.4Vud減小到鎖定狀態(tài)下的最小值ud3為:1.6V再繼續(xù)減小C34, ud變?yōu)榻涣鳎ㄏ聦捝险闹芷谛盘?hào)），環(huán)路再次失鎖。然后 反向增大C34,記環(huán)路剛剛由失鎖狀態(tài)進(jìn)入鎖定狀態(tài)時(shí)鑒相器輸出電壓為ud4。 環(huán)路剛剛由失鎖狀態(tài)進(jìn)入鎖定狀態(tài)時(shí)鑒相器輸出電壓為ud4的值為：4.4V五、實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)在本次實(shí)驗(yàn)中我進(jìn)一步學(xué)習(xí)了載波同步提取的各種方法及原理，包括導(dǎo) 頻插入法和直接法。直接法又包括平方變換法和平方環(huán)法以及科斯塔斯環(huán)法。 我們重點(diǎn)進(jìn)行了科斯塔斯環(huán)法的學(xué)習(xí)，了解了它的提取同步載波的工作過程。 它的解調(diào)環(huán)路的優(yōu)點(diǎn)是：該解調(diào)環(huán)在載波恢復(fù)的同時(shí)