鎖相實驗報告

1、實驗一 集成壓控振蕩器構(gòu)成的頻率調(diào)制器1.1 實驗?zāi)康?.進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.認真閱讀指導(dǎo)書，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、弄懂實驗原理與實驗步驟。5、寫好預(yù)習(xí)報告。1.3 實驗儀器設(shè)備1. 雙蹤示波器，60MHz，1臺，可用一般示波器。2. 頻率計，測量范圍10MHz，分辨率1Hz，1臺（也可使用示波器）。3. 高頻信號發(fā)生器，60MHz，1臺。4. 電容表，測量范圍10pF1F。5. 萬用表，MF-47或其他，1塊（也

2、可使用示波器）。6. 實驗電路板及相應(yīng)元器件，按電路圖配置，1套。1.4 實驗原理圖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，其電壓下降，降至USM時施密特觸發(fā)器再次翻轉(zhuǎn)，輸出為低電平從而使u0也變?yōu)榈碗娖?。用u0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S2兩開關(guān)的）閉合與斷圖15.6.3 VCO的波形開。u0為低電平時T3截止，T1、T2也截止，二極管D1截止，D2加正端高電位，負極低電位導(dǎo)通，這時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u0跳變?yōu)楦唠娖?，u0高電平時控制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同時導(dǎo)通，當(dāng)兩管參數(shù)對稱時，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u0跳變?yōu)榈碗娖?，如此周而?fù)始循環(huán)下去。積分電容CT以恒流充放電，故uC為對稱的三角波電壓，uO輸出占空比為50的方波。uC及u0波形如圖15.6.3。控制電壓uC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的頻率，達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來確定。圖15.6.4 566(VCO)的框圖及管腳排列其中： R為時基電阻，R連在正電源到6端之間，調(diào)節(jié)其大小可以改變在相同的控制電壓u5情況下恒流源電流的大小。C為時基電容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)部實際電路如圖15.6.5所示圖15.6.5 566(VCO)的內(nèi)部實際電路3、實驗電路說明實驗電路見圖15.6.6，第7腳對負電源

6、接振蕩定時電容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的頻率f0圖15.6.6 566構(gòu)成的調(diào)頻器1.5 實驗內(nèi)容1.觀察R、C1對頻率的影響(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，將頻率計接至566管腳，改變RW1觀察方波輸出信號頻率，記錄當(dāng)R為最大和最小值時的輸出頻率。當(dāng)R分別為Rmax和Rmin及C1=2200pF時，計算這二種情況下的頻率，并與實際測量值進行比較。用雙蹤示波器觀察并記錄R=Rmin時方波及三角波的

7、輸出波形。實驗結(jié)果：R值RmaxRmin頻率f(kHz)計算值34.0945.45測量值28.9237.33R為最小值時的方波輸出波形：R為最小值時的三角波輸出波形：2.觀察輸入電壓對輸出頻率的影響，并計算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，測當(dāng)U5在2.2V4.2V變化時輸出頻率f的變化，U5按0.2V遞增。將測得的結(jié)果填入表15.6.1。并計算K0的平均值。實驗結(jié)果：表15.6.1 566構(gòu)成的調(diào)頻器實驗記錄表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，斷開腳所接C2，RW2，將圖15.6.7(即：輸入信號電路)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u(輸入的調(diào)制信號)置為f=5kHz、UP-P=1V，然后接至圖15.6.7電路的IN端。用雙蹤示波器同時觀察輸入信號u和566管腳的調(diào)頻(FM)方波輸出信號，觀察并記錄輸入信號的電壓變化時，輸出信號波形的頻率變化。注意：輸入信號u的UP-P不要大于1.3

9、V。實驗結(jié)果：(2) 調(diào)制信號改用方波信號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。實驗結(jié)果：實驗二 集成電路鎖相環(huán)(PLL)構(gòu)成的頻率解調(diào)器2.1 實驗?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、弄懂實驗原理與實驗步驟。4、寫好預(yù)習(xí)報告。2.3 實驗原理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)的一個相位負反饋控制系統(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的相位進行比較，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)系可以用動態(tài)方程描述，動態(tài)方程如下，其中為環(huán)路的瞬時相差，為輸入信號以VCO的載波相位為參考時的相位。在環(huán)路鎖定時，輸入輸出信號的頻率相等，瞬時相位差在一個有限值的范圍內(nèi)變化，如果是輸入固定頻率信號，則相位差為一常量，即這時輸出信號相位跟蹤輸入信號的相位。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，如果瞬時相位較小時，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u(t)，u(t)= Ucos(t+i) ，用它來調(diào)制一個角頻率等于0的載波，那么可以得到瞬時角頻率為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)波的瞬時相位，調(diào)頻波的完整表達式為。圖15.7.2 565(PLL)構(gòu)成的頻率解調(diào)器將此信號作為鎖相環(huán)的輸入信號，則輸入信號的瞬時相位就是調(diào)頻波的瞬時相位。其次，當(dāng)此信號加到PLL時，如果環(huán)路工作在調(diào)制跟蹤狀態(tài)，即調(diào)制信號頻率小于鎖相環(huán)的截止頻率n，處于PLL閉環(huán)低通特性的通帶之內(nèi)時，鎖相環(huán)的輸出

12、相位2(t)將跟蹤輸入相位1(t)的瞬時變化，即輸出相位。對應(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鎖相環(huán)路的輸出信號是環(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，控制電壓可寫為?，F(xiàn)在我們比較一下PLL的VCO的控制信號與FM波調(diào)制信號u(t)，可以發(fā)現(xiàn)調(diào)制兩者幅值成比例，相位差了一個相移量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，一組為外部管

13、腳、輸入信號e1，其頻率為f1；另一組為內(nèi)部壓控振蕩器產(chǎn)生信號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，可用頻率差代表兩信號之間的相位差，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，使其輸出信號頻率f2發(fā)生變化，這一過程不斷進行，直至f2=f1為止，這時稱為鎖相環(huán)鎖定。2.4 實驗儀器設(shè)備1. 雙蹤示波器，60MHz，1臺，可用一般示波器。2. 頻率計，測量范圍10MHz，分辨率1Hz，1臺（用數(shù)字示波器時可以不需頻率計）。3. 高頻信號發(fā)生器，60MHz，帶調(diào)頻輸出，1臺。4. 實驗電路板及相應(yīng)元器件，按電路圖

14、配置，1套。圖15.7.4 565組成的解調(diào)器實驗電路2.5 實驗內(nèi)容實驗電路見圖15.7.4。1、測量PLL的固有振蕩頻率環(huán)路輸入端IN端不接任何信號，用示波器觀察VCO輸出端信號的波形，并測量輸出頻率。調(diào)RW使其中VCO的輸出頻率f0(A點：即腳)為50kHz。2、測量PLL的同步帶和捕獲帶在IN端輸入一取自信號源來的VPP=1V，頻率為5kHz的方波信號，用示波器同時觀察輸入和輸出（A點）的波形，并同時觀察兩信號的頻率。若兩信號頻率相等，環(huán)路鎖定，若頻率不相等則環(huán)路失鎖。緩慢加大輸入信號頻率，密切注視兩信號的頻率值，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），說明環(huán)

15、路已經(jīng)捕獲住了輸入信號，記下此頻率值f1，再進一步增加輸入信號頻率，輸出頻率也同步增加，一直到突然兩信號頻率不相等，此時環(huán)路失鎖，記下此頻率值f2。同樣的方法讓輸入信號頻率從大到小慢慢改變，找到環(huán)路的捕獲頻率點f3和失鎖頻率點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。實驗結(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)的實驗內(nèi)容3(1)的要求獲得調(diào)頻方波輸出信號(腳)，要求輸入的正弦調(diào)制信號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u和565“B”點的解調(diào)輸出信號。實驗結(jié)果：4.方波的解調(diào)在3步基礎(chǔ)上，將調(diào)制信號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u和565“B”點的解調(diào)輸出信號。注意B點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”點的解調(diào)輸出信號，比較“B”點與“OUT”點信號的波形。實驗結(jié)果：實驗總結(jié)在本次試驗中我學(xué)到一些比較新鮮的東西，因為在做此實驗之前，由于我沒有好好的去預(yù)習(xí)實驗內(nèi)容和教科書上相關(guān)的知識點，從而影響了在做整個實驗的時

17、候思路的連貫性。但是我一邊在做實驗的時候，一邊向旁邊的同學(xué)請教，同時還請教老師一些現(xiàn)在想起來非常幼稚的問題，但是有些東西不問自己就永遠不知道當(dāng)時的迷惑，所以現(xiàn)在想起來，當(dāng)時問的問題還是對現(xiàn)在重新來復(fù)習(xí)相關(guān)的知識是有幫助的。此次做實驗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。然而在做完實驗之后我重新復(fù)習(xí)書上相關(guān)的知識點時，感覺復(fù)習(xí)起來有一種非常熟悉的感覺，可以說是一種實踐操作之后再回顧書上的東西時，學(xué)起東西來非常輕松，這對于我們工科專業(yè)學(xué)生來說，實踐與理論相結(jié)合是學(xué)習(xí)的良好方法，動起手來比我們在這里干癟癟的學(xué)知識點有趣多了

18、。 在做實驗的時候，一開始我們并不知道該怎么去進行實驗，雖然有實驗指導(dǎo)書的指導(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題是不是的蹦出來，讓我們嘗盡了苦頭。在做第一個實驗的時候，由于沒有認真預(yù)習(xí)，導(dǎo)致根本不知道做出來的實驗結(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?。讓我印象特別深的是在第二個實驗的時候，由于自身的努力和進步，我們很快就做到了最后一步，但是就是這個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)書一遍又一遍的排錯，硬是找不出問題的所在，在觀看了其他成功的同學(xué)的情況下依然難以發(fā)現(xiàn)問題的所在。最后看著同學(xué)們一個