FM電路實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)

1、FM電路實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)，即我們常說的 Modem 其實(shí)是 Modulator （調(diào)制器）與 Demodulator （解調(diào)器）的簡稱，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”。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)用于廣播通信

2、、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-

3、p 200mV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，該電壓 與調(diào)制

4、信號(hào)同經(jīng)加法器，用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。調(diào)頻波輸出. I鑒相器4046. .壓控振蕩器(14)圖 1 FM 調(diào)頻電路原理框圖載波咼頻信號(hào)放大低通加法器2.FM 解調(diào)電路的原理圖（如圖 2 所示）調(diào)頻波（經(jīng)過放大器放大后）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）過程。r. IIIIIL鑒相器46(14)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/

5、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 VCOl 勺輸入端 9 腳，調(diào)整 VCO 的振蕩

6、頻率 f2，使 f2 迅速逼近信號(hào)頻率 fl。VCO 勺輸出又經(jīng)除法器再進(jìn)入相位比較器I，繼續(xù)與 Ui咼頻信號(hào)放大低通壓控振蕩器進(jìn)行相位比較，最后使得 f2 = 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，貝U相位比較器U工作，過程與上述相同，不再贅述圖 4 CD4046 引腳功能圖圖 4 是 CD4046 勺引腳排列，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。

7、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，用于 FM 解調(diào)。1 1、1 2 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 測量 CD4046 鎖相環(huán)的捕捉帶和同步帶方法測量 CD4046 鎖相環(huán)的捕捉帶和同步帶，其示意圖如圖 5 所示。圖 5 捕捉帶和同步帶示意圖測量方法：(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“f1”。(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

8、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(3) 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(4)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“f4。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。圖 6 模擬相乘器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

9、別為： 式中的wo為壓控振蕩器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：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：式中的Wi為輸入信號(hào)的瞬時(shí)振蕩角頻率，i（t）和o（t）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 為無窮大（12 腳空置）僅用 R1 和 C1 確定 VC （的中心頻率 f即可。 設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)， 只需由 f查圖 9（電源電壓 VC為 9V 時(shí)的曲線，橫坐標(biāo)為 C1 取值）求出 C1 與 R1 即可圖 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 勺 VC（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。 一般使用 P