【正文】 制信號變化。 （五）同步帶和捕捉帶的測試： 圖 224 鎖定時 TP1 端的波形 武漢理工大學《專業(yè)綜合課程設計》報告 19 圖 225 失鎖時 TP1 端的波形 實驗數(shù)據(jù)：從小到大調節(jié) ：失到鎖： 150KHz 鎖到失： 295KHz 從打到小調節(jié)：失到鎖： 250KHz 鎖到失： 80KHz 同步帶： 295KHz80KHz=215KHz 捕捉帶： 250KHz150KHz=100KHz 結果分析：當環(huán)路鎖定時，輸出頻率和輸入頻率相等，當環(huán)路失鎖時，輸出頻率和輸入頻率不相等，與波形符合。圖中的線性移相網(wǎng)絡就是頻 — 相變換網(wǎng)絡，它將輸入調頻信號 u1 的瞬時頻率變化轉換為相位變化的信號 u2，然后與原輸入的調頻信號一起加到相位檢波器，檢出反映頻率變化的相位變化，從而實現(xiàn)了鑒頻的目的。 耦合回路 包絡檢波器耦合回路 包絡檢波器+疊加型相位檢波器 ou2u1u2u1u 圖 32 耦合回路相位鑒頻器 圖 33（ a）是電容耦合的雙調諧回路相位鑒頻器的電路原理圖，它是由調頻 — 調相變換器和相位檢波器兩部分所組成。圖 33（ a）中初次級回路之間僅通過 Cp 與 Cm進行耦合，只要改變 Cp 和 Cm的大小就可調節(jié)耦合的松緊程度。 u1 和 u2 之間的相位也發(fā)生相應的變化，從而使它們的合成電壓發(fā)生變化，由此可將調頻波變成調幅 — 調頻波，最后由包絡檢波器檢出調制信號。 測試項目與方法 相位鑒頻器的調整 掃頻輸出探頭接 TP1，掃頻輸出衰減 30db， Y 輸入用開路探頭接 TP3， Y 衰減 10（ 20db），Y 增幅最大，掃頻寬度控制在 格 /MHz 左右，使用內頻標觀察和調整 10MHz鑒頻 S 曲線 ，可調器件為 L4061， T4011， C5， C8， C9五個元件。 武漢理工大學《專業(yè)綜合課程設計》報告 22 鑒頻特性的測試 使載波發(fā)生器模塊輸出載波 CW，頻率 10MHz，幅度 ，接入輸入端 TP1，用直流電壓表測量輸出端 TP3 對地電壓（若不為零，可略微調 T4011 和 C8，使其為零），然后在~11MHz 范圍內，以相距 ，測得相應的直流輸出電壓，并填入 表 31中 。 圖 35 fVO 曲線圖 武漢理工大學《專業(yè)綜合課程設計》報告 23 4 乘積型相位鑒頻實驗 （ FMDEM2） 電路工作原理 相位鑒頻的原理 1． 鑒頻原理 鑒頻是調頻的逆過程，廣泛采用的鑒頻電路是相位鑒頻器。另一輸入端輸入經線性移相網(wǎng)絡移相后的調頻調相波 )(us t ，設其表達式為 ? ?? ? ? ?)(s i ns i n39。21)(s i n(2s i n39。 因此鑒頻器的輸出電壓 )(tvo 的變化規(guī)律與調頻波瞬時頻率的變化規(guī)律相同，從而實現(xiàn)了相位鑒頻。 Sd定義為鑒頻器輸入調頻波單位頻率變化所引起的輸出電壓的變化量，通常用鑒頻特性曲線 fvo? 在中心頻率 f0 處的斜率來表示，即 fVOd ?? /S 。分析表明，該網(wǎng)絡的傳輸函數(shù)的相頻特性 )(?? 的表達式為 當 1 o ??? ?? 時，上式可近似表示為 或 式中， of 為回 路的諧振頻率，與調頻波的中心頻率相等； Q 為回路的品質因數(shù)； f? 為瞬時頻率偏移。圖 42 所示鑒頻電路的鑒頻操作過程如下：首先測量鑒頻器的靜態(tài)工作點，再調諧并聯(lián)諧振回路，使其諧振頻率 z 10MH?of ；再從 xv 端輸入?????? ??? )1(a r c t a n2)( 022????? Q2????????? ???? oQ ? ???? 2a r c t a n2)( ???????? ???? of fQf 2a r c t a n2)( ??武漢理工大學《專業(yè)綜合課程設計》報告 25 z 10MH?cf ， PCPV? =40mV 的載波（不接相移網(wǎng)絡， 0?yv ），調節(jié)平衡電位器 RP 使載波抑制最佳（ VO=0）； 然后接入移相網(wǎng)絡，輸入調頻波 sv ，其中心頻率 z 10MH?of ，PSPV? =40mV。 逐點描述法的操作是：用高頻信號發(fā)生器作為鑒頻器的輸入 sv （見圖 42），頻率 z MH10?of ，幅度 PSPV? =150mV；鑒頻器的輸出端 ov 接數(shù)字萬用表（置于“直流電壓 ”檔），測量輸出電壓 ov 值（調諧并聯(lián)諧振回路，使其諧振）；改變高頻信號發(fā)生器的輸出頻率（維持幅度不變），記下對應的輸出電壓 ov 值，并填入表 41 中 ；最后根據(jù)表中測量值描
。 圖 43 移相網(wǎng)絡的相 頻特性 測試項目與方法 靜態(tài)工作點的測量 （見實驗二）。由圖可見，當 off? 時，相位等于 ，在 f? 范圍內，相位隨頻偏呈線性變化，從而實現(xiàn)線性移相。 ? ?tmttv fcsm ??? s inc o sV)(s ?fm ??? ?fm ffmf ?? ??武漢理工大學《專業(yè)綜合課程設計》報告 24 圖 41 相 位鑒頻特性 MC1496 乘積型相位鑒頻器 用 MC1496 構成的乘積型相位鑒頻器實驗電路如圖 42 所示。 2． 鑒頻特性 相位鑒頻器的輸出電壓 ov 與調頻波瞬時頻率 f 的關系稱為 鑒頻特性，其特性曲線（或稱 S 曲線）如圖 41 所示。)()( ????? smsmEfcsmsmEssEo VVKtmtVVKtvtvKtv ??????式中，第一項為高頻分量，可以被濾波器濾掉。)(39。因此，實現(xiàn)鑒頻的核心部件是相位檢波器。 測試結果及分析 1．鑒頻特性的測試 表 31 f(MHz) 10 11 V0(mV) 0 2． 相位鑒頻器的解調功能測量 使高頻信號發(fā)生器輸出 FM 調頻信號，幅度為 VPP，頻率為 10MHz，頻偏最大，并接入電路輸入端 J1，在輸出端 TP3 測量解調信號： 波形 ： 正弦 波 頻率： 1 KHz 幅度： VPP（允許略微調節(jié) T4011）。 L406 C5 調上下波形對稱。 C40 . 1 uC20 . 0 1 uR151kD12 AP 9J1+C83 1 5 P+C93 1 5 P+C53 1 5 PB G13 DG6 BB G23 DG6 BD22 AP 9T P 1T P 3R3100R4330R951KR620KR851KR215kR522KR722KE110uE210uC620PC35 . 1 PC 1 20 . 0 1 uC72200PC 1 30 . 1 uC 1 020PC 1 120PC120PT 4 0 1 1+ 1 2 VR 1 05 . 6 KD3L E D( R )J3音頻輸出T 4 0 6 1調頻波輸入( 1 0 M H z ) 圖 34 分立元件相位鑒頻電原理圖 J1 為相位鑒頻器調制波的輸入端， C1 提供合適的容性負載； BG1 和 BG2 接成共集 —共基電路，以提高輸入阻抗和展寬頻帶， R1 和 R2 提供公用偏置電壓， C3 用以改善輸出波形?；谏鲜?，耦合回路部分的交流等效電路如圖 33（ b）所示。鑒頻器輸出電壓 uo 由 C5 兩端取出， C5 對高頻短路而對低頻開路，再考慮到 L C2 對低頻分量的短路作用，因而鑒頻器的輸出電壓 uo 等于兩個檢波器負載電阻上電壓的變化之差。這種鑒頻器的相位檢波器部分是由兩個包絡檢波器組成，線性移相網(wǎng)絡采用耦合回路。 圖 226 輸入和輸出的波形 結果分析：上面連接方式就是解調器，所以輸入波形和輸出波形一致。該頻率稱為壓控振蕩器的固有頻率。 圖 221 VCO 輸出和 TP2 端輸出波形 結果分析： VCO 輸出和 TP2 端輸出波形 的頻率相等與 VCO 的自由自由振蕩頻率相等。 (可選用一塊 FM2 或高訊儀作調頻信號源，但 高訊儀信號幅度較小 ) 2． 用 20MHz雙蹤示波器同步觀察參與調頻的正弦信號和解調輸出的正弦信號（ TP1）。在 TP1 觀察 )(tud的波形并記錄。該頻率稱為壓控振蕩器的固有頻率。 武漢理工大學《專業(yè)綜合課程設計》報告 16 濾波器帶寬的測試 1． 6 腳“帶寬選擇”懸空（正常工作時“帶寬選擇”和“正弦波輸入”短接）。 調節(jié)“定時電容選擇”，測出壓控振蕩器的最高頻率和最低頻率，填入 表 21 中 。設鎖相環(huán)的閉環(huán)頻率響應為 H（ JΩ ），則輸出相位為 ? ?)]([c o s)()(2 ????????? jHA r gtjHt ??? 因而解調輸出電壓為 ? ?)]([s i n)(1)(1)( 2 ????????? jHA r gtjHtdtdtu ooc ????? 解調輸出是調制信號經 )(?jH 過濾再乘以常數(shù) o??? 。 ffivf0 圖 218 牽引特性曲線圖 4． 解調器 調制跟蹤的鎖相環(huán)路本身就是一個調頻解調器，從壓控振蕩器輸入端得到解調輸出。這樣， 同步帶 141 fff ??? 捕捉帶 232 fff ??? 0??武漢理工大學《專業(yè)綜合課程設計》報告 14 f 2f 1f 4f 2f 3f 1U dU d ff 圖 217 同步帶和捕捉帶示意圖 （ 5）環(huán)路在失鎖狀態(tài) vi ff? 。繼續(xù)向低調節(jié)頻率直到失鎖時，此點頻率記作 1f 。通過調節(jié)頻率粗調和頻率細調選擇一個固有頻率點， 由低往高緩緩調節(jié)信號源的頻率。 tt00輸入信號VCO輸出信號 圖 215 輸入信號和 VCO 輸出信號波形圖 （ 3）當固有 頻差 大于環(huán)路同步帶 H?? 時，環(huán)路失鎖，環(huán)路處于差拍振蕩狀態(tài)，其特征是： ① )(tud 波形不對稱交變振蕩，如圖 216 所示。 ③ 輸入信號與 VCO 輸出信號的相位差為： )(90 ?? e?? 。為了改善壓控特性的線性性能，在電路上采取一些措施，如與線性電容串接或并接，以背對背或面對面方式連接 等等。這個積分作用在環(huán)路中起著相當重要的作用。圖 213 中的實線為一條實際壓控振蕩器的控制特性，虛線為符合 式（ 24）的線性控制特性。在有些場合，例如分析穩(wěn)定性時，應加以注意。顯然， A 越大就越接近理想積分濾波器。假如環(huán)路原來工作在鑒相特性的正斜率處，那么加入有源比例積分濾波器之后就自動地工作到鑒相特性的負斜率處，其負號與有源比例積分濾波器的負號相抵消。這個相位超前作用對改善環(huán)路的穩(wěn)定性是有用的。 11 1)( ???? jtF武漢理工大學《專業(yè)綜合課程設計》報告 9 036dB/倍頻程20lg F(j )/dB（對數(shù)刻度）（對數(shù)刻度）90450( )o 圖 28 RC 積分濾波器的對數(shù)頻率特性 ② 無源比例積分濾波器 無源比例積分濾波器如圖 29 所示，它與 RC 積分濾波器相比，附加了一個與電容器相串聯(lián)的電阻 2R ，這樣就增加了一個可調參數(shù)，它的傳輸算子為： (22) 式中 CRR )( 211 ??? ； CR22?? 。 常用的環(huán)路濾波器有 RC 積分濾波器、 無源比例積分濾波器和有源比例積分濾波器三種，現(xiàn)分別說明如下。因此這類鑒相器的輸出只與波形的邊沿有關，與其它是無關的。常用的正弦鑒相器可用模擬相乘器與低通濾波器的串接作為模型，如圖 24所示。實際應用中有各種形式的環(huán)路，但它們都是由這個基本環(huán)路演變而來的。同時由于鎖相環(huán)中壓控振蕩器的線性范圍可限，所以輸入信號的幅度不應過高。 8 腳的定時電路選擇為壓控振蕩器 各個頻段的頻率細調。 60%f ，輸入電阻為 10K，典型工作電流為 8mA。 負電源信號輸入信號輸入V C O 輸出反饋輸入?yún)⒖茧妷航庹{輸出定時電阻 定時電容正電源R鑒 相 器 放 大 器壓控振蕩器12345678 910RCV C C V C CV C CCT T 圖 21 LM565 內部原理框圖和引腳框圖 對 LM565 而言，壓控振蕩器振蕩頻率可近似表示為 ： 壓控靈敏度為：CEfK 500? 式中 CE 是電源電壓（雙向饋電時則為總電壓）。 6端提供了一個參考電壓，其標稱值與 7端相 同。它包含鑒相器、壓控振蕩器和放大器三部分。 測試結果及分析 （一）振蕩器輸出的調整 振蕩器輸出端的振蕩波形與頻率為 f =, Vpp =,波形圖如下圖 14 所示