【正文】 制信號(hào)變化。 （五）同步帶和捕捉帶的測(cè)試： 圖 224 鎖定時(shí) TP1 端的波形 武漢理工大學(xué)《專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)》報(bào)告 19 圖 225 失鎖時(shí) TP1 端的波形 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：從小到大調(diào)節(jié) ：失到鎖： 150KHz 鎖到失： 295KHz 從打到小調(diào)節(jié)：失到鎖： 250KHz 鎖到失： 80KHz 同步帶： 295KHz80KHz=215KHz 捕捉帶： 250KHz150KHz=100KHz 結(jié)果分析：當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)，輸出頻率和輸入頻率相等，當(dāng)環(huán)路失鎖時(shí)，輸出頻率和輸入頻率不相等，與波形符合。圖中的線(xiàn)性移相網(wǎng)絡(luò)就是頻 — 相變換網(wǎng)絡(luò)，它將輸入調(diào)頻信號(hào) u1 的瞬時(shí)頻率變化轉(zhuǎn)換為相位變化的信號(hào) u2，然后與原輸入的調(diào)頻信號(hào)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(shí)現(xiàn)了鑒頻的目的。 耦合回路 包絡(luò)檢波器耦合回路 包絡(luò)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(diào)諧回路相位鑒頻器的電路原理圖，它是由調(diào)頻 — 調(diào)相變換器和相位檢波器兩部分所組成。圖 33（ a）中初次級(jí)回路之間僅通過(guò) Cp 與 Cm進(jìn)行耦合，只要改變 Cp 和 Cm的大小就可調(diào)節(jié)耦合的松緊程度。 u1 和 u2 之間的相位也發(fā)生相應(yīng)的變化，從而使它們的合成電壓發(fā)生變化，由此可將調(diào)頻波變成調(diào)幅 — 調(diào)頻波，最后由包絡(luò)檢波器檢出調(diào)制信號(hào)。 測(cè)試項(xiàng)目與方法 相位鑒頻器的調(diào)整 掃頻輸出探頭接 TP1，掃頻輸出衰減 30db， Y 輸入用開(kāi)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(nèi)頻標(biāo)觀(guān)察和調(diào)整 10MHz鑒頻 S 曲線(xiàn) ，可調(diào)器件為 L4061， T4011， C5， C8， C9五個(gè)元件。 武漢理工大學(xué)《專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)》報(bào)告 22 鑒頻特性的測(cè)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(cè)量輸出端 TP3 對(duì)地電壓（若不為零，可略微調(diào) T4011 和 C8，使其為零），然后在~11MHz 范圍內(nèi)，以相距 ，測(cè)得相應(yīng)的直流輸出電壓，并填入 表 31中 。 圖 35 fVO 曲線(xiàn)圖 武漢理工大學(xué)《專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)》報(bào)告 23 4 乘積型相位鑒頻實(shí)驗(yàn) （ FMDEM2） 電路工作原理 相位鑒頻的原理 1． 鑒頻原理 鑒頻是調(diào)頻的逆過(guò)程，廣泛采用的鑒頻電路是相位鑒頻器。另一輸入端輸入經(jīng)線(xiàn)性移相網(wǎng)絡(luò)移相后的調(diào)頻調(diào)相波 )(us t ，設(shè)其表達(dá)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(diào)頻波瞬時(shí)頻率的變化規(guī)律相同，從而實(shí)現(xiàn)了相位鑒頻。 Sd定義為鑒頻器輸入調(diào)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(xiàn) fvo? 在中心頻率 f0 處的斜率來(lái)表示，即 fVOd ?? /S 。分析表明，該網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù)的相頻特性 )(?? 的表達(dá)式為 當(dāng) 1 o ??? ?? 時(shí)，上式可近似表示為 或 式中， of 為回 路的諧振頻率，與調(diào)頻波的中心頻率相等； Q 為回路的品質(zhì)因數(shù)； f? 為瞬時(shí)頻率偏移。圖 42 所示鑒頻電路的鑒頻操作過(guò)程如下：首先測(cè)量鑒頻器的靜態(tài)工作點(diǎn)，再調(diào)諧并聯(lián)諧振回路，使其諧振頻率 z 10MH?of ；再?gòu)?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(xué)《專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)》報(bào)告 25 z 10MH?cf ， PCPV? =40mV 的載波（不接相移網(wǎng)絡(luò)， 0?yv ），調(diào)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(luò)，輸入調(diào)頻波 sv ，其中心頻率 z 10MH?of ，PSPV? =40mV。 逐點(diǎn)描述法的操作是：用高頻信號(hào)發(fā)生器作為鑒頻器的輸入 sv （見(jiàn)圖 42），頻率 z MH10?of ，幅度 PSPV? =150mV；鑒頻器的輸出端 ov 接數(shù)字萬(wàn)用表（置于“直流電壓 ”檔），測(cè)量輸出電壓 ov 值（調(diào)諧并聯(lián)諧振回路，使其諧振）；改變高頻信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率（維持幅度不變），記下對(duì)應(yīng)的輸出電壓 ov 值，并填入表 41 中 ；最后根據(jù)表中測(cè)量值描
。 圖 43 移相網(wǎng)絡(luò)的相 頻特性 測(cè)試項(xiàng)目與方法 靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量 （見(jiàn)實(shí)驗(yàn)二）。由圖可見(jiàn)，當(dāng) off? 時(shí)，相位等于 ，在 f? 范圍內(nèi)，相位隨頻偏呈線(xiàn)性變化，從而實(shí)現(xiàn)線(xiàn)性移相。 ? ?tmttv fcsm ??? s inc o sV)(s ?fm ??? ?fm ffmf ?? ??武漢理工大學(xué)《專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)》報(bào)告 24 圖 41 相 位鑒頻特性 MC1496 乘積型相位鑒頻器 用 MC1496 構(gòu)成的乘積型相位鑒頻器實(shí)驗(yàn)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(diào)頻波瞬時(shí)頻率 f 的關(guān)系稱(chēng)為 鑒頻特性，其特性曲線(xiàn)（或稱(chēng) S 曲線(xiàn)）如圖 41 所示。)()( ????? smsmEfcsmsmEssEo VVKtmtVVKtvtvKtv ??????式中，第一項(xiàng)為高頻分量，可以被濾波器濾掉。)(39。因此，實(shí)現(xiàn)鑒頻的核心部件是相位檢波器。 測(cè)試結(jié)果及分析 1．鑒頻特性的測(cè)試 表 31 f(MHz) 10 11 V0(mV) 0 2． 相位鑒頻器的解調(diào)功能測(cè)量 使高頻信號(hào)發(fā)生器輸出 FM 調(diào)頻信號(hào)，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(cè)量解調(diào)信號(hào)： 波形 ： 正弦 波 頻率： 1 KHz 幅度： VPP（允許略微調(diào)節(jié) T4011）。 L406 C5 調(diào)上下波形對(duì)稱(chēng)。 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(diào)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(diào)制波的輸入端， C1 提供合適的容性負(fù)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。基于上述 ，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(duì)高頻短路而對(duì)低頻開(kāi)路，再考慮到 L C2 對(duì)低頻分量的短路作用，因而鑒頻器的輸出電壓 uo 等于兩個(gè)檢波器負(fù)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(gè)包絡(luò)檢波器組成，線(xiàn)性移相網(wǎng)絡(luò)采用耦合回路。 圖 226 輸入和輸出的波形 結(jié)果分析：上面連接方式就是解調(diào)器，所以輸入波形和輸出波形一致。該頻率稱(chēng)為壓控振蕩器的固有頻率。 圖 221 VCO 輸出和 TP2 端輸出波形 結(jié)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(diào)頻信號(hào)源，但 高訊儀信號(hào)幅度較小 ) 2． 用 20MHz雙蹤示波器同步觀(guān)察參與調(diào)頻的正弦信號(hào)和解調(diào)輸出的正弦信號(hào)（ TP1）。在 TP1 觀(guān)察 )(tud的波形并記錄。該頻率稱(chēng)為壓控振蕩器的固有頻率。 武漢理工大學(xué)《專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)》報(bào)告 16 濾波器帶寬的測(cè)試 1． 6 腳“帶寬選擇”懸空（正常工作時(shí)“帶寬選擇”和“正弦波輸入”短接）。 調(diào)節(jié)“定時(shí)電容選擇”，測(cè)出壓控振蕩器的最高頻率和最低頻率，填入 表 21 中 。設(shè)鎖相環(huán)的閉環(huán)頻率響應(yīng)為 H（ JΩ ），則輸出相位為 ? ?)]([c o s)()(2 ????????? jHA r gtjHt ??? 因而解調(diào)輸出電壓為 ? ?)]([s i n)(1)(1)( 2 ????????? jHA r gtjHtdtdtu ooc ????? 解調(diào)輸出是調(diào)制信號(hào)經(jīng) )(?jH 過(guò)濾再乘以常數(shù) o??? 。 ffivf0 圖 218 牽引特性曲線(xiàn)圖 4． 解調(diào)器 調(diào)制跟蹤的鎖相環(huán)路本身就是一個(gè)調(diào)頻解調(diào)器，從壓控振蕩器輸入端得到解調(diào)輸出。這樣， 同步帶 141 fff ??? 捕捉帶 232 fff ??? 0??武漢理工大學(xué)《專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)》報(bào)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(diào)節(jié)頻率直到失鎖時(shí)，此點(diǎn)頻率記作 1f 。通過(guò)調(diào)節(jié)頻率粗調(diào)和頻率細(xì)調(diào)選擇一個(gè)固有頻率點(diǎn)， 由低往高緩緩調(diào)節(jié)信號(hào)源的頻率。 tt00輸入信號(hào)VCO輸出信號(hào) 圖 215 輸入信號(hào)和 VCO 輸出信號(hào)波形圖 （ 3）當(dāng)固有 頻差 大于環(huán)路同步帶 H?? 時(shí)，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(duì)稱(chēng)交變振蕩，如圖 216 所示。 ③ 輸入信號(hào)與 VCO 輸出信號(hào)的相位差為： )(90 ?? e?? 。為了改善壓控特性的線(xiàn)性性能，在電路上采取一些措施，如與線(xiàn)性電容串接或并接，以背對(duì)背或面對(duì)面方式連接 等等。這個(gè)積分作用在環(huán)路中起著相當(dāng)重要的作用。圖 213 中的實(shí)線(xiàn)為一條實(shí)際壓控振蕩器的控制特性，虛線(xiàn)為符合 式（ 24）的線(xiàn)性控制特性。在有些場(chǎng)合，例如分析穩(wěn)定性時(shí)，應(yīng)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(lái)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(dòng)地工作到鑒相特性的負(fù)斜率處，其負(fù)號(hào)與有源比例積分濾波器的負(fù)號(hào)相抵消。這個(gè)相位超前作用對(duì)改善環(huán)路的穩(wěn)定性是有用的。 11 1)( ???? jtF武漢理工大學(xué)《專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)》報(bào)告 9 036dB/倍頻程20lg F(j )/dB（對(duì)數(shù)刻度）（對(duì)數(shù)刻度）90450( )o 圖 28 RC 積分濾波器的對(duì)數(shù)頻率特性 ② 無(wú)源比例積分濾波器 無(wú)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(gè)與電容器相串聯(lián)的電阻 2R ，這樣就增加了一個(gè)可調(diào)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(wú)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(shuō)明如下。因此這類(lèi)鑒相器的輸出只與波形的邊沿有關(guān)，與其它是無(wú)關(guān)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(shí)際應(yīng)用中有各種形式的環(huán)路，但它們都是由這個(gè)基本環(huán)路演變而來(lái)的。同時(shí)由于鎖相環(huán)中壓控振蕩器的線(xiàn)性范圍可限，所以輸入信號(hào)的幅度不應(yīng)過(guò)高。 8 腳的定時(shí)電路選擇為壓控振蕩器 各個(gè)頻段的頻率細(xì)調(diào)。 60%f ，輸入電阻為 10K，典型工作電流為 8mA。 負(fù)電源信號(hào)輸入信號(hào)輸入V C O 輸出反饋輸入?yún)⒖茧妷航庹{(diào)輸出定時(shí)電阻 定時(shí)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(nèi)部原理框圖和引腳框圖 對(duì) 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(shí)則為總電壓）。 6端提供了一個(gè)參考電壓，其標(biāo)稱(chēng)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(cè)試結(jié)果及分析 （一）振蕩器輸出的調(diào)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