【文章內(nèi)容簡介】 的音頻調(diào)制信號(hào) Vi。將 K1的 12 短接，令Ed=2V，連接 J2 與鑒頻 板 J1。用 20MHz 雙蹤示波器同時(shí)觀察調(diào)制信號(hào)與解調(diào)信號(hào)，改變Vi的幅度，測量輸出信號(hào)，結(jié)果填入表 12 中。 測試結(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 。 圖 14 振蕩器輸出端的振蕩波形 （二）變?nèi)荻O管靜態(tài)調(diào)制特性的測量 表 11 Ed(V) 0 1 2 3 4 5 f0 不并C4 武漢理工大學(xué)《專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)》報(bào)告 4 MHz 并C4 結(jié)果分析：此表反映了 輸出頻率隨二極管反偏電壓變化 的規(guī)律， 并 C4 的輸出頻率比不并 C4 的輸出頻率略大；隨著二極管 反偏電壓 的逐漸增大，頻率先增大到一定程度再略微下降。 （ 三 ）變?nèi)荻O管動(dòng)態(tài)調(diào)制特性的測量（與分立元件相位鑒頻實(shí)驗(yàn) FMDEM1 聯(lián)試） 表 12 Vi(Vpp) 0 Vo(Vpp) 0 結(jié)果分析： 此表反映了解調(diào)輸出信號(hào)幅度隨調(diào)制輸入信號(hào)幅度的變化規(guī)律，隨著輸入信號(hào)的逐漸增大，輸出信號(hào)也逐漸增大。武漢理工大學(xué)《專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)》報(bào)告 5 2 集成鎖相環(huán)調(diào)頻鑒頻實(shí)驗(yàn) （ FM2） 電路工作原理 LM565 簡介 LM565 是 一塊工作頻率低于 1MHz 的通用單片集成 鎖相環(huán)路，其組成方框圖和引腳框圖如圖 21所示。它包含鑒相器、壓控振蕩器和放大器三部分。鑒相器為雙平衡模擬相乘電路，壓控振蕩器為積分 — 施密特電路。輸入信號(hào)加在 3端， 7 端外接電容器 C 與放大器的集電極電阻 R （典型值為 ）組成環(huán)路濾波器。由 7端輸出的誤差電壓在內(nèi)部直接加到壓控振蕩器的控制端。 6端提供了一個(gè)參考電壓，其標(biāo)稱值與 7端相 同。 7 端可以一起作為后接差動(dòng)放大器的偏置。壓控振蕩器的定時(shí)電阻 TR 接在 8 端，定時(shí)電容 TC 接在9 端，振蕩信號(hào)從 4 端輸出。壓控振蕩器的輸出端 4 與鑒相器反饋輸入端 5 是斷開的，允許插入分頻器來做頻率合成器。 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）。 鑒相靈敏度為 ： ??dK 放大器增益為： ?A ， 放大器增益為： ?A LM565 工作頻率范圍為 ~500KHz，電源電壓為177。 6~177。 12V，鑒頻失真低于 %，最大鎖定范圍為177。 60%f ，輸入電阻為 10K，典型工作電流為 8mA。主要用于 FSK 解調(diào)、單音解碼、寬帶 FM解調(diào)、數(shù)據(jù)同步、倍頻與分頻等方面。 TTCRf 4 ?1234567 891011121314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NCNCNCNCL M 5 6 5 C N武漢理工大學(xué)《專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)》報(bào)告 6 實(shí)際電路介紹 實(shí)際電路如圖 22 所示。 C20 . 0 1 u FC30 . 0 2 2 u FC5300PC65100PC7120P23451967810LM565C NC862PU1+12V調(diào)頻波輸入VCO輸出反饋輸入帶寬選擇比例積分RC積分R210KE210uC70 . 4 7 uC10 . 0 1 uR5390R 1 45 . 6 KD2L E D ( R )R44 . 7 KR610KE14 . 7 u定時(shí)電阻選擇定時(shí)電容選擇R14 . 7 KT P 4R34 . 7 KJ4T P 2T P 3J3R 1 210KR 1 3510調(diào)頻波輸出R8680T P 1R 1 11KE310uJ1 J1音頻輸出 音頻輸入R7680正弦波輸入R 1 082R92 . 2 KE5100uE43 . 3 u 圖 22 集成鎖相環(huán)調(diào) 頻鑒頻電原理圖 圖中， 9 腳的定時(shí)電路選擇為鎖相環(huán)壓控振蕩器的頻率 粗調(diào)，分為三個(gè)頻段。 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)。帶寬選擇確定環(huán)路濾波器的帶寬。濾波器可選擇比例積分濾波器或 RC濾波器。 1． 調(diào)頻器 從圖 21 可知，壓控振蕩器自身就是一個(gè)調(diào)頻器，因?yàn)樗乃矔r(shí)頻率正比于輸入音頻信號(hào)的幅度，所以壓控振蕩器可以直接用作調(diào)頻器，但是由于它的振蕩頻率的溫度漂移以及控制特性的非線性，不能產(chǎn)生高質(zhì)量的 FM 信號(hào)。同時(shí)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(hào)的幅度不應(yīng)過高。圖 22 中， J1 輸入音頻 ， J3 即可輸出調(diào)頻波，調(diào)頻波頻率由定時(shí)電容、定時(shí)電阻決定。 2． 鎖相環(huán)路部件特性 鎖相環(huán)是一個(gè)相位的負(fù)反饋控制系統(tǒng)。這個(gè)負(fù)反饋控制系統(tǒng)是由鑒相器（ PD）、環(huán)路濾波器（ LF）和壓控振蕩器（ VCO）三個(gè)基本部件組成，基本構(gòu)成如圖 23。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)路演變而來的。下面逐個(gè)介紹基本部件在環(huán)路中的作用。 武漢理工大學(xué)《專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)》報(bào)告 7 L FP Du d(t) u c (t)1(t) 2(t)P LLVC O 圖 23 鎖相環(huán)路的基本構(gòu)成 （ 1）鑒相器 鑒相器是一個(gè)相位比較裝置，用來檢測輸入信號(hào)相位 與反饋信號(hào)相位 )(2t? 之間的相位差 )(te? 。輸出的誤差信號(hào) )(tud 是相差 )(te? 的函數(shù)，即 ? ?)()( tftu ed ?? 鑒相特性 ? ?)(tf e? 可以是多種多樣的，有正弦形特性、三角形特性、鋸齒形特性等等。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。 L P Fuu oi(t)(t) u d (t) 圖 24 正弦鑒相器模型 設(shè)相乘器的相乘系數(shù)為 mK [單位為 1/V]，輸入信號(hào) )(tui 與反饋信號(hào) )(0tu 經(jīng)相乘作用 經(jīng)過低通濾波器（ LPF）濾除 02? 成分之后，得到誤差電壓 ? ?)()(s in21)( 210 ttUUKtu imd ?? ?? 令021 UUKU imd ? 為鑒相器的最大輸出電壓，則 )(s in)( tUtu edd ?? 這就是正弦鑒相特性，如圖 25。 360 270 180 90 90 180 270 360e(t)d(t)u 圖 25 正弦鑒相特性 鑒相器的電路是多種 多樣的，總的可以分為兩大類：第一類是相乘器電路，它是對(duì)輸入信號(hào)波形與輸出信號(hào)波形的乘積進(jìn)行平均，從而獲得直流的誤差輸出，如上面分析所述。)(1t?? ? ? ?? ? ? ?)()(s i n21)()(2s i n21)(c os)(s i n)()(210210020200ttUUKtttUUKtUtUKtutuKimimoimim?????????????????武漢理工大學(xué)《專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)》報(bào)告 8 第二類是序列電路，它的輸出電壓是輸入信號(hào)過零點(diǎn)與反饋電壓過零點(diǎn)之間時(shí)間差的函數(shù)。因此這類鑒相器的輸出只與波形的邊沿有關(guān)，與其它是無關(guān)的。這類鑒相器適用于方波（也可以用正弦波通過限幅得到）輸入，通常用數(shù)字電路構(gòu)成。 （ 2）環(huán)路濾波器 環(huán)路濾波器具有低通特性，它可以起到圖 24 中低通濾波器的作用，更重要的是它對(duì)環(huán)路參數(shù)調(diào)整起著決定性的作用。環(huán)路濾波器是一個(gè)線性電路，在時(shí) 域分析中可用一個(gè)傳輸算子 )(pF 來表示，其中 )( tddp? 是微分算子；在頻域分析中可用傳遞函數(shù) )(sF 表示，其中 )( ??jas 是復(fù)頻率；若用 ??js 代入 )(sF 就得到它的頻率響應(yīng) )(?jF ，故環(huán)路濾波器模型可表示為圖 26。 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。 F ( P )u d (t) u c (t) F ( s )u d (s) u c (s) 圖 26 環(huán)路濾波器的模型 ① RC 積分濾波器 這是結(jié)構(gòu)最簡單的低通濾波器，電路構(gòu)成如圖 27，其傳輸算子 11 1)( ?ppF ?? （ 21） 式中 RC?1? 是時(shí)間常數(shù)，這是這種濾波器唯一可調(diào)的參數(shù)。 RCui u O 圖 27 RC積分濾波器電路組成 令 ??jp ，并代入式（ 21），即可得到濾波器的頻率特性 作為對(duì)數(shù) 頻率特性，如圖 28可見，它具有低通特性，且相位滯后。當(dāng)頻率很高時(shí)，幅度趨于零，相位滯后接近于 2? 。 11 1)( ???? jtF武漢理工大學(xué)《專業(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(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?? 。 這是兩個(gè)獨(dú)立可調(diào)的參數(shù)，其頻率響應(yīng)為： RCu i u OR12 圖 29 無源比例積分濾波器電路組成 據(jù)此可作出對(duì)數(shù)頻率特性，如圖 210 所示。這也是一個(gè)低通濾波器，與 RC 積分濾波器不同的是，當(dāng)頻率很高時(shí) 等于電阻的分壓比，這就是濾波器的比例作用。從相頻特性上看，當(dāng)頻率很高時(shí)有相位超前校正的作用，這是由相位超前因子21 ???j 引起的。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。 1211)( ???? ???? jjjF212)( RR RjF ??? ???pppF 1211)( ?????武漢理工大學(xué)《專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)》報(bào)告 10 036dB/倍頻程20lg F(j ) /dB（對(duì)數(shù)刻度）（對(duì)數(shù)刻度）9045( )o020lg21lg21211211211arctg21212 圖 210 無源比例積分濾波器的對(duì)數(shù)頻率特性 ③ 有源比例積分濾波器 有源比例積分濾波器由運(yùn)算放大器組成，電路如圖 211所示，它的傳輸算子 1211)( ??ppApF ???? 式中 CRARR )( 2111 ???? ； R22?? 。 A 是運(yùn)算放大器無反饋時(shí)的電壓增益。 RCu i uOR12u aAI2 圖 211 有源比例積分濾波器電路組 成 式中負(fù)號(hào)表示濾波器輸出和輸入電壓之間相位相反。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(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。因此，這個(gè)負(fù)號(hào)對(duì)環(huán)路的工作沒有影響，分析時(shí)可以不予考慮。故傳輸算子可以近似為121)( ??pppF ?? （ 23） CPRPCp A RpACp A RpAppApF11121221211111)(???????????????????武漢理工大學(xué)《專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)》報(bào)告 11 式中 CR11?? 。式（ 23）傳輸算子的分母中只有一個(gè) p ，是一 個(gè)積分因子，故高增益的有源比例積分濾波器又稱為理想積分濾波器。顯然， A 越大就越接近理想積分濾波器。此濾波器的頻率響應(yīng)為 其對(duì)數(shù)頻率特性見圖 212?？梢娝哂械屯ㄌ匦院捅壤饔茫囝l特性也有超前校正。 嚴(yán)格說來，在頻率極低的情況下，近似條件 11???? 不能成立，上述近似特性也就不適宜了。在有些場合，例如分析穩(wěn)定性時(shí)，應(yīng)加以注意。 0 6 d B / 倍頻程2 0 l g F ( j ) / d B（對(duì)數(shù)刻度）（對(duì)數(shù)刻度）