【文章內容簡介】 的音頻調制信號 Vi。將 K1的 12 短接，令Ed=2V，連接 J2 與鑒頻 板 J1。用 20MHz 雙蹤示波器同時觀察調制信號與解調信號，改變Vi的幅度，測量輸出信號，結果填入表 12 中。 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 。 圖 14 振蕩器輸出端的振蕩波形 （二）變容二極管靜態(tài)調制特性的測量 表 11 Ed(V) 0 1 2 3 4 5 f0 不并C4 武漢理工大學《專業(yè)綜合課程設計》報告 4 MHz 并C4 結果分析：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 ）變容二極管動態(tài)調制特性的測量（與分立元件相位鑒頻實驗 FMDEM1 聯試） 表 12 Vi(Vpp) 0 Vo(Vpp) 0 結果分析： 此表反映了解調輸出信號幅度隨調制輸入信號幅度的變化規(guī)律，隨著輸入信號的逐漸增大，輸出信號也逐漸增大。武漢理工大學《專業(yè)綜合課程設計》報告 5 2 集成鎖相環(huán)調頻鑒頻實驗 （ 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部直接加到壓控振蕩器的控制端。 6端提供了一個參考電壓，其標稱值與 7端相 同。 7 端可以一起作為后接差動放大器的偏置。壓控振蕩器的定時電阻 TR 接在 8 端，定時電容 TC 接在9 端，振蕩信號從 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。 負電源信號輸入信號輸入V C O 輸出反饋輸入參考電壓解調輸出定時電阻 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）。 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、單音解碼、寬帶 FM解調、數據同步、倍頻與分頻等方面。 TTCRf 4 ?1234567 891011121314負電源信號輸入信號輸入V C O 輸出反饋輸入參考電壓解調輸出 定時電阻定時電容正電源NCNCNCNCL M 5 6 5 C N武漢理工大學《專業(yè)綜合課程設計》報告 6 實際電路介紹 實際電路如圖 22 所示。 C20 . 0 1 u FC30 . 0 2 2 u FC5300PC65100PC7120P23451967810LM565C NC862PU1+12V調頻波輸入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定時電阻選擇定時電容選擇R14 . 7 KT P 4R34 . 7 KJ4T P 2T P 3J3R 1 210KR 1 3510調頻波輸出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 頻鑒頻電原理圖 圖中， 9 腳的定時電路選擇為鎖相環(huán)壓控振蕩器的頻率 粗調，分為三個頻段。 8 腳的定時電路選擇為壓控振蕩器 各個頻段的頻率細調。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． 調頻器 從圖 21 可知，壓控振蕩器自身就是一個調頻器，因為它的瞬時頻率正比于輸入音頻信號的幅度，所以壓控振蕩器可以直接用作調頻器，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，不能產生高質量的 FM 信號。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。圖 22 中， J1 輸入音頻 ， J3 即可輸出調頻波，調頻波頻率由定時電容、定時電阻決定。 2． 鎖相環(huán)路部件特性 鎖相環(huán)是一個相位的負反饋控制系統。這個負反饋控制系統是由鑒相器（ PD）、環(huán)路濾波器（ LF）和壓控振蕩器（ VCO）三個基本部件組成，基本構成如圖 23。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。下面逐個介紹基本部件在環(huán)路中的作用。 武漢理工大學《專業(yè)綜合課程設計》報告 7 L FP Du d(t) u c (t)1(t) 2(t)P LLVC O 圖 23 鎖相環(huán)路的基本構成 （ 1）鑒相器 鑒相器是一個相位比較裝置，用來檢測輸入信號相位 與反饋信號相位 )(2t? 之間的相位差 )(te? 。輸出的誤差信號 )(tud 是相差 )(te? 的函數，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 設相乘器的相乘系數為 mK [單位為 1/V]，輸入信號 )(tui 與反饋信號 )(0tu 經相乘作用 經過低通濾波器（ 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，它是對輸入信號波形與輸出信號波形的乘積進行平均，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《專業(yè)綜合課程設計》報告 8 第二類是序列電路，它的輸出電壓是輸入信號過零點與反饋電壓過零點之間時間差的函數。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。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，通常用數字電路構成。 （ 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，更重要的是它對環(huán)路參數調整起著決定性的作用。環(huán)路濾波器是一個線性電路，在時 域分析中可用一個傳輸算子 )(pF 來表示，其中 )( tddp? 是微分算子；在頻域分析中可用傳遞函數 )(sF 表示，其中 )( ??jas 是復頻率；若用 ??js 代入 )(sF 就得到它的頻率響應 )(?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 這是結構最簡單的低通濾波器，電路構成如圖 27，其傳輸算子 11 1)( ?ppF ?? （ 21） 式中 RC?1? 是時間常數，這是這種濾波器唯一可調的參數。 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 作為對數 頻率特性，如圖 28可見，它具有低通特性，且相位滯后。當頻率很高時，幅度趨于零，相位滯后接近于 2? 。 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（對數刻度）（對數刻度）90450( )o 圖 28 RC積分濾波器的對數頻率特性 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的電阻 2R ，這樣就增加了一個可調參數，它的傳輸算子為： (22) 式中 CRR )( 211 ??? ； CR22?? 。 這是兩個獨立可調的參數，其頻率響應為： RCu i u OR12 圖 29 無源比例積分濾波器電路組成 據此可作出對數頻率特性，如圖 210 所示。這也是一個低通濾波器，與 RC 積分濾波器不同的是，當頻率很高時 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，當頻率很高時有相位超前校正的作用，這是由相位超前因子21 ???j 引起的。這個相位超前作用對改善環(huán)路的穩(wěn)定性是有用的。 1211)( ???? ???? jjjF212)( RR RjF ??? ???pppF 1211)( ?????武漢理工大學《專業(yè)綜合課程設計》報告 10 036dB/倍頻程20lg F(j ) /dB（對數刻度）（對數刻度）9045( )o020lg21lg21211211211arctg21212 圖 210 無源比例積分濾波器的對數頻率特性 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 是運算放大器無反饋時的電壓增益。 RCu i uOR12u aAI2 圖 211 有源比例積分濾波器電路組 成 式中負號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。因此，這個負號對環(huán)路的工作沒有影響，分析時可以不予考慮。故傳輸算子可以近似為121)( ??pppF ?? （ 23） CPRPCp A RpACp A RpAppApF11121221211111)(???????????????????武漢理工大學《專業(yè)綜合課程設計》報告 11 式中 CR11?? 。式（ 23）傳輸算子的分母中只有一個 p ，是一 個積分因子，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為 其對數頻率特性見圖 212?？梢娝哂械屯ㄌ匦院捅壤饔?，相頻特性也有超前校正。 嚴格說來，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，應加以注意。 0 6 d B / 倍頻程2 0 l g F ( j ) / d B（對數刻度）（對數刻度）