【正文】 920 mv440 mv mv mv940 mv440 mv9 集成鎖相環(huán)調(diào)頻實(shí)驗(yàn)（FM3） 電路工作原理 集成鎖相環(huán)調(diào)頻與鑒頻調(diào)頻是用反映信息的低頻信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）去控制高頻振蕩的輸出頻率，并使之隨調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律而變化。它的逆過(guò)程稱為頻率解調(diào)也稱為頻率檢波或鑒頻。 本實(shí)驗(yàn)?zāi)K是采用LM4046數(shù)字集成鎖相環(huán)（PLL）來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻與鑒頻。鎖相環(huán)的內(nèi)部電路主要由鑒相器和壓控振蕩器VCO兩部分組成。詳細(xì)內(nèi)容可參考有關(guān)課程的相關(guān)內(nèi)容。 LM4046簡(jiǎn)介1．鎖相環(huán)調(diào)頻原理鎖相環(huán)調(diào)頻原理框圖如圖91所示。圖91 鎖相環(huán)調(diào)頻原理框圖將低頻調(diào)制信號(hào)加到壓控振蕩器的控制端，使壓控振蕩器的輸出頻率在自由振蕩頻率（中心頻率）fO上下隨調(diào)制信號(hào)而變化，即生成了調(diào)頻波。當(dāng)高頻載波頻率與自由振蕩頻率相近時(shí)，壓控振蕩器的振蕩頻率與載波頻率鎖定。圖91中的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(guò)，它與調(diào)制信號(hào)經(jīng)由加法電路，去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。鎖相環(huán)4046邏輯圖與引出端功能圖如圖92所示。圖92 鎖相環(huán)4046邏輯圖與引出端功能圖 鎖相環(huán)的自由振蕩頻率f0、同步帶與捕捉帶的測(cè)量方法以圖93所示的4046鎖相環(huán)電路為例作簡(jiǎn)要說(shuō)明。圖93 鎖相環(huán)典型電路圖中，PD為相位比較器（鑒相器）；VCO為壓控振蕩器；CRR2決定自由振蕩頻率f0；RC3為低通濾波器；14端為高頻輸入端，要求輸入方波信號(hào)；4端為VCO輸出端。 1．自由振蕩頻率f0測(cè)量 用示波器觀測(cè)4端的波形應(yīng)為方波，測(cè)量其周期即可換算出自由振蕩頻率f0。 2．鎖定的判斷 在14端輸入方波信號(hào)，觀察2端的波形，如已鎖定，可得一個(gè)穩(wěn)定的矩形脈沖；若14端輸入信號(hào)頻率與壓控振蕩器的振蕩頻率相等，則2端將呈現(xiàn)兩倍頻的穩(wěn)定方波信號(hào)。3．同步帶和捕捉帶的測(cè)量14端輸入一個(gè)方波（或正弦）信號(hào)，變化輸入信號(hào)頻率從中心頻率f0（VCO自由振蕩頻率）附近逐漸上升，至4端或2 端輸出方波出現(xiàn)不穩(wěn)定時(shí)，即環(huán)路失鎖時(shí)，測(cè)出此時(shí)的失鎖頻率fH2。改變14端輸入信號(hào)頻率，由fH2下降至4或2端輸出方波再次穩(wěn)定時(shí)，測(cè)其頻率fH2′。改變14端輸入信號(hào)頻率由fO下降至4或2端輸出方波出現(xiàn)不穩(wěn)定時(shí)，測(cè)其失鎖頻率fL1。改變14端輸入信號(hào)頻率由fL1上升至4或2端輸出方波又重新出現(xiàn)穩(wěn)定時(shí)，測(cè)其頻率fL1′。由以上測(cè)試可計(jì)算得： 同步帶為：fH2 fL1捕捉帶為：fH2′ fL1′ 同步帶和捕捉帶的示意圖如圖94所示。圖94 同步帶與捕捉帶 實(shí)驗(yàn)線路分析實(shí)際線路如圖95所示。基本線路在前面已分析清楚。這里需要進(jìn)一步說(shuō)明的是K1可短路外載波，以便測(cè)量壓控振蕩器的自由振蕩的頻率。K2可短路外加音頻信號(hào)，以便測(cè)量壓控振蕩器的同步帶和捕捉帶。由于是環(huán)路鎖相，改變?yōu)V波器時(shí)間常數(shù)可改變VCO自由振蕩的頻率。因此，調(diào)節(jié)R8，可改變VCO自由振蕩頻率。當(dāng)改變VCO的CRR6可在較大范圍內(nèi)改變輸出頻率。圖95 鎖相環(huán)調(diào)頻電原理圖 測(cè)量項(xiàng)目與方法（一）鎖相環(huán)自由振蕩頻率f0的測(cè)量調(diào)節(jié)自由振蕩頻率的微調(diào)電位器R8至適中位置，令鎖相調(diào)頻的高低頻輸入端對(duì)地短接，測(cè)量TP7（即U2的9腳）直流電壓（，近似電源電壓的1/2），用示波器觀察鎖相環(huán)的輸出。記錄波形性質(zhì)、頻率和幅度于表91中 觀察相位比較器輸出端（U2的2腳）的波形，并記錄于表92中。 觀察（TP6）鑒相器輸出預(yù)積分波形，并記錄于表93中。 觀察壓控振蕩器輸入控制端（即加法器輸出端TP7）的波形，并記錄于94中。（二）．鎖定的判斷短接K1 12和K2 23，將函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出的方波信號(hào)（，頻率為自振蕩頻率）加到載波輸入端（J1），用20MHz雙蹤示波器同時(shí)觀測(cè)鎖相環(huán)14腳和4腳的波形。若波形穩(wěn)定則表示鎖定。注意：觀察雙蹤波形鎖定時(shí)，應(yīng)保持同頻同步，允許不同相。改變函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)頻率，可發(fā)現(xiàn)在較大范圍內(nèi)鎖相環(huán)均能鎖定。觀察TP2和TP3的波形，并記錄于表95中。鎖定時(shí)，同時(shí)觀測(cè)TP5和TP3(即鎖相環(huán)的2腳和4腳)，會(huì)發(fā)現(xiàn)什么現(xiàn)象？作何解釋？ （三）．測(cè)量同步保持范圍（同步帶）和同步引入范圍（捕捉帶） 令載波輸入端的方波輸入信號(hào)從自振蕩頻率開始緩慢下調(diào)，直至雙蹤波形失步抖動(dòng)（不鎖定），測(cè)得此時(shí)的載波輸入信號(hào)頻率f1。 令輸入信號(hào)從自振頻率緩慢向上調(diào)，直至雙蹤波形失步抖動(dòng)（不鎖定），測(cè)得此時(shí)的輸入信號(hào)頻率f2，即可算得同步保持范圍（同步帶）f2f1。 令輸入信號(hào)頻率從f1以下緩慢向上調(diào)，直至雙蹤波形同步（鎖定），測(cè)得此時(shí)的輸入信號(hào)頻率f3。 令輸入信號(hào)頻率從f2以上緩慢向下調(diào)，直至雙蹤波形同步（鎖定），測(cè)得此時(shí)的輸入信號(hào)頻率f4。即可算得同步引入范圍（捕捉帶）f4~f3。 測(cè)量結(jié)果與分析（一）鎖相環(huán)自由振蕩頻率f0的測(cè)量表91TP3鎖 相 環(huán)自由振蕩波形性質(zhì)（波形）頻率（KHz）幅度（Vpp）方波表92TP5鑒相器的輸出波形性質(zhì)（波形）頻率（KHz）幅度（Vpp）相 位方波180表93TP6鑒 相 器輸出預(yù)積分波形性質(zhì)（波形）頻率（KHz）幅度（Vpp）相 位方波180表94TP7鑒 相 器輸出積分波形性質(zhì)（波形）頻率（KHz）幅度（Vpp）相 位三角波180（二） 鎖定的判斷表95性質(zhì)（波形）頻率（KHz）幅度（Vpp）相 位TP2方波0TP3方波90鎖定時(shí)，同時(shí)觀測(cè)TP5和TP3(即鎖相環(huán)的2腳和4腳)，會(huì)發(fā)現(xiàn)什么現(xiàn)象？作何解釋？圖96 TP5和TP3處的波形（三）．測(cè)量同步保持范圍（同步帶）和同步引入范圍（捕捉帶） 測(cè)得此時(shí)的載波輸入信號(hào)頻率f1 = ， 測(cè)得此時(shí)的輸入信號(hào)頻率f2 = ，即可算得同步保持范圍（同步帶）f2f1= ； 測(cè)得此時(shí)的輸入信號(hào)頻率f3 =， 測(cè)得此時(shí)的輸入信號(hào)頻率f4 = ，即可算得同步引入范圍（捕捉帶）f4~f3 =結(jié)果分析：鎖相環(huán)調(diào)頻的原理主要是將低頻調(diào)制信號(hào)加到壓控振蕩器的控制端，使壓控振蕩器的輸出頻率在自由振蕩頻率（中心頻率）fo上下隨調(diào)制信號(hào)而變化，即生成了調(diào)頻波。當(dāng)高頻載波頻率與自由振蕩頻率相近時(shí)，壓控振蕩器的振蕩頻率與載波頻率鎖定。本實(shí)驗(yàn)電路中的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(guò)，它與調(diào)制信號(hào)經(jīng)由加法電路，去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。10 集成鎖相環(huán)鑒頻實(shí)驗(yàn)（FMDEM3） 電路工作原理 調(diào)頻是用反映信息的低頻信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）去控制高頻振蕩的輸出頻率，并使之隨調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律而變化。它的逆過(guò)程稱為頻率解調(diào)也稱為頻率檢波或鑒頻。 本實(shí)驗(yàn)?zāi)K是采用LM4046數(shù)字集成鎖相環(huán)（PLL）來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻與鑒頻。鎖相環(huán)的內(nèi)部電路主要由鑒相器和壓控振蕩器VCO兩部分組成。詳細(xì)內(nèi)容可參考有關(guān)課程的相關(guān)內(nèi)容。實(shí)際線路如圖101所示。基本線路在前面已分析清楚。這里需要進(jìn)一步說(shuō)明的是由于是環(huán)路鎖相，改變?yōu)V波器時(shí)間常數(shù)可改變VCO自由振蕩的頻率。因此，調(diào)節(jié)R4，可改變VCO自由振蕩頻率。當(dāng)改變VCO的CRR2可在較大范圍內(nèi)改變輸出頻率。圖101 集成鎖相環(huán)鑒頻實(shí)驗(yàn)電原理圖 測(cè)量項(xiàng)目與方法（一）鎖相環(huán)自由振蕩頻率f0的測(cè)量調(diào)節(jié)自由振蕩頻率的微調(diào)電位器R4至適中位置，令鎖相調(diào)頻的高低頻輸入端對(duì)地短接，測(cè)量TP4（即U1的9腳）直流電壓，用示波器觀察鎖相環(huán)的輸出(TP2)。并把波形的性質(zhì)、頻率和幅度填入表101中。 觀察相位比較器輸出端（U1的2腳）的波形，并記錄于表102中。觀察U1的9腳的波形，并記錄于表103中。（二）鎖定的判斷將函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出的方波信號(hào)（，頻率為自振蕩頻率）加到FM3的輸入端（J1），連接FM3的TP2和本模塊的TP1，用20MHz雙蹤示波器同時(shí)觀測(cè)TP1和TP2，即鎖相環(huán)14腳和4腳的波形，若波形穩(wěn)定則表示鎖定。注意：觀察雙蹤波形鎖定時(shí)，應(yīng)保持同頻同步，允許不同相。改變函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)頻率，可發(fā)現(xiàn)在較大范圍內(nèi)鎖相環(huán)均能鎖定。鎖定時(shí)觀察TP2和TP3，即鎖相環(huán)2腳和4腳的波形，有何結(jié)論，如何分析？（三）測(cè)量同步保持范圍（同步帶）和同步引入范圍（捕捉帶）觀測(cè)TP1和TP2，改變函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)頻率（載波信號(hào)）。 令載波輸入端的方波輸入信號(hào)從自振蕩頻率開始緩慢下調(diào)，直至雙蹤波形失步抖動(dòng)（不鎖定），測(cè)得此時(shí)的載波輸入信號(hào)頻率f1。 令輸入信號(hào)從自振頻率緩慢向上調(diào)，直至雙蹤波形失步抖動(dòng)（不鎖定），測(cè)得此時(shí)的輸入信號(hào)頻率f2，即可算得同步保持范圍（同步帶）f2f1。 令輸入信號(hào)頻率從f1以下緩慢向上調(diào)，直至雙蹤波形同步（鎖定），測(cè)得此時(shí)的輸入信號(hào)頻率f3。 令輸入信號(hào)頻率從f2以上緩慢向下調(diào)，直至雙蹤波形同步（鎖定），測(cè)得此時(shí)的輸入信號(hào)頻率f4。即可算得同步引入范圍（捕捉帶）f4~f3。 測(cè)量結(jié)果與分析（一）鎖相環(huán)自由振蕩頻率f0的測(cè)量表101TP2鎖 相 環(huán)自由振蕩波形性質(zhì)（波形）頻率（KHz）幅度（Vpp）方波表102TP3鑒相器的輸出波形性質(zhì)（波形）頻率（KHz）幅度（Vpp）相 位方波0表103TP7鑒 相 器輸出積分波形性質(zhì)（波形）頻率（KHz）幅度（Vpp）相 位三角波90（二）鎖定的判斷TP2是TP3的二分頻（三）測(cè)量同步保持范圍（同步帶）和同步引入范圍（捕捉帶）測(cè)得此時(shí)的載波輸入信號(hào)頻率f1 =，測(cè)得此時(shí)的輸入信號(hào)頻率f2 =，即可算得同步保持范圍（同步帶）f2f1 = KHz； 測(cè)得此時(shí)的輸入信號(hào)頻率f3 = KHz，測(cè)得此時(shí)的輸入信號(hào)頻率f4 = KHz，即可算得同步引入范圍（捕捉帶）f4~f3 = KHz。課程設(shè)計(jì)總結(jié)： 通過(guò)本次專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)，我對(duì)調(diào)頻通信系統(tǒng)測(cè)試與設(shè)計(jì)中很多的知識(shí)點(diǎn)有了更深入的了解，不僅在理論上有所鞏固，在實(shí)踐中電路測(cè)試與設(shè)計(jì)能力也逐步加強(qiáng)。通過(guò)對(duì)THEX1型綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的使用，深入了解了通信電路的原理，學(xué)習(xí)了很多關(guān)于其應(yīng)用的理論，在測(cè)試與設(shè)計(jì)中一一得到驗(yàn)證，感覺(jué)其樂(lè)無(wú)窮。 此次課程設(shè)計(jì)激發(fā)了我的創(chuàng)新潛能，讓我逐漸找到自己解決問(wèn)題的方法。每一個(gè)實(shí)驗(yàn)既相對(duì)獨(dú)立又有其相關(guān)性，通過(guò)查閱相關(guān)書籍資料使我在做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中掌握了通信電路的測(cè)試方法和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方法，以及學(xué)習(xí)了構(gòu)造簡(jiǎn)單通信系統(tǒng)的方法。更為重要的是，這次課程設(shè)計(jì)暴露了我一些的問(wèn)題，首先是對(duì)元器件特性掌握不足，使得在測(cè)試時(shí)還要上網(wǎng)查其特性；其次是在試驗(yàn)過(guò)程由于實(shí)驗(yàn)室條件有限，有些實(shí)驗(yàn)步驟沒(méi)有很好的完成，如有關(guān)掃描的實(shí)驗(yàn)。最后就是通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，我發(fā)現(xiàn)自己對(duì)某些實(shí)驗(yàn)的原理和操作不是很熟練，所以在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中浪費(fèi)了很多時(shí)間，走了一些彎路，雖然最后基本完成課設(shè)設(shè)計(jì)，但還是應(yīng)該從中吸取教訓(xùn)。參考文獻(xiàn)[1] 劉泉,《通信電子線路》(第二版).武漢：武漢理工大學(xué)出版社,2005[2] 張厥盛，《鎖相技術(shù)》.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2003.[3] 康華光，《電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分》（第五版）.北京：高等教育出版社，2005.[4] 康華光，《電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分》（第五版）.北京：高等教育出版社，2005.[5] 邱關(guān)源，《電路》（第五版）.北京：高等教育出版社. 2006 [6] 李建東，《移動(dòng)通信》.西安：西安電子科技大學(xué)出版社. 2007[7] Milos D. Ercegovac, TomasLang, Jaime H. Moreno. Introduction To Digital System. John Wiley Son, 1989.專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表姓 名性 別專業(yè)、班級(jí)學(xué) 號(hào)題 目：答辯或質(zhì)疑記錄：成績(jī)?cè)u(píng)定依據(jù)：最終評(píng)定成績(jī)（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評(píng)定） 指導(dǎo)教師簽字： 年 月