锁相实验报告

1、实验一 集成压控振荡器构成的频率调制器1.1 实验目的1.进一步了解压控振荡器和用它构成频率调制的原理2.掌握集成电路频率调制器的工作原理。1.2 预习要求1.查阅有关集成电路压控振荡器资料。2.认真阅读指导书，了解566(VCO的单片集成电路)的内部电路及原理。3.搞清566外接元件的作用。4、弄懂实验原理与实验步骤。5、写好预习报告。1.3 实验仪器设备1. 双踪示波器，60MHz，1台，可用一般示波器。2. 频率计，测量范围10MHz，分辨率1Hz，1台（也可使用示波器）。3. 高频信号发生器，60MHz，1台。4. 电容表，测量范围10pF1F。5. 万用表，MF-47或其他，1块（也

2、可使用示波器）。6. 实验电路板及相应元器件，按电路图配置，1套。1.4 实验原理图15.6.1 NE566VCO原理电路图1、566(VCO的单片集成电路)的电路组成及工作原理566采用的是积分施密特触发器型的压控振荡器，其原理电路如图15.6.1所示，电路由恒流源控制电路(IO)、积分器(T1、T 2、T3、D1、D2、CT) 和施密特触发器三部分组成。施密特触发器的输入输出信号关系如图15.6.2所示。图15.6.2 施密特触发器电压响应施密特触发器的正向触发电平定义为USP，反向触发电平定义为USM，当电容CT充电使其电压上升至USP，此时施密特触发器翻转，输出为高电平，从而使内部的控

3、制电压形成电路的输出电压，该电压u0为高电平；当电容CT放电时，其电压下降，降至USM时施密特触发器再次翻转，输出为低电平从而使u0也变为低电平。用u0的高、低电平控制三极管T3的通断，也控制了二极管D1、D2即S1和S2两开关的）闭合与断图15.6.3 VCO的波形开。u0为低电平时T3截止，T1、T2也截止，二极管D1截止，D2加正端高电位，负极低电位导通，这时I0全部给电容CT充电，使电容上的电位上升，由于I0为恒流源，电容电位线性斜升，升至USP时u0跳变为高电平，u0高电平时控制T3、T1、T2导通，T1的集电极为低电位，T2的集电极也是充放电电容电位为高电位，此时D1导通，D2截止

4、，恒流源I0全部流经D1、T1到T3入地，因T2与T1同时导通，当两管参数对称时，IB1=IB2，IC1=IC2=I0，T2的电流由CT放电电流提供，因此电容电位线性斜降，降至USM时u0跳变为低电平，如此周而复始循环下去。积分电容CT以恒流充放电，故uC为对称的三角波电压，uO输出占空比为50的方波。uC及u0波形如图15.6.3。控制电压uC控制恒流源IO，可以调节充放电电流I0的大小，也就控制了电容的充放电速度，从而改变了振荡信号的频率，达到电压控制频率的目的。VCO的输出频率与控制电压之间的关系可用最典型的调频表达式表示，其中0为载波频率，由一直流电压uC0控制，kf为调制灵敏度。2、

5、566芯片566芯片的框图及引脚排列如图15.6.4，框图中幅度鉴别器功能由施密特触发器完成。控制电压uC从5端输入。566输出的方波及三角波的载波频率(或称中心频率)可用外加电阻R和外加电容C来确定。图15.6.4 566(VCO)的框图及管脚排列其中： R为时基电阻，R连在正电源到6端之间，调节其大小可以改变在相同的控制电压u5情况下恒流源电流的大小。C为时基电容u8 是566管脚至地的电压，它是电压的工作电源电压。u5 是566管脚至地的电压。566芯片的内部实际电路如图15.6.5所示图15.6.5 566(VCO)的内部实际电路3、实验电路说明实验电路见图15.6.6，第7脚对负电源

6、接振荡定时电容C1，第6脚接一可调电阻（R3RW1）到正电源，它与第5脚的控制电压一起确定恒流源I0的大小。三者共同决定输出信号的频率f0图15.6.6 566构成的调频器1.5 实验内容1.观察R、C1对频率的影响(其中R=R3+RW1)。按图15.6.6接线，将C1接入566管脚，RW2及C2接至566管脚；接通电源(5V)。调RW2使U5=3.5V，将频率计接至566管脚，改变RW1观察方波输出信号频率，记录当R为最大和最小值时的输出频率。当R分别为Rmax和Rmin及C1=2200pF时，计算这二种情况下的频率，并与实际测量值进行比较。用双踪示波器观察并记录R=Rmin时方波及三角波的

7、输出波形。实验结果：R值RmaxRmin频率f(kHz)计算值34.0945.45测量值28.9237.33R为最小值时的方波输出波形：R为最小值时的三角波输出波形：2.观察输入电压对输出频率的影响，并计算VCO的调制灵敏度。直流电压控制：先调RW1至最大，然后改变RW2调整输入电压，测当U5在2.2V4.2V变化时输出频率f的变化，U5按0.2V递增。将测得的结果填入表15.6.1。并计算K0的平均值。实验结果：表15.6.1 566构成的调频器实验记录表U5(V)2.22.42.62.833.23.43.63.844.2f(kHz)61.057.954.249.844.839.332.92

8、6.820.915.88.20K0（计算）27.2324.1720.8617.9514.9312.079.787.565.043.641.483、观察VCO的调频图15.6.7 输入电路仍将R设置为最大，断开脚所接C2，RW2，将图15.6.7(即：输入信号电路)的输出OUT接至图15.6.6中566的脚。(1) 将函数发生器的正弦波调制信号u(输入的调制信号)置为f=5kHz、UP-P=1V，然后接至图15.6.7电路的IN端。用双踪示波器同时观察输入信号u和566管脚的调频(FM)方波输出信号，观察并记录输入信号的电压变化时，输出信号波形的频率变化。注意：输入信号u的UP-P不要大于1.3

9、V。实验结果：(2) 调制信号改用方波信号u，使其频率fm=1kHz，UP-P=1V，用双踪示波器观察并记录u和566管脚的调频(FM)方波输出信号。实验结果：实验二 集成电路锁相环(PLL)构成的频率解调器2.1 实验目的1.了解用锁相环构成调频波的解调原理。2.学习掌握集成电路频率调制器/解调器系统的工作原理。2.2 预习要求1.查阅有关锁相环内部结构及工作原理。2.弄清锁相环集成电路NE565的内部电路组成，及其与外部元器件之间的关系。3、弄懂实验原理与实验步骤。4、写好预习报告。2.3 实验原理1、锁相环工作的基本原理图15.7.1 锁相环的组成框图锁相环的一个相位负反馈控制系统，其组

10、成框图如图15.7.1，由鉴相器，环路滤波器和压控振荡器组成，鉴相器将输入输出信号的相位进行比较，产生一差拍波，经环路滤波器滤除高频分量后，去控制压控振荡器的输出频率和相位。锁相环路的输入输出相位关系可以用动态方程描述，动态方程如下，其中为环路的瞬时相差，为输入信号以VCO的载波相位为参考时的相位。在环路锁定时，输入输出信号的频率相等，瞬时相位差在一个有限值的范围内变化，如果是输入固定频率信号，则相位差为一常量，即这时输出信号相位跟踪输入信号的相位。PLL的闭环频率特性定义为，它呈现低通特性，截止频率为，如果瞬时相位较小时，PLL可近似为一线性系统。2、锁相环的鉴频原理PLL的鉴频原理可以用图

11、15.7.2表示。首先，设有一角频率为、初相位为i的正弦调制信号u(t)，u(t)= Ucos(t+i) ，用它来调制一个角频率等于0的载波，那么可以得到瞬时角频率为i(t)= 0+KtUcos(t+i)= 0+ cos(t+i)的已调波。式中Ktrad/sV为调制器的灵敏度；=KtU为峰值频偏。已调波的瞬时相位，调频波的完整表达式为。图15.7.2 565(PLL)构成的频率解调器将此信号作为锁相环的输入信号，则输入信号的瞬时相位就是调频波的瞬时相位。其次，当此信号加到PLL时，如果环路工作在调制跟踪状态，即调制信号频率小于锁相环的截止频率n，处于PLL闭环低通特性的通带之内时，锁相环的输出

12、相位2(t)将跟踪输入相位1(t)的瞬时变化，即输出相位。对应的输出电压为uo(t)，图15.7.3 565(PLL)的框图及管脚排列这时锁相环路的输出信号是环内压控振荡器的输出电压uo(t)，根据压控振荡器的控制特性，控制电压可写为。现在我们比较一下PLL的VCO的控制信号与FM波调制信号u(t)，可以发现调制两者幅值成比例，相位差了一个相移量ArgH(j)，故可作为u(t)解调输出。3、PLL单片集成电路565图15.7.3为 565(PLL单片集成电路) 的框图及管脚排列，锁相环内部电路由相位鉴别器、压控振荡器、放大器三部分构成，相位鉴别器由模拟乘法器构成，它有二组输入信号，一组为外部管

13、脚、输入信号e1，其频率为f1；另一组为内部压控振荡器产生信号e2，经脚输出，接至脚送到相位鉴别器，其频率为f2，当f1和f2差别很小时，可用频率差代表两信号之间的相位差，即f1-f2的值使相位鉴别器输出一直流电压，该电压经 脚送至 VCO 的输入端，控制VCO，使其输出信号频率f2发生变化，这一过程不断进行，直至f2=f1为止，这时称为锁相环锁定。2.4 实验仪器设备1. 双踪示波器，60MHz，1台，可用一般示波器。2. 频率计，测量范围10MHz，分辨率1Hz，1台（用数字示波器时可以不需频率计）。3. 高频信号发生器，60MHz，带调频输出，1台。4. 实验电路板及相应元器件，按电路图

14、配置，1套。图15.7.4 565组成的解调器实验电路2.5 实验内容实验电路见图15.7.4。1、测量PLL的固有振荡频率环路输入端IN端不接任何信号，用示波器观察VCO输出端信号的波形，并测量输出频率。调RW使其中VCO的输出频率f0(A点：即脚)为50kHz。2、测量PLL的同步带和捕获带在IN端输入一取自信号源来的VPP=1V，频率为5kHz的方波信号，用示波器同时观察输入和输出（A点）的波形，并同时观察两信号的频率。若两信号频率相等，环路锁定，若频率不相等则环路失锁。缓慢加大输入信号频率，密切注视两信号的频率值，当频率从不相等到突然地相等，波形上观察也完全同频（但不一定同相），说明环

15、路已经捕获住了输入信号，记下此频率值f1，再进一步增加输入信号频率，输出频率也同步增加，一直到突然两信号频率不相等，此时环路失锁，记下此频率值f2。同样的方法让输入信号频率从大到小慢慢改变，找到环路的捕获频率点f3和失锁频率点f4。如图15.7.5 PLL的同步带与捕获带。ff3f0f1f2f4图15.7.5 PLL的同步带与捕获带则环路的同步带为。捕获带为。实验结果：f1f2f3f4频率f(kHz)336463.416.1同步带(kHz)23.95捕捉带(kHz)15.23.正弦波解调器先按15.4节的实验内容3(1)的要求获得调频方波输出信号(脚)，要求输入的正弦调制信号u为： UP-P=

16、0.8V，f=1kHz ，然后将其接至565锁相环的IN输入端。用双踪示波器观察并记录566的输入调制信号u和565“B”点的解调输出信号。实验结果：4.方波的解调在3步基础上，将调制信号u改为： UP-P=0.5V，f=1kHz的方波 ，用双踪示波器观察并记录566的输入调制信号u和565“B”点的解调输出信号。注意B点方波上升沿与下降沿的波形形状与幅度。再观察并记录565“OUT”点的解调输出信号，比较“B”点与“OUT”点信号的波形。实验结果：实验总结在本次试验中我学到一些比较新鲜的东西，因为在做此实验之前，由于我没有好好的去预习实验内容和教科书上相关的知识点，从而影响了在做整个实验的时

17、候思路的连贯性。但是我一边在做实验的时候，一边向旁边的同学请教，同时还请教老师一些现在想起来非常幼稚的问题，但是有些东西不问自己就永远不知道当时的迷惑，所以现在想起来，当时问的问题还是对现在重新来复习相关的知识是有帮助的。此次做实验我了解了了压控振荡器并用它构成频率调制原理和锁相环构成调频波的解调原理，掌握了集成电路频率调制器和解调器的工作原理。然而在做完实验之后我重新复习书上相关的知识点时，感觉复习起来有一种非常熟悉的感觉，可以说是一种实践操作之后再回顾书上的东西时，学起东西来非常轻松，这对于我们工科专业学生来说，实践与理论相结合是学习的良好方法，动起手来比我们在这里干瘪瘪的学知识点有趣多了

18、。 在做实验的时候，一开始我们并不知道该怎么去进行实验，虽然有实验指导书的指导，但是我们仍然是一头雾水。好不容易在老师的帮助下终于步入了正轨，但是又有着各种各样的问题是不是的蹦出来，让我们尝尽了苦头。在做第一个实验的时候，由于没有认真预习，导致根本不知道做出来的实验结果是不是正确的，根本不能确定。在观察了其他同学的内容后，才知道自己的错得一塌糊涂。然而这虽然让我们感到了挫败感却并不能让我们屈服，终于在自身的努力和他人的帮助下我们取得了成功。让我印象特别深的是在第二个实验的时候，由于自身的努力和进步，我们很快就做到了最后一步，但是就是这个最后一步硬是深深的卡住了我们的步伐，在我们按照指导书一遍又一遍的排错，硬是找不出问题的所在，在观看了其他成功的同学的情况下依然难以发现问题的所在。最后看着同学们一个