实验六调频与解调实验

1、锁相环应用实验锁相环应用实验压控振荡器调频（压控振荡器调频（FM）锁相环（锁相环（PLL） FM解调解调武汉理工大学信息工程学院 实实 验验 六六一、一、实验目的实验目的4 4掌握用掌握用LM565LM565实现频率解调的原理及其应实现频率解调的原理及其应用。用。1. 1. 熟悉单片熟悉单片VCOVCO集成电路集成电路 LM566LM566的组成和应用。的组成和应用。2 2掌握掌握LM566LM566（VCOVCO）实现频率调制（）实现频率调制（FMFM）的）的原理和应用。原理和应用。3 3熟悉单片熟悉单片PLLPLL集成电路集成电路LM565LM565的组成和应用。的组成和应用。二、实验内容

2、与要求 用集成压控振荡器实现频率调制、用集成锁相环实现调频信用集成压控振荡器实现频率调制、用集成锁相环实现调频信号的解调，具体要求是：号的解调，具体要求是： 频率调制频率调制FMFM电路技术指标：电路技术指标： 载波频率：载波频率：50KHZ-100KHZ50KHZ-100KHZ 调制频率：调制频率：1KHZ-3KHZ1KHZ-3KHZ（信号发生器提供）（信号发生器提供） 最大频偏：最大频偏：fmfm20KHZ20KHZ 输出电压幅度：输出电压幅度：0.5Vp-p0.5Vp-p 电源电压：电源电压：5V5V 调频信号的解调器技术指标：调频信号的解调器技术指标：载波频率：载波频率：50KHZ-1

3、00KHZ50KHZ-100KHZ解调输出信号幅度解调输出信号幅度1Vp-p1Vp-pLM566LM566的构成的构成 LM566 LM566 是一种积分是一种积分- -施密特触发型的单片集成施密特触发型的单片集成VCO VCO 电路，为双列直插电路，为双列直插8 8引引脚集成电路芯片，其管脚排列图脚集成电路芯片，其管脚排列图1 1。各引脚功能分别是：。各引脚功能分别是： 脚接负电源脚接负电源（或地）（或地） 脚悬空脚悬空 脚输脚输出方波出方波 脚输脚输出三角出三角波波 脚脚VCOVCO控制电压控制电压 脚接定时脚接定时电阻电阻RTRT 脚接定时脚接定时电容电容CTCT脚接正脚接正电源电源 L

4、M566 LM566 单片集成单片集成VCO VCO 的内部电路框图如图所示。的内部电路框图如图所示。 由由566566的内部电路可知，的内部电路可知，LM566LM566主要有电流转换器、幅主要有电流转换器、幅度鉴别器（实际为施密特触度鉴别器（实际为施密特触发器）和控制电压形成电路发器）和控制电压形成电路三部分构成。三部分构成。工作过程：工作过程：电源接通后，电源接通后，VCCVCC经由经由 RTRT、恒流源恒流源 I0I0与与S1S1（此时（此时 S1S1接通、接通、S2S2断开）对断开）对 CTCT形形成恒流的充电回路。电容成恒流的充电回路。电容 CTCT上电压上电压 V7V7线性上升，

5、线性上升，控制电压形成电路输出控制电压形成电路输出 VoVo为低电平。为低电平。 当当 V7V7达到达到VSPVSP（正向触发电平）（正向触发电平）时，幅度鉴别器翻转，使控制电压形成电路输出时，幅度鉴别器翻转，使控制电压形成电路输出VoVo转换为高电平，使转换为高电平，使S1S1断开、断开、S2S2接通，恒流源的接通，恒流源的I0I0全部流入全部流入A A支路，即支路，即 I6=I0I6=I0。由于电。由于电流转发器的特点，使得流转发器的特点，使得 I7=I6I7=I6，因而，因而 I7=I0I7=I0，该电流由，该电流由CTCT提供。于是电容提供。于是电容 CTCT经由电流经由电流转发器而放

6、电，转发器而放电，V7V7线性下降，线性下降， VoVo保持高电平不变。保持高电平不变。当当 V7V7达到达到VSMVSM（反向触发电平）（反向触发电平）时，又时，又引起幅度鉴别器翻转，使引起幅度鉴别器翻转，使VoVo转换为低电转换为低电平，引起开关平，引起开关S1S1接通、接通、S2S2断开，重新对断开，重新对CTCT充电充电放电放电从而形成振荡。从而形成振荡。 由于由于VCOVCO的工作过程是用输入电压的工作过程是用输入电压控制输出频率，因而其本质就是一个控制输出频率，因而其本质就是一个调频器。改变定时元件调频器。改变定时元件 RTRT、CTCT可改变可改变载波频率，其频率表达式为载波频率

7、，其频率表达式为：V5V5、V8V8是是 566 566 管脚管脚、的对地电压的对地电压)()(2858HZVCRVVfTT由由LM566 LM566 组成的频率调制器实际电路构成如图所示。组成的频率调制器实际电路构成如图所示。实验电路采用了实验电路采用了+5V+5V、5V 5V 直流电直流电源，分别接到源，分别接到脚、脚、脚上。脚上。C1C1是定是定时电容，由开关时电容，由开关K4 K4 控制其接入与否。控制其接入与否。R3R3与与W1W1一起组成了定时电阻，调节一起组成了定时电阻，调节W1W1可改变定时电阻的数值。输入（可改变定时电阻的数值。输入（脚）脚）有两种工作方式：一是静态工作（开有

8、两种工作方式：一是静态工作（开关关K3 K3 接通，接通，K2 K2 断开），由断开），由脚输入脚输入直流电压，输出为未调载波；调节直流电压，输出为未调载波；调节W2 W2 可改变载波频率（周期）。二是动态可改变载波频率（周期）。二是动态工作（开关工作（开关K1K1、K2 K2 接通，接通，K3 K3 断开），断开），从从ININ端输入的调制信号，再与端输入的调制信号，再与R6 R6 上上分得的直流电压相叠加，一起加入到分得的直流电压相叠加，一起加入到脚上，从而输出为已调波。根据需脚上，从而输出为已调波。根据需要，可在要，可在OUT1 OUT1 端输出方波，端输出方波，OUT2 OUT2 端端

9、输出三角波，因而本实验输出的是调输出三角波，因而本实验输出的是调频非正弦波。频非正弦波。LM566 LM566 组成的频率调制器电路组成的频率调制器电路 LM565LM565的简介的简介 LM565LM565是一块工作频率低于是一块工作频率低于1MHz1MHz的通用单片集成锁相环路，其封装与引的通用单片集成锁相环路，其封装与引脚如图所示。它为双列直插脚如图所示。它为双列直插1414脚集成电路。各脚功能分别是：脚集成电路。各脚功能分别是： 1234567891011121314负电源信号输入信号输入VCO输出反馈输入参考电压解调输出定时电阻定时电容正电源NCNCNCNCLM565CNLM565L

10、M565工作频率范围为工作频率范围为0.001Hz500KHz0.001Hz500KHz，电，电源电压为源电压为5512V12V，鉴频失真低于，鉴频失真低于0.2%0.2%，最大锁定范围为最大锁定范围为60%60%，输入电阻为，输入电阻为10K10K，典，典型工作电流为型工作电流为8mA8mA。主要用于。主要用于FSKFSK解调、单音解调、单音解码、宽带解码、宽带FMFM解调、数据同步、倍频与分频解调、数据同步、倍频与分频等方面等方面 负 电 源信 号 输 入信 号 输 入VCO输 出反 馈 输 入参 考 电 压解 调 输 出定 时 电 阻定 时 电 容正 电 源R鉴 相 器放 大 器压 控

11、振 荡 器12345678910RCVCC-VCCVCCCTTLM565LM565的简介的简介 LM 565 LM 565 其内部电路组成框图与典型外部连接如图所示。由图可见，它包其内部电路组成框图与典型外部连接如图所示。由图可见，它包括鉴相器（括鉴相器（PDPD）、放大器（）、放大器（A A）和压控振荡器（）和压控振荡器（VCOVCO）三个部分。）三个部分。 鉴相器为双鉴相器为双平衡模拟相平衡模拟相乘电路乘电路 鉴相器有两路输入：一路是外加的鉴相器有两路输入：一路是外加的FM/RF FM/RF 差分输入（差分输入（、脚），另一路来自于脚），另一路来自于VCO VCO 输输出（出（脚）经由脚）

12、经由脚加入脚加入PD PD 。通常，它可直接把两者分开，目的是便于插入分频器，以用于。通常，它可直接把两者分开，目的是便于插入分频器，以用于频率合成器。本实验中可将频率合成器。本实验中可将、两脚短接。两脚短接。 鉴相器输出加到放大器（鉴相器输出加到放大器（A A）上，放大器的集电极负载）上，放大器的集电极负载R R（典型值为（典型值为3.6kO3.6kO）与）与脚的外接脚的外接点容点容C C 一起组成了环路滤波器。一起组成了环路滤波器。 接到接到、脚的定时电阻脚的定时电阻RTRT、定时电容、定时电容CTCT则决定了则决定了VCO VCO 的输出振荡频率。的输出振荡频率。脚提供一个脚提供一个基准

13、电压输出。正电源接到基准电压输出。正电源接到脚，负电源接到脚，负电源接到脚，脚，脚皆为空脚。脚皆为空脚。 由于锁相环系统中的中心频率由于锁相环系统中的中心频率f0f0等于调频信号的载频，这样会引起压控振荡器等于调频信号的载频，这样会引起压控振荡器输出与输入信号间产生不同的相位差，从而在压控振荡器输入端产生与输入信号频输出与输入信号间产生不同的相位差，从而在压控振荡器输入端产生与输入信号频率变化相应的电压变化，这个变化电压即为锁相环的解调输出信号，率变化相应的电压变化，这个变化电压即为锁相环的解调输出信号，所以说调制跟所以说调制跟踪的锁相环路本身就是一个调频解调器，踪的锁相环路本身就是一个调频解

14、调器，即即从压控振荡器输入端得到解调输出。从压控振荡器输入端得到解调输出。 压控振荡器为积分压控振荡器为积分- -斯斯密特电路，与密特电路，与LM 566 LM 566 完全一致对完全一致对LM565LM565而言，而言，压控振荡器振荡频率可压控振荡器振荡频率可近似表示为：近似表示为： TTCRf42 . 1LM565 LM565 组成的频率解调器电路组成的频率解调器电路 LM565 LM565 组成的频率解组成的频率解调器实际电路如图所示。调器实际电路如图所示。9 9脚接脚接C7C7是定时电容，是定时电容，8 8脚外脚外接接R6+W1R6+W1 是定时电阻。是定时电阻。LM311 LM311

15、 是一个电压比较器，是一个电压比较器，用来把用来把LM565 LM565 的的脚输出脚输出的三角波变换为方波。为的三角波变换为方波。为此，把此，把LM 565 LM 565 的的脚输出脚输出加到加到LM311LM311的一个输入端的一个输入端（脚）上，又把脚）上，又把LM565 LM565 的的脚输出的基准电压加脚输出的基准电压加到到LM311LM311的另一输入端（的另一输入端（脚）上（用作比较电平），脚）上（用作比较电平），便可在便可在LM311LM311输出端（输出端（OUTOUT）得到已解调的方波信号。得到已解调的方波信号。调节调节W1 W1 可改变可改变LM311LM311的比的比较

16、电平，从而可调节较电平，从而可调节OUT OUT 端输出方波的占空比。端输出方波的占空比。实实验验准准备备 LM566调频实验调频实验1.1.压控振荡器自由振荡频率计算与测定压控振荡器自由振荡频率计算与测定: :选定实验电路模块并选定实验电路模块并连接连接5V5V电源电源将调频器单元的将调频器单元的C1C1、C2C2与与RP2RP2用导线连通，用导线连通，”CH1“CH1“探头检测输出探头检测输出OUT1OUT1端口端口将定时电阻将定时电阻RP1RP1调至最小：记录此时振荡频率调至最小：记录此时振荡频率f= KHZ f= KHZ 幅度幅度= =将定时电阻将定时电阻RP1RP1调至最大：记录此时

17、振荡频率调至最大：记录此时振荡频率f= KHZ f= KHZ 幅度幅度= = 已知条件已知条件:V8=5V V5=3.5V C=2200Pf R=R3+W1:V8=5V V5=3.5V C=2200Pf R=R3+W1(R3=2K W1=1K(R3=2K W1=1K) )。请。请算出最小与最大时，算出最小与最大时，VCOVCO的振荡频率分别为：最小时的振荡频率分别为：最小时f= KHZf= KHZ 最大时最大时f= KHZf= KHZ)()(2858HZVCRVVfTTA.A.压控振荡器自由振荡频率的计算压控振荡器自由振荡频率的计算B.B.压控振荡器自由振荡频率的测量压控振荡器自由振荡频率的测

18、量调整调整RP2电位器使电位器使V5=3.5V 。 LM566调频实验调频实验2.LM5662.LM566的直流调制特性的直流调制特性: : 测试条件同上测试条件同上: :即即C1C1、C2C2、Rp2Rp2分别接入电路。分别接入电路。 但此时应将但此时应将RP1RP1调最大调最大. . 按表所列数据调按表所列数据调RP2RP2，改变控制电压，分别记录所得数据。，改变控制电压，分别记录所得数据。结论说明：结论说明：LM566调频实验调频实验3 3调频波的产生与时域波形测量调频波的产生与时域波形测量调制信号：正弦波，调制信号：正弦波，f = 1kHzf = 1kHz、V = 0.5-1V V =

19、 0.5-1V ，加入调制，加入调制输入电路的输入电路的“IN”IN”端口，其输出端口，其输出“OUT”OUT”端口接入端口接入“V5”V5”控制端。控制端。C C：将函数发生器输出改为方波（频率：将函数发生器输出改为方波（频率f = 1kHzf = 1kHz、Vp-p = 1VVp-p = 1V）作为调制）作为调制信号，用双踪示波器再作调频波信号，用双踪示波器再作调频波FMFM（OUT1OUT1与与OUT2OUT2）的观察和记录。）的观察和记录。A A：观察并记录此时调频器输出的：观察并记录此时调频器输出的FMFM调频信号；（调频信号；（OUT1OUT1）端。）端。实实验验准准备备 断开断开

20、C2C2、RP2RP2，并将调制信号输入电路接入，并将调制信号输入电路接入+5+5电源。电源。 测量并记录控制电压测量并记录控制电压V5= VV5= V，并调节，并调节RP1RP1（反时针到（反时针到底），记录底），记录VCOVCO振荡输出频率振荡输出频率= KHZ = KHZ 。B B：观察并记录此时调频器输出的：观察并记录此时调频器输出的FMFM调频信号：（调频信号：（OUT2OUT2）端）端实验内容与数据记录实验内容与数据记录LM566调频实验调频实验条件：保持以上的基本设置不变。条件：保持以上的基本设置不变。A A：将函数发生器输出的正弦波（频率：将函数发生器输出的正弦波（频率f =

21、1kHzf = 1kHz、Vp-p = 0.5-1VVp-p = 0.5-1V）作为）作为调制信号。调制信号。B B ：观察并记录此时调频器输出的时域调频方波信号（：观察并记录此时调频器输出的时域调频方波信号（OUT1 OUT1 端）。端）。4 4调频波的频域波形测量调频波的频域波形测量C C：在示波器观测到时域调制信号的前提下，操作示波器做：在示波器观测到时域调制信号的前提下，操作示波器做“频谱仪频谱仪”。记录观测到的记录观测到的FMFM波的频域波形，根据实际测量结果，比较波的频域波形，根据实际测量结果，比较FMFM波的时域和波的时域和频域特性曲线的差异。频域特性曲线的差异。按压：主菜单按压

22、：主菜单示波示波器操器操作作 选：选：FFT功能功能选：信源选：信源用用 TDS1002 TDS1002 数字示波器的数字示波器的 FFT FFT 功能观察调频波频谱特性：功能观察调频波频谱特性： 载波频率设置：先不接调制信号，调整载波频率设置：先不接调制信号，调整 W1 W1 使载波频率为使载波频率为方波方波 40KHz40KHz。然后接入正弦波调制信号（。然后接入正弦波调制信号（f = 1kHzf = 1kHz、Vp-p = Vp-p = 1V1V），观察调频波幅频特性，画出幅频特性曲线。），观察调频波幅频特性，画出幅频特性曲线。 调制信号为正弦波调制信号为正弦波 1KHz,1KHz,载波

23、为三角波载波为三角波0KHz 0KHz 的的 FMFM波幅波幅频特性观察，画出幅频特频特性观察，画出幅频特 性曲线。性曲线。 比较比较和和的幅频特性曲线的差异。的幅频特性曲线的差异。 LM565锁相环芯片解调实验锁相环芯片解调实验1.LM565“VCO”1.LM565“VCO”自由振荡频率自由振荡频率f0f0的测量的测量 在在565 565 鉴频单元的鉴频单元的IN IN 端先不接调制信号，把示波器探头接到端先不接调制信号，把示波器探头接到A A 点，点，便可观察到便可观察到VCO VCO 自激振荡产生的方波，将测试数据记录于表中。自激振荡产生的方波，将测试数据记录于表中。实验准备：实验准备：

24、解调器解调器连接连接5V5V电源电源锁 相 环自由振荡频率（KHz）幅度（Vp-p）性质（波形实验方法与数据记录：实验方法与数据记录：2.2.调制信号为正弦波时的解调调制信号为正弦波时的解调LM565锁相环芯片解调实验锁相环芯片解调实验 把把 566 566 调频单元调频单元 “OUT1”OUT1” 的调频方波信号接入到的调频方波信号接入到565 565 鉴频单元的鉴频单元的“IN”IN”端，用双踪示波器的端，用双踪示波器的 CH1 CH1 观察并记录输入调制信号（观察并记录输入调制信号（566 566 调频单元调频单元 ININ端）；端）；CH2 CH2 观察并记录观察并记录565 565

25、鉴频单元上的鉴频单元上的“A”A” 点波形（调频方波）点波形（调频方波）、“B”B” 点波形（点波形（1kHz 1kHz 正弦波）和解调输出正弦波）和解调输出“OUT”OUT”端端IKCIKC方波波形（需仔细方波波形（需仔细调节调节 565 565 鉴频单元上的鉴频单元上的 W1W1，可观察到，可观察到1kHz 1kHz 方波）。方波）。 先按先按FMFM调制的实验内容获得正调制的实验内容获得正弦调制的调频弦调制的调频FMFM方波：选择方波：选择正弦正弦波，频率波，频率1kHz1kHz，峰，峰- -峰值峰值1V1V，便可在便可在 566 566 调频单元的调频单元的 OUT1 OUT1 端端上获得正弦调制的调频方波信号。上获得正弦调制的调频方波信号。 注：可适当调节注：可适当调节RP1RP1，检测解调性能，检测解调性能LM565锁相环芯