实验九-锁相鉴频

实验九锁相鉴频实验一、实验目的掌握锁相环鉴频器工作原理。熟悉鉴频器主要技术指标及其测试方法。二、实验原理及实验电路说明鉴频原理调频波(FM)解调称为频率检波，简称鉴频。

实现调频波解调的方法有很多，常见的方法有：a．斜率鉴频、相位鉴频、比例鉴频，这些鉴频器电路需要大量的电阻电容等元件，电路形式比拟复杂不易于集成；b．移相乘积鉴频、脉冲均值鉴频，这些鉴频器易于集成，但移相乘积鉴频器内部噪声较大，脉冲均值鉴频器线性好、频带宽，但中心频率范围较低；c．锁相环鉴频，它是利用现代锁相技术来实现鉴频的方法，具有工作稳定、失真小、信噪比高等优点，所以被广泛应用在通信电路系统中。实现调频信号解调的鉴频电路可分为三类，第一类是调频--调幅调频变换型。这种类型是先通过线性网络把等幅调频波变换成振幅与调频波瞬时频率成正比的调幅调频波，然后用振幅检波器进行振幅检波。第二类是相移乘法鉴频型。这种类型是将调频波经过移相电路变成调相调频波，其相位的变化正好与调频波瞬时频率的变化成线性关系，然后将调相调频波与原调频波进行相位比拟，通过低通滤波器取出解调信号。因为相位比拟器通常用乘法器组成，所以称为相移乘法鉴频。第三类是脉冲均值型。这种类型是把调频信号通过过零比拟器变换成重复频率与调频信号瞬时频率相同的单极性等幅脉冲序列，然后通过低通滤波器取出脉冲序列的平均值，这就恢复出与瞬时频率变化成正比的信号。鉴频器是一种具有移相鉴频特性的的陶瓷滤波元件，主要用在电视机或录像机的伴音中频放大或解调电路中以及FM调频收音机的鉴频器电路中。它分为平衡型和微分型两种类型，前者用于同步鉴相器作平衡式鉴频解调，后者用于差分峰值鉴频器作差动微分式鉴频解调。德键调频音频窄带型JTCV10.7M系列贴片鉴频器，搭配多种IC应用于FM程序检验，转换频率为有用的音频信号。锁相环的工作原理锁相环包含三个主要的局部:⑴鉴相环(或相位比拟器,记为PD或PC):是完成相位比拟的单元,用来比拟输入信号和基准信号的之间的相位.它的输出电压正比于两个输入信号之相位差.⑵低通滤波器(LPF):是个线性电路,其作用是滤除鉴相器输出电压中的高频分量,起平滑滤波的作用.通常由电阻、电容或电感等组成，有时也包含运算放大器。⑶压控振荡器〔VCO〕：振荡频率受控制电压控制的振荡器，而振荡频率与控制电压之间成线性关系。在PLL中，压控振荡器实际上是把控制电压转换为相位。锁相环为无线电发射中使频率较为稳定的一种方法,主要有VCO(压控振荡器)和PLLIC,压控振荡器给出一个信号,一局部作为输出,另一局部通过分频与PLLIC所产生的本振信号作相位比拟,为了保持频率不变,就要求相位差不发生改变,如果有相位差的变化,那么PLLIC的电压输出端的电压发生变化,去控制VCO,直到相位差恢复!到达锁频的目的!!能使受控振荡器的频率和相位均与输入信号保持确定关系的闭环电子电路。锁相环由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器组成。鉴相器用来鉴别输入信号Ui与输出信号Uo之间的相位差，并输出误差电压Ud。Ud中的噪声和干扰成分被低通性质的环路滤波器滤除，形成压控振荡器〔VCO〕的控制电压Uc。Uc作用于压控振荡器的结果是把它的输出振荡频率fo拉向环路输入信号频率fi，当二者相等时，环路被锁定，称为入锁。维持锁定的直流控制电压由鉴相器提供，因此鉴相器的两个输入信号间留有一定的相位差。

图1为上述三个局部组成PLL的方框图，它的工作过程如下：相位比拟器把输入信号作为标准，将它的频率和相位与从VCO输出端送来的信号进行比拟。如果在它的工作范围内检测出任何相位〔频率〕差，就产生一个误差信号Ve(t)，这个误差信号正比于输入信号和VCO输出信号之间的相位差，通常是以交流分量调制的直流电平。由低通滤波器滤除误差信号中的交流分量，产生信号Vd(t)去控制VCO，强制VCO朝着减小相位/频率误差的方向改变其频率，使输入基准信号和VCO输出信号之间的任何频率或相位差逐渐减小直至为0，这时我们就称环路已被锁定。

如果VCO的输出频率低于输入基准信号的频率，相位比拟器的输出振幅就为正，经滤波后去控制VCO，使其频率增加，直到两个信号的频率和相位精确同步。相反，假设VCO输出频率高于输入基准信号，相位比拟器的输出会下降，使VCO锁定在输入基准信号的频率。图1PLL组成方框图锁相鉴频器的工作原理锁相鉴频器原理框图如图2所示。当输入为调频波时，如果环路滤波器的带宽足够宽，使鉴相器的输出电压可以顺利通过，那么VCO(压控振荡器)就能跟踪输入调频波中反映调制规律变化的瞬时频率，即VCO的输出就是一个具有相同调制规律的调频波。这时环路滤波器输出的控制电压就是所需的调频波解调电压。图2锁相鉴频器原理框图模拟锁相环NE564芯片可用来设计FM解调电路。模拟锁相环NE564芯片的最高工作频率可达50MHz，采用+5V单电源供电，电路设计所使用的元件不多，关键步骤是设置中心频率和如何滤波两个方面。特别适用于高速数字通信中FM信号和FSK(移频键控)信号的调制和解调，且不需外接复杂的滤波器。芯片采用双极性工艺，电路由限幅器、鉴相器、压控振荡器、放大器、直流恢复电路和施密特触发器等六局部组成，内部结构如图3所示。图3NE564内部结构框图NE564的性能特性：图3中，限幅器由差分电路组成，可抑制FM信号的寄生调幅；鉴相器(PD)的内部含有限幅放大器，以提高对AM信号的抗干扰能力：4、5脚外接电容组成环路滤波器，用来滤除比拟器输出的直流误差电压中的纹波；2脚用来改变环路的增益；3脚为VCO的反应输入端；VCO是改良型的射极耦合多谐振荡器，有两个电压输出端，9脚输出TTL电平，11脚输出ECL电平。VCO内部接有固定电阻，只需外接一个定时电容就可产生振荡；施密特触发器的回差电压可通过15脚外接直流电压进行调整，以消除16脚输出信号的相位抖动。NE564的封装图如图4所示。图4NE564封装图实验内容及分析首先鉴定锁相环芯片是否工作在正常状态。由函数信号发生器产生10.7MHz的正弦波输入到锁相环回路中，将扬声器输出端引脚3与输入引脚连接，调节回路可变电容，观察示波器，将频道一连接输入端，频道二连接扬声器输出3引脚由实验箱二极管调频电路产生调频波。先调节电位器及可变电容使LC振荡回路产生10.7MHz的高频载波信号，再从函数信号发生器输入1kHz调制信号，通过二极管调频，产生调频波，使之输入到锁相环输入端。将示波器频道二连接到14引脚，观察输出信号，并总结出锁相环是否到达鉴频检波的作用。解调输