实验48模拟锁相环电路的应用

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1、实验4.8模拟锁相环电路应用一、实验目的1、掌握模拟锁相环的组成及工作原理。2、熟悉用集成锁相环构成锁相解调屯路。3、熟悉用集成锁相环构成锁相倍频屯路。二、实验仪器及材料W频电子实验筘及实验箱配置的M频信号源和低频信号源、双踪示波器、频率特性扫频仪(选项)、数字万用表、常用工具。三、锁相环路的基本原理1、锁相环路的®木组成锁相环是一种以消除频率误差为FI的的反馈控制电路。它的®木原理是利川相位误差电压去消除频率误差，当电路达到平衡状态之虽然冇剩余相位误差存在，但频率误差讨以降低到零，实现了无频差的频率跟踪

2、和相位跟踪。锁相环由三部分组成，如阁4.8.1所示。图4.8.1锁相坏组成方框图锁相环有控振荡器(VCO)、鉴相器(PD)和环路滤波器(LF)三个基本部件，三者组成一个闭合环路，输入信号为K(t)，输出信号为r。(t),由输出反馈至输入端。三个基本部件的功能为(1)压控振荡器(VCO)VCO是控制系统的控制对象。被控参数通常足振荡频率，控制信号是加在VCO上的电压，称为压控振荡器，就是电压-频率变换器。实际上还有电流-频率变换器，习惯上称为压控振荡器。(2)鉴相器(PD)PD是相位比较装置，用来检测输出信

3、号(t)与输入信号c(t)之间的相位差oe(t),并把久(t)转化为电压(t)输!II，(t)称为误差屯压。通常rd(t)为直流景或低频交流景。(3)环路滤波器(LF)环路滤波器LF为低通滤波电路，K作用是滤除PD的非线性在rd(t)屮产生的无用的组合频率分量及十扰，产生一个只反映艮(t)大小的控制信号(t)。按照反馈控制原理，如果由于某种原因使VCO的频率发卞变化使得与输入频率不相等，这必将使(t)与Ki(t)的相位差艮(t)发生变化。该相位差经过PD转换成误差电压Kd(t),误差屯压经过LF滤波后得到

4、☆(t),由(t)去改变VCO的振荡频率趋于输入信号的频率，使之达到相等。环路达到相等吋的状态称为锁定状态，当然由于控制信兮正比于相位差，即Kd(t)^3e(t)(4-8-1)因此，在锁定状态久(t)不可能为零。换言之，在锁定状态(t)与h(t)仍存在相位差。2、锁相环路的两种调节过程锁相环路冇两种不同的自动调节过程：一是跟踪过程，二是捕捉过程。(1)环路的跟踪过程在环路锁定之后，若输入信号频率发生变化，产生了瞬时频差，使瞬时相位差发牛.变化，环路将及吋调节误差电压去控制VCO,使VCO输出信号频率随之变

5、化，即产生新的控制频差，VCO输出频率及时跟踪输入信兮频率。当控制频差等于固冇频差时，瞬吋频差再次为零，继续维持锁定，这一过程为跟踪过程。在锁定之后能够继续维持锁定所允许的最人固奋角频差的两倍称为跟踪带或同步带。(2)环路的捕捉过程环路由失锁状态进入锁定状态的过程称为捕捉过程。设户0时环路开始闭合，之前输入信兮角频率叫不等于VCO输出振荡角频率⑺y。(控制电压K=0),环路处亍失锁状态。假定叫是一定值，二者瞬时角频差△叫=叫-⑺y。,瞬吋相位差△叫随时间线性增大。鉴相器输岀误差电压(4々加是一个周期为27

6、t/丨的正弦阑数，称为正弦差拍电压。差拍电压是指其角频率(△⑺1)为两个角频率(叫与⑺y。)的差值，角频差△叫的数值大小不同，环路的工作情况也不同。若△叫较小，处于环路滤波器的通频带内，差拍误差电压％(t)能顺利通过环路滤波器加到VCO上，來控制VCO的振荡频率，使其随卷差拍电压的变化。所以，VCO输出是一个调频波，即eoy(t)将在⑺y。上下摆动。由于△叫较小，VCO输出振荡角频率％(t)很容易摆动到叫，环路进入锁定状态。鉴相器是输Hi相对稳定直流电压的相位差，维持环路动态衡。苦瞬时角频差八叫数值较大，

7、差扪电压67e(t)的频率就较高。它的幅度在经过环路滤波器吋受到衰减。这样，VCO的输出振荡角频率⑺y(t)上下摆动的范围将减小，所以耑要多次摆动才能接近输入角频率叫(t),即捕捉过柷耑要许多个差拍周期才能完成。因此，捕捉时间较长，若△叫太大，将无法捕捉到，环路一直处于失锁状态。由失锁进入锁定所允许的最人固奋角频差AMm的两倍称为环路的捕捉带。3、集成锁相环NE564介绍及应川(1)实验所用的锁相环为NE564(国产型号为L564),是一种丄作频率高达50MHz的超高频集成锁相环。NE564锁相环内部框图

8、和引脚功能如图4.8.2所示。①如图4.8.2(a)所示，為(LIMITER)为限幅放人器。它主要由原理图屮的&〜05,及&组成。组成PNP，NPN互补的共集一共射组合差分放大器，由于&，^负载并联有ft特基二极管£h，队，故其双端输出电压被限幅在2KD=0.3〜0.4v左右。因此，可有效消除FM信号输入时，干扰所产生的寄生调幅。0，込为射极输出差放，以作缓冲，将输出信兮送卒鉴相器(a)内部方框阁+V116TTI^i出增益控制