实验八-模拟锁相环应用实验.doc

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1、实验报告实验名称模拟锁相环应用实验成绩姓名马晓恬专业班级电信081实验日期学号指导教师刘富强提交报告日期12.19一、实验目的1、掌握模拟锁相环的组成及工作原理。2、学习用集成锁相环构成锁相解调电路。3、学习用集成锁相环构成锁相倍频电路。二、实验内容1、完成锁相环解调实验，观察输出端解调波形。2、完成锁相环倍频实验，观察输出端波形，并测量其频率。三、实验仪器20MHz双踪模拟示波器一台四、实验原理1、锁相环路的基本组成锁相环是一种以消除频率误差为目的的反馈控制电路，但它的基本原理是利用相位误差电压去消除频率

2、误差，所以当电路达到平衡状态之后，虽然有剩余相位误差存在，但频率误差可以降低到零，从而实现无频差的频率跟踪和相位跟踪。锁相环由三部分组成，如图8-1所示。环路滤波器LF压控振荡器VCO鉴相器PDVi(t)V0(t)Vd(t)Vc(t)图8-1锁相环组成方框图它包含压控振荡器（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，输出信号为，反馈至输入端。下面逐一说明基本部件的作用。（1）压控振荡器（VCO）VCO是本控制系统的控制对象，被控参数通常是其振荡频率，控制信号

3、为加在VCO上的电压，故称为压控振荡器，也就是一个电压一频率变换器，实际上还有一种电流一频率变换器，但习惯上仍称为压控振荡器。（2）鉴相器（PD）PD是一相位比较装置，用来检测输出信号与输入信号之间的相位差，并把转化为电压输出，称为误差电压，通常为一直流量或一低频交流量。（3）环路滤波器（LF）LF为一低通滤波电路，其作用是滤除因PD的非线性而在中产生的无用的组合频率分量及干扰，产生一个只反映大小的控制信号。按照反馈控制原理，如果由于某种原因使VCO的频率发生变化使得与输入频率不相等，这必将使与的相位差，发

4、生变化，该相位差经过PD转换成误差电压，此误差电压经LF滤波后得到，由去改变VCO的振荡频率使趋近于输入信号的频率，最后达到相等。环路达到最后的这种状态就称为锁定状态，当然由于控制信号正比于相位差，即因此在锁定状态，不可能为0，换言之在锁定状态与仍存在相位差。2、锁相环路的两种调节过程锁相环路有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，从而使瞬时相位差发生变化，则环路将及时调节误差电压去控制VCO，使VCO输出信号频率随之

5、变化，即产生新的控制频差，VCO输出频率及时跟踪输入信号频率，当控制频差等于固有频差时，瞬时频差再次为零，继续维持锁定，这就是跟踪过程，在锁定后能够继续维持锁定所允许的最大固有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。设时环路开始闭合，此前输入信号角频率不等于VCO输出振荡角频率（因控制电压），环路处于失锁状态。假定是一定值，二者有一瞬时角频差，瞬时相位差随时间线性增大，因此鉴相器输出误差电压将是一个周期为的正弦函数，称为正弦差拍电压。所谓差拍电压是指

6、其角频率（此处是）为两个角频率（此处是与）的差值，角频差的数值大小不同，环路的工作情况也不同。若较小，处于环路滤波器的通频带内，则差拍误差电压能顺利通过环路滤波器加到VCO上，控制VCO的振荡频率，使其随差拍电压的变化而变化，所以VCO输出是一个调频波，即将在上下摆动。由于较小，所以很容易摆动到，环路进入锁定状态，鉴相器将输出一个与稳态相位差对应的直流电压，维持环路动态平衡。若瞬时角频差数值较大，则差拍电压的频率较高，它的幅度在经过环路滤波器时可能受到一些衰减，这样VCO的输出振荡角频率上下摆动的范围也将减

7、小一些，故需要多次摆动才能靠近输入角频率，即捕捉过程需要许多个差拍周期才能完成，因此捕捉时间较长，若太大，将无法捕捉到，环路一直处于失锁状态。能够由失锁进入锁定所允许的最大固有角频差的两倍称为环路的捕捉带。3、集成锁相环NE564介绍及应用（1）在本实验中，所使用的锁相环为NE564（国产型号为L564）是一种工作频率可高达50MHz的超高频集成锁相环。其内部框图和脚管定义如图8-2。其内部电路原理图如图8-3。ａ、在图8-2（a）中，A1（LIMITER）为限幅放大器，它主要由原理图中的Q1～Q5及Q8，

8、Q7组成。Q1～Q5组成PNP，NPN互补的共集—共射组合差分放大器，由于Q2，Q3负载并联有肖特基二极管D1，D2，故其双端输出电压被限幅在左右。因此可有效消除FM信号输入时，干扰所产生的寄生调幅。Q7，Q8为射极输出差放，以作缓冲，其输出信号送鉴相器。(a)NE564内部框图(b)NE564管脚分布图图8-2锁相环内部框图和引脚图ｂ、鉴相PD（PHASECOMPARATOR）采用普通双差分模拟相乘器，由压控振