检测系统数字化测试技术 教学课件 作者 姚敏第四章 第4章集成锁相环.ppt

2006-9-27 * 4.2 集成锁相环的工作原理 线性放大及整形电路 在CMOS反相器的电压转移特性曲线上有一个线性放大区，只要给反相器的输入、输出端之间并联一只10MΩ左右的负反馈电阻RF,即可将反相器的工作点偏置在放大区。 2006-9-27 * 4.2 集成锁相环的工作原理 尽管该放大区很窄，线性度也较差，但其输入阻抗高、功耗低，可对保真度要求不高的模拟信号和脉冲频率信号进行放大。 电压放大器的工作原理 (a) 静态工作点 ; (b) 波形 2006-9-27 * 4.3 CD4046的典型应用 CD4046的典型应用包括组成V／f 转换器、f／V转换器、电机自动稳速电路等。 2006-9-27 * 一、电压／频率（V/f）转换器 单独使用锁相环中的压控振荡器，可构成V／f 转换器。频率连续可调的音频振荡器电路如图所示。将第12脚悬空,取R1=100kΩ，C1=100pF，VDD＝10V时，fmax≈20kHz。 2006-9-27 * 一、电压／频率（V/f）转换器 改变电位器RP1的滑臂位置，使VCO的控制电压Vd从0V连续升到VDD，从第4脚可得到0Hz～20kHz的输出信号。 2006-9-27 * VMOS管V20AT作功率输出级，监听扬声器BL与RP2组成漏极负载，RP2兼作音量调节。将RP1的频率刻度盘用标准频率计校准后，即可作为音频信号发生器使用。 一、电压／频率（V/f）转换器 2006-9-27 * 该电路若去掉RP1，改用敏感元件(如热敏、力敏、气敏元件)和电压比较放大器构成输入级，即为多用途越限报警器。 一、电压／频率（V/f）转换器 2006-9-27 * 由图可见，控制电压Vd除接VCO之外，还经过源跟随器A2从第10脚（DEMo）上获得与输入频率成正比的平均值电压。由此可构成f／V转换器。A2的作用是提高带负载能力，推动灵敏表头。 二、频率／电压（f／V）转换器 2006-9-27 * 模拟式频率计电路如图所示，它用表针指示被测频率的高低。R1由4.7kΩ固定电阻与51kΩ电位器串联而成。R4、R5和C4构成低通滤波器。 二、频率／电压（f／V）转换器 2006-9-27 * R3与表头M串联后作为源跟随器的负载，R3还用于调节表头的满度电流。表头上并联了100μF大电容，用以消除低频时表针的抖动现象。 二、频率／电压（f／V）转换器 2006-9-27 * 国外设计的一种金属探测仪电路如图所示。VT与C1、C2、探头L一起组成振荡器，振荡频率约300kHz。探头采用Φ440mm的线圈（亦可用磁棒线圈代替）。当探头接近埋在地下的金属物体时，金属物体相当于短路环，使L的电感量减小，振荡频率随之升高，表针偏转角度改变。 二、频率／电压（f／V）转换器 2006-9-27 * 表头宜采用零位指示器，零点位于刻度盘中央。该电路仍用于f／V转换器，因使用相位比较器II，故可接受任意占空比的波形。 二、频率／电压（f／V）转换器 2006-9-27 * 利用锁相环可以精确地控制直流电机的转速，使之在最佳转速值上长期稳定地工作。电机自动稳速电路框图如图所示。 三、电机自动稳速电路 2006-9-27 * 图中M表示直流电动机。由磁电（或光电）式传感器发出的转速信号经过放大后，作为输入频率信号f1接相位比较器II的第14脚。 三、电机自动稳速电路 2006-9-27 * 由晶振分频电路获得的基准频率信号f2作比较信号，接第3脚。经过相位比较、滤波和功率放大后得到电压E，作为直流电机的电源电压。E的高低就决定了电机转速的快慢。该电路有两个特点： 三、电机自动稳速电路 2006-9-27 * 第一，用电机来代替压控振荡器，Vd不是控制VCO的振荡频率，而是控制电机转动频率f1，亦即控制电机转速。电路仍属闭环系统。根据锁相原理，当f1= f2时环路入锁，此时电机转速的稳定性与基准频率的稳定性相同。 第二，如果连续改变f2值，即可实现电机调速。 三、电机自动稳速电路 2006-9-27 * 锁相环的一个重要用途就是进行频率合成。所谓频率合成是指将任一给定的基准频率（通常是由石英晶体振荡器产生的高稳定度基准频率）变换成一系列新的频率信号f1，f2，…，fn；而这些新频率的稳定度与基准频率相当。 4.4 频率合成器 2006-9-27 * 例如，基准频率的稳定度为10-8，那么所产生的一系列新频率的稳定度也是10-8。尤其对于倍频，这是用其他方法所难以实现的。把计数器插在VCO的输出端与相位比较器II之间作分频器使用（÷N）可对输入频率进行准确的倍频。 4.4 频率合成器 2006-9-27 * 可编程倍频原理如图所示。设晶振频率为fo，经过固定分频电路得到基准