实验五锁相环路的实验研究.docxVIP

实验五锁相环路的实验研究一、实验目的1．通过实验深入了解锁相环的工作原理和特点。2．初步掌握锁相环主要参数的测试方法。二、实验原理1．锁相环路的工作原理锁相环路主要由鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)及压控振荡器(VCO)三个基本部件组成，它是一种相位负反馈自动调节系统，允许用外部参考信号去控制环路内部振荡器的频率和相位。如果环路输入信号频率fi与VCO输出信号频率fo之间的起始频差不太大，鉴相器会输出一个误差电压ud，它与环路输入电压Us和输出电压Uo之间的相位差θe有关，经环路滤波器后，Ud中的高频分量被基本滤除，环路滤波器输出一个真正反映相位差θe变化的低频分量Uc，VCO在Uc的控制下，其振荡频率发生变化，并且向着减小环路相位差的方向变化。当环路锁定后，US和Uo之间不存在频差，只存在一个固定的稳态相位差。锁相环路对信号相位的传递具有低通滤波特性，其通带与环路滤波器参数有关。环路滤波器的带宽直接影响环路的捕捉性能。锁相环路各部件的传递函数分别为：PD：(2-22)(2-23)LF：(2-24)VCO：(2-25)2．锁相环路主要性能参数及指标的测量在设计锁相环路，特别是根据特定需要设计合理的环路滤波器元件参数前，应该事先知道环路另外两个部件的基本参数，即PD的鉴相灵敏度Kd(v/rad)和VCO的压控灵敏度Ko(rad/s.v)。(1)VCO压控灵敏度的测量VCO压控灵敏度的定义为(Hz/V)(2-26)或(rad/s.v)(2-27)(2)环路同步带ΔfH与捕捉带Δfp的测量①同步带测量：首先调节信号源输出频率(锁相环输入频率fi)，使环路处于良好的锁定状态，即示波器上ui和uo波形不但清晰稳定，而且要尽可能保持很小的相位差。然后，向下缓慢调节fi，直到刚好出现失锁现象时停止调节fi，记下此刻的信号源输出频率值fia，向上调节fi使环路重新锁定；直到再次刚好出现失锁现象时停止调节fi，记下此刻的信号源输出频率值fib，则环路的同步带ΔfH=fia—fib。②捕捉带测量：下调fi使环路首先处于失锁状态，向上缓慢调节fi直到环路刚好入锁，记下此刻的信号源输出频率值fic；然后向上调节fi使环路重新严重失锁后，再缓慢下调fi直至环路刚好入锁，记下此刻的信号源输出频率值fid，则捕捉带Δfp=fid—fic。三、实验内容1．压控振荡器压控灵敏度的测量将开关K1与P4端相连接，调整RW1，用示波器的其中一路DC档观察P4端的电压，使其变容管Cj的反偏电压在0~10V内变化。用另一路AC档监测P5端压控振荡器的输出波形，同时观察示波器上VCO振荡频率的变化。采用逐点描迹法测量，至少有10个以上测量点，描绘出压控特性曲线并计算出压控灵敏度K0。uc（V）f0（kHz）K012345678910uc～f0曲线：2．同步带和捕捉带的测量将开关K1与P3端相连，在P1点输入一个幅度Usm＞200mV，频率取700KHz左右，将双踪示波器两路探头分别接在P1和P5端，按照前边实验原理部分关于ΔfH和ΔfP的测量方法进行测量。记录fia、fib、fic和fid的值。测出同步带和捕捉带的频率范围。fia（kHz）fib（kHz）ΔfH=fib-fia（kHz）fic（kHz）fid（kHz）Δfp=fid-fic（kHz）分析为什么环路的同步带大于捕捉带？3．观察频率牵引时环路滤波器输出的过渡变化波形保持上述条件不变，保持环路起始频差Δf0=fi-f0较小的工作状态，以保证此时环路能处于频率牵引工作状态。双踪示波器探头分别接在P1和P3端，示波器扫描时间(速度)旋钮置于0.1ms/cm左右，观察并记录P3端(环路滤波器输出)上电压的过渡变化波形(叶形波→直流)。过渡变化波形：结果分析：4．观察频率牵引过程中VCO输出的调频波形（选作）条件同上。示波器探头接在P5端上，示波器扫描时间(速度)旋钮置于0.5μs/cm左右，观察并记录P5端(VCO输出)上瞬时电压变化的基本趋势，并示意性绘制该电压时域波形。时域波形：结果分析：5．环路锁定时，观察ui与u0之间的稳态相位差。θeomin（°）θeomax（°）结果分析：6．在同步带范围内，用示波器测量P3端控制电压的电压值。u0=V六、实验报告要求1．在环路频率牵引过程中，鉴相器输出何种电压波形？2．如何用示波器的一路探头判断环路是否处于锁定状态？3．有何心得体会及对实验的改进建议？