实验48模拟锁相环电路的应用.doc

实验4.8 模拟锁相环电路应用 一、实验目的 掌握模拟锁相环的组成及工作原理。 熟悉用集成锁相环构成锁相解调电路。 熟悉用集成锁相环构成锁相倍频电路。 二、实验仪器及材料 高频电子实验箱及实验箱配置的高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。它的基本原理是利用相位误差电压去消除频率误差，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，实现了无频差的频率跟踪和相位跟踪。 锁相环由三部分组成，如图4.8.1所示。 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Vi（t），输出信号为Vo（t）VCO） VCO是控制系统的控制对象。被控参数通常是振荡频率，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，用来检测输出信号VO（t）Vi（t）θe（t）θe（t）Vd（t）Vd（t）Vd（t）LF） 环路滤波器LF为低通滤波电路，其作用是滤除PD的非线性在Vd（t）θe（t）VC（t） 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VO（t）Vi（t）θe（t）Vd（t）t），由VC（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。环路达到相等时的状态称为锁定状态，当然由于控制信号正比于相位差，即 　　　　　　　　Vd（t）∝θe（t）　　　　　　　　　　 （4-8-1） 因此，在锁定状态θe（t）t）与Vi（t）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，使瞬时相位差发生变化，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大固有角频差△ω1m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t=0时环路开始闭合，之前输入信号角频率ωi不等于VCO输出振荡角频率ωyo（控制电压Vc=0），环路处于失锁状态。假定ωi是一定值，二者瞬时角频差△ω1=ωi –ωyo，瞬时相位差△ω1随时间线性增大。鉴相器输出误差电压Ue（t）=kbsinω1t2π/ △ω1的正弦函数，称为正弦差拍电压。差拍电压是指其角频率（△ω1）（ωi与ωyo）△ω1的数值大小不同，环路的工作情况也不同。 若△ω1较小，处于环路滤波器的通频带内，差拍误差电压Ue（t）ωy（t）ωyo上下摆动。由于△ω1较小，VCO输出振荡角频率ωy（t）ωi，环路进入锁定状态。鉴相器是输出相对稳定直流电压的相位差，维持环路动态平衡。 若瞬时角频差△ω1数值较大，差拍电压Ue（t）ωy（t）ωi（t）△ω1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大固有角频差△ω1m′的两倍称为环路的捕捉带。 3、集成锁相环NE564介绍及应用 （1）实验所用的锁相环为NE564（国产型号为L564），是一种工作频率高达50MHz的超高频集成锁相环。 NE564锁相环内部框图和引脚功能如图4.8.2所示。 ①　如图4.8.2（a）所示，A1（LIMITER）2VD=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。Q7，Q8为射极输出差放，以作缓冲，将输出信号送至鉴相器。 　图4.8.2 　锁相环NE564内部方框图和引脚图 ②　鉴相器PD（PHASE COMPARATOR）采用双差分模拟相乘器。由压控振荡器反馈的信号从外部由③脚端输入，另外由②脚端去改变双差分电路的偏置电流，控制鉴相器增益，实现了控制环路增益。 ③　压控振荡器VCO 锁相环NE564的压控振荡器是改进型的射极定时多谐振荡器。主电路由Q21、Q22与Q23、Q24组成。其中Q22、Q23两管的射极通过⑿、⒀脚端外接定时电容Ct、Q21、Q24两管的射极分别经电阻R22、R23接电流源Q25、Q27、Q26也为电流源。Q17、Q18为控制信号输入缓冲级。接通电源时，Q21、Q22与Q23、Q24轮流导通与