《通信电子线路》实验七调频与解调实验.ppt

锁相环应用实验压控振荡器调频 FM 锁相环 PLL FM解调 武汉理工大学信息工程学院 实验六 4 掌握用LM565实现频率解调的原理及其应用 1 熟悉单片VCO集成电路LM566的组成和应用 2 掌握LM566 VCO 实现频率调制 FM 的原理和应用 3 熟悉单片PLL集成电路LM565的组成和应用 用集成压控振荡器实现频率调制 用集成锁相环实现调频信号的解调 具体要求是 频率调制FM电路技术指标 载波频率 50KHZ 100KHZ调制频率 1KHZ 3KHZ 信号发生器提供 最大频偏 fm 20KHZ输出电压幅度 0 5Vp p电源电压 5V 调频信号的解调器技术指标 载波频率 50KHZ 100KHZ解调输出信号幅度 1Vp p LM566的构成 LM566是一种积分 施密特触发型的单片集成VCO电路 为双列直插8引脚集成电路芯片 其管脚排列图1 各引脚功能分别是 脚接负电源 或地 脚悬空 脚输出方波 脚输出三角波 脚VCO控制电压 脚接定时电阻RT 脚接定时电容CT 脚接正电源 LM566单片集成VCO的内部电路框图如图所示 由566的内部电路可知 LM566主要有电流转换器 幅度鉴别器 实际为施密特触发器 和控制电压形成电路三部分构成 工作过程 电源接通后 VCC经由RT 恒流源I0与S1 此时S1接通 S2断开 对CT形成恒流的充电回路 电容CT上电压V7线性上升 控制电压形成电路输出Vo为低电平 当V7达到VSP 正向触发电平 时 幅度鉴别器翻转 使控制电压形成电路输出Vo转换为高电平 使S1断开 S2接通 恒流源的I0全部流入A支路 即I6 I0 由于电流转发器的特点 使得I7 I6 因而I7 I0 该电流由CT提供 于是电容CT经由电流转发器而放电 V7线性下降 Vo保持高电平不变 当V7达到VSM 反向触发电平 时 又引起幅度鉴别器翻转 使Vo转换为低电平 引起开关S1接通 S2断开 重新对CT充电 放电 从而形成振荡 由于VCO的工作过程是用输入电压控制输出频率 因而其本质就是一个调频器 改变定时元件RT CT可改变载波频率 其频率表达式为 V5 V8是566管脚 的对地电压 由LM566组成的频率调制器实际电路构成如图所示 实验电路采用了 5V 5V直流电源 分别接到 脚 脚上 C1是定时电容 由开关K4控制其接入与否 R3与W1一起组成了定时电阻 调节W1可改变定时电阻的数值 输入 脚 有两种工作方式 一是静态工作 开关K3接通 K2断开 由 脚输入直流电压 输出为未调载波 调节W2可改变载波频率 周期 二是动态工作 开关K1 K2接通 K3断开 从IN端输入的调制信号 再与R6上分得的直流电压相叠加 一起加入到 脚上 从而输出为已调波 根据需要 可在OUT1端输出方波 OUT2端输出三角波 因而本实验输出的是调频非正弦波 LM566组成的频率调制器电路 LM565的简介 LM565是一块工作频率低于1MHz的通用单片集成锁相环路 其封装与引脚如图所示 它为双列直插14脚集成电路 各脚功能分别是 LM565工作频率范围为0 001Hz 500KHz 电源电压为 5 12V 鉴频失真低于0 2 最大锁定范围为 60 输入电阻为10K 典型工作电流为8mA 主要用于FSK解调 单音解码 宽带FM解调 数据同步 倍频与分频等方面 LM565的简介 LM565其内部电路组成框图与典型外部连接如图所示 由图可见 它包括鉴相器 PD 放大器 A 和压控振荡器 VCO 三个部分 鉴相器为双平衡模拟相乘电路 鉴相器有两路输入 一路是外加的FM RF差分输入 脚 另一路来自于VCO输出 脚 经由 脚加入PD 通常 它可直接把两者分开 目的是便于插入分频器 以用于频率合成器 本实验中可将 两脚短接 鉴相器输出加到放大器 A 上 放大器的集电极负载R 典型值为3 6kO 与 脚的外接点容C一起组成了环路滤波器 接到 脚的定时电阻RT 定时电容CT则决定了VCO的输出振荡频率 脚提供一个基准电压输出 正电源接到 脚 负电源接到 脚 脚皆为空脚 由于锁相环系统中的中心频率f0等于调频信号的载频 这样会引起压控振荡器输出与输入信号间产生不同的相位差 从而在压控振荡器输入端产生与输入信号频率变化相应的电压变化 这个变化电压即为锁相环的解调输出信号 所以说调制跟踪的锁相环路本身就是一个调频解调器 即从压控振荡器输入端得到解调输出 压控振荡器为积分 斯密特电路 与LM566完全一致对LM565而言 压控振荡器振荡频率可近似表示为 LM565组成的频率解调器电路 LM565组成的频率解调器实际电路如图所示 9脚接C7是定时电容 8脚外接R6 W1是定时电阻 LM311是一个电压比较器 用来把LM565的 脚输出的三角波变换为方波 为此 把LM565的 脚输出加到LM311的一个输入端 脚 上 又把LM565的 脚输出的基准电压加到LM311的另一输入端 脚 上 用作比较电平 便可在LM311输出端 OUT 得到已解调的方波信号 调节W1可改变LM311的比较电平 从而可调节OUT端输出方波的占空比 实验准备 LM566调频实验 1 压控振荡器自由振荡频率计算与测定 选定实验电路模块并连接 5V电源 将调频器单元的C1 C2与RP2用导线连通 CH1 探头检测输出OUT1端口 将定时电阻RP1调至最小 记录此时振荡频率f KHZ幅度 将定时电阻RP1调至最大 记录此时振荡频率f KHZ幅度 已知条件 V8 5VV5 3 5VC 2200PfR R3 W1 R3 2KW1 1K 请算出 最小与最大时 VCO的振荡频率分别为 最小时f KHZ 最大时f KHZ A 压控振荡器自由振荡频率的计算 B 压控振荡器自由振荡频率的测量 调整RP2电位器使V5 3 5V LM566调频实验 2 LM566的直流调制特性 测试条件同上 即C1 C2 Rp2分别接入电路 但此时应将RP1调最大 按表所列数据调RP2 改变控制电压 分别记录所得数据 结论说明 LM566调频实验 3 调频波的产生与时域波形测量 调制信号 正弦波 f 1kHz V 0 5 1V 加入调制输入电路的 IN 端口 其输出 OUT 端口接入 V5 控制端 C 将函数发生器输出改为方波 频率f 1kHz Vp p 1V 作为调制信号 用双踪示波器再作调频波FM OUT1与OUT2 的观察和记录 A 观察并记录此时调频器输出的FM调频信号 OUT1 端 实验准备 断开C2 RP2 并将调制信号输入电路接入 5 电源 测量并记录控制电压V5 V 并调节RP1 反时针到底 记录VCO振荡输出频率 KHZ B 观察并记录此时调频器输出的FM调频信号 OUT2 端 实验内容与数据记录 LM566调频实验 条件 保持以上的基本设置不变 A 将函数发生器输出的正弦波 频率f 1kHz Vp p 0 5 1V 作为调制信号 B 观察并记录此时调频器输出的时域调频方波信号 OUT1端 4 调频波的频域波形测量 C 在示波器观测到时域调制信号的前提下 操作示波器做 频谱仪 记录观测到的FM波的频域波形 根据实际测量结果 比较FM波的时域和频域特性曲线的差异 按压 主菜单 示波器操作 选 FFT功能 选 信源 用TDS1002数字示波器的FFT功能观察调频波频谱特性 载波频率设置 先不接调制信号 调整W1使载波频率为方波40KHz 然后接入正弦波调制信号 f 1kHz Vp p 1V 观察调频波幅频特性 画出幅频特性曲线 调制信号为正弦波1KHz 载波为三角波 0KHz的FM波幅频特性观察 画出幅频特性曲线 比较 和 的幅频特性曲线的差异 LM565锁相环芯片解调实验 1 LM565 VCO 自由振荡频率f0的测量 在565鉴频单元的IN端先不接调制信号 把示波器探头接到A点 便可观察到VCO自激振荡产生的方波 将测试数据记录于表中 实验准备 解调器连接 5V电源 实验方法与数据记录 2 调制信号为正弦波时的解调 LM565锁相环芯片解调实验 把566调频单元 OUT1 的调频方波信号接入到565鉴频单元的 IN 端 用双踪示波器的CH1观察并记录输入调制信号 566调频单元IN端 CH2观察并记录565鉴频单元上的 A 点波形 调频方波 B 点波形 1kHz正弦波 和解调输出 OUT 端IKC方波波形 需仔细调节565鉴频单元上的W1 可观察到1kHz方波 先按FM调制的实验内容获得正弦调制的调频FM方波 选择 正弦波 频率 1kHz 峰 峰值 1V 便可在566调频单元的OUT1端上获得正弦调制的调频方波信号 注 可适当调节RP1 检测解调性能 LM565锁相环芯片解调实验 3 调制信号为方波时的解调 当调制信号为方波时 则上述的模拟调制 解调就成为数字调制 解调 用函数发生器 用作调制信号源 的输出设置为 波形选择 方波 频率 100Hz 峰 峰值 0 4V 便可在566调频单元的OUT1端上获得方波调制的调频FM信号 把566调频单元 OUT1 的调频方波信号接入到565鉴频单元的 IN 端 用双踪示波器的CH1观察并记录输入调制信号 566调频单元IN端 CH2观察并