实验六 频率调制——北航.doc

实验六 频率调制、压控振荡器及锁相环一、实验目的 1了解压控振荡器及用它构成频率调制器的工作 2学习将锁相环构成调频波的解调器. 3学习集成电路频率调制器/解调器系统的工作. 4学习数字频移键控系统的性能及使用二、预习要求 1预习压控振荡器及锁相环的原理 2根据图3、图6和图7、图9搞清楚压控振荡器和锁相环集成电路与外部元件之间的连接关系 3预习后回答下列问题：(1) 在某调频系统中载波信号频率FO=95.7MHz，当加入调制信号为em2.5sin（4105t）时，输出调频信号频率从 Fmin95.68MHz 到 Fmax =95.72MHz变化，问频偏为何值？灵敏度S=？调制系数mf=？当调制信号em0.8sin（2100t）时，该系统Fmin 和Fmax各为何值？(2) 当 566 VCO集成电路管脚加直流电压 V1=-5V，管脚为V=+5V，管脚与之间电压为V=6.4v，且C1=0.047F（见图7）时，若要求产生振荡频率F=2KHz，R1应为何值？（提示: V=V- V）.(3) 用上题的R1 C1和V计算566 VC0的理论灵敏度S.若V=8V,将产生的振荡频率F？若V=2.5V,则F=?(4)用二进制“1”和“0”表示的方波时钟信号激励频移键控(FSK)调制器，画出时钟频率为10Hz时的示意输出波形图（时钟高电平为“1”，低电平为“0”）. 三、实验设备及元器件 1双踪示波器 一台 25V直流稳压电源 一台 3数字电压表、电流表 一台 4函数发生器（正弦波、方波、三角波） 一台 5频率计 一台 6实验电路板 一块 四、实验电路及说明控制电压 振荡波形 压控振荡器(VCO)是输出信号频率受外加电压大小控制的振荡器，因此可作频率调制器，图1说明了此过程，图中说明当VCO输入端电压为0时，输出为载频Fc，当输入电压增减时输出信号幅度不变只是频率在载频的基础上增、减，偏离载频上下的最大频率值称为最大频偏输人变化1V时产生输出频率相对载频Fc的偏差称为灵敏度S，理想VCO输出频率变化应正比于输入幅度变化，即调制特性为直线关系。调制系数记为mf，mf=/fm ，其中fm是调制信号em(即输入信号)的频率，与调幅系数不同，调频系数mf可大于1.调频常应用于频移键控(FSK),FSK是进行二进制数据串行传输的方法，串行传输只需一根数据线传输数据，用二进制信号作调制信号，高电平为“1”，低电平为“0”，用它调制载频信号。例如有一种标准，当调制信号为“1”，时，调频输出信号为2225Hz，当调制信号为“0”时，调频输出信号为2025Hz即传输信号过程中以2225Hz示“l”，称为“标记”（mark）；以2025Hz频率表示“0”，称为“间隔”（space）实验用VCO为566型单片集成电路，它是变流式电容充放电压控振荡器，它的方框图及管脚排列如图2，电路如图3。其工作原理如下:图2中幅度鉴别器由施密特触发器构成，其正向触发电平为Vsp，反向触发电平为Vsm，当给电容C1充电使其上电压V7升至Vsp时幅度鉴别器翻转, 输出为高电平;当电容C1放电时，其上电压V7下降，降至Vsm时幅度鉴别器再次翻转，输出为低电平，从而使VA也变为低电平，用VA的高、低电平控制S1和S2两开关的闭合和断开. VA为低电平时控制S1闭合S2断开。这时I6=I7=0,Io全部给电容C1充电，使V7上升，由于Io是恒流源，V7线性斜升，升至Vsp时VA跳变为高电平, VA高电平时控制S2闭合、S1断开，恒流源电流Io全部流入2支既即I6=Io，由于电流转发器的特性1支路电流I7=I6,所以I7=0，该电流由C1放电电流提供，因此，V7此时线性斜降，V7降至Vsm时VA跳变为低电平如此周而复始循环下去，I7及VA的波形如图4所示 图4 电容C1两端电压V7及反馈控制电压波形图3中T1T4组成可控电流源，电流源电流Io由电源电压V8外部输入控制电压V5及外接电阻R1确定，D2D5及T5T8组成电流转发器，其中D2、D3相当于图2中的开关S1，D4，D5及T8相当于图2中的开关S2，T9是以T10为电流源负载的射极跟随器，它将电容C1上的电压V7传送给T11T12等组成的幅度鉴别器，鉴别器输出信号经射随T13及内部控制电压形成电路产生电压VA去控制D2、D3及D4、D5、T8两组开关S1和S2。.566输出的方波及三角波的载波频率（或称中心频率）可用外加电阻R1和外加电容C1来确定（见图3及图7）,其值为： F2（V8.1- V5.1）/(R1C1V8.1) （Hz）其中R1称时基电阻，C1称时基电容，V8.1为566管脚至的电压，V5.1为管脚至的电压由上式可知 566的调制输人端V5电压增加，使输出频率降低，理论的灵敏度为控制电压变化1V引起的输出频率的偏移量. S-2/(R1C1V8.1 （HzV）实验中用锁相环为565型单片集成电路，其框图及引出脚如图5，线路图如图6所示.图6中VCO电路与566集成电路相同，T18T25 ,T11T18,T15T23组成相位鉴别器，其输出电压是e1和e2两个信号之间的相位差的函数，相位鉴别器输出经T26T28组成的差分放大器放大并滤除高频成分后输出给压控振荡器 相位鉴别器由模拟乘法器构成，它有两组输入信号，一组为外部管脚、输入的信号e1，其频率为F1；另一组为内部压控振荡器产生的信号e2，经脚输出，接至脚送给相位鉴频器，其频率为F2，当F1和F2差别很小时可用频率差代表两信号之间的相位差。即F1-F2的值使相位鉴别器输出一直流电压，该电压经脚送至内部VCO的输人端，控制VC0,使其输出信号频率F2发生变化，这一过程不断进行直至F1=F2为止，这是称为锁相环锁定锁相环可用来作解调器，当e1为频率连续变化的调频信号时，相位鉴频器的输出是连续变化的电压。其波形与产生调频信号的调制信号波形一致五、实验内容l压控振荡器实验，按图7连线(1)观察 RC1对 VCO频率的影响（其中 R=R1W1）调W2使V5=3.5V ,改变W1用频率计观察方波输出信号频率,记录当R为最大值和最小值时的输出方波信号频率，测量Rmax和Rmin以及C1的值计算出这两种情况下的频率与测量值进行比较用双踪示波器观察并记录R=Rmin方波及三角波输出波形注意：为避免频率计接入被测电路引起对电路工作的影响，电路中接入R3和R4两个3K电阻，测量频率时在A和B端接入频率计，另外测R本应断开元件一端进行测量，但由于R1接在电路中测量误差不大，可不断开，在E、F两点之间测量即可测C1时，为避免测量误差，需断开I、H之间短路线在H、G两点之间的误差 相对误差 =（F测-F计）/F测100(2)观察输入电压对输出频率的作用，a 用直流电压控制：先调W1至W1max,然后改变W2=1K的中点电压，测当V5.1=7.6V9.6V变化时，输出频率F的变化, V5.1每隔0.2V变化b 用交流电压控制：仍用R=Rmax断开原脚所接C2及W2，用函数发生器给出正弦调制信号em，要求其频率为Fm=5KHz，峰峰值为Vp-p=1V将此信号通过图8输入电路送至566管脚，用双踪示波器同时观察输入信号em和脚的调频FM方波输出信号，并作记录.观察当输入信号幅度Vp-p和频率Fm有微小变化时，输出波形如何变化.注意：输入信号em的Vp-p不要大于1.3V调制信号改用方波信号em使其Fm=1KHz，Vp-p=0.8V，用双踪示波器观测并记录em和脚的调频FM方波输出信号.图8 566信号输入电路2锁相环实验，按图9连线，用锁相环进行调频信号的解调. (1)正弦波解调器：先调565PLL的W3使其中VCO的输出频率Fo(脚)为50KHz,再将1、(2)b项目中函数发生器的正弦调制信号em接入566VCO的输入端，并用566的调频方波输出信号(脚)接至565锁相环的FM输入端，调节565的W1,使R=Rmax用双踪示波器观察并记录566的输入调制信号em和565的解调输出信号 (2)相移键控解调器：用峰一峰值Vp-p =0.8V，FM=100Hz的方波作调制信号送入调制器566，使其输出产生标记和间隔(mark和space)交替的两个频率的信号，观察调制器566的方波调制信号及解调器565的解调输出信号及比较器311的输出信号图9 565PLL解调器实验电路六、 实验报告要求 1根据实验说明接在566管脚上R的作用，计算当R最大、最小时566的频率，并与实验结果比较. 2根据