实验地的题目锁相环地应用的

1、实验题目锁相环的应用一. 实验目的1通过实验掌握锁相环的基本原理2. 应用锁相环构成一个频率合成器的实验，熟悉锁相环的实际应用，并了 解锁相环部分参数的测试二. 基本原理1. 锁相环电路基本原理：锁相技术是近代电子技术中一种基本技术， 它利用闭环反锁系统，使输出信 号的相位与输入信号(或基准信号)的相位维持一定的关系。锁相环电路的基本结构如图一所示， 它由鉴相器，低通滤波器和压控振荡器 等部件所组成的闭环反锁系统。图一当Vd(t)=O时压控振荡器进行自由振荡，当信号输入后(通常fi工fo)，鉴相器对Vi(t)的fi， 9 i与Vo(t)的fo， 9 0进行比相，并输出两信号相位差(B i-o

2、o)成 正比的误差电位Ve(t)，经过低通滤波器除Ve(t)的高频成分，输出控制电压Vd(t)， 并对压控振荡器进行调节控制，改变其输出频率与相位。驱使VCO的输出频率向输入信号频率靠拢，最后 VCO输入被锁定在输入频率上，而保持一定的相位 差。一般而言，输出信号 Vo(t)具有与Vi(t)相同数量级的频率稳定度。可见，利 用锁相环电路可提高VCO输出信号的频率稳定度。若输入信号 Vi(t)的频率(相 位)在一定范围内变化，则输出 Vo(t)也将随之而变化，即锁相环具有跟踪特性。 由于锁相环具有上述两个特点，因此在广播，电视，雷达遥控，遥测等技术中获 得广泛的应用。锁相环是一个闭环负反馈系统，

3、因此可用一般自动控制系统的分析方法 (拉 普拉斯变换法)来进行分析。这里仅将其中一些主要公式作一介绍与分析， 具体 请参看有关书籍。a) 鉴相器：鉴相器输出误差电压为 Ve(S)Ve(S)=Kp(9 i(S)- 9 o(S)(1)其中Kp为鉴相器增益，即单位相位差所产生的误差电压。量纲为伏 /弧度。 可见，鉴相器是一个对相位差敏感的器件。 它种类很多，有二极管构成正弦鉴相器；有由双差分放大器构成的乘法鉴相器， 近年来还广泛采用由数字逻辑门 电路构成的数字式鉴相器等等。b) 低通滤波器：低通滤波器是锁相环路的一个重要部件，当然。若环路中没有低通滤波器， 似乎也能构成锁相环。如图二图二这种环路称为

4、一阶锁相环。然而若输入信号Vi(t)中附有高频干扰，则输出 Vo(t)也随干扰变化，造成频 率不稳定，甚至发生失锁现象。低通滤波器作用是1)衰减高频部分，提高抗干扰能力。2)若用瞬变因素 而发生瞬时失锁，则低通滤波器可为环路提供短期存贮， 并保证环路能迅速再锁 定。低通滤波器有滞后型，滞后一一超前型和有源比例积分滤波器等。假设低通滤波器的传递函数为F(S)。Vd(S)=F(S) Ve(S)(2)c) 压控振荡器该振荡器的频率受外加电压所控制， 振荡频率变化厶3 0与外加电压Vd(t)成 正比。 3 0 =Ko Vd(t)(3)其中Ko为压控振荡器的增益，表示单位控制电压所引起的振荡频率的变化

5、量，量纲为弧度/秒伏。(3)式也可写成宀0=KOVd(t)-其拉氏变换为KoVd(S)Sd) 可得闭环回路的开环传递函数G(S)%(S)VJS)Vd(S)號图三G(S)二 KpF(S)KoS现在我们来讨论反馈电路的稳定性。如低通滤波器用简单RC滤波器时1则F(S)RCp代入(5)式S+丄RCKoKpG(S)=1RCS(S1RC图四它的对数幅频特性曲线如上图因为 20lg(R c Ko Kp) 所以系统是不稳定的。为了使系统稳定还必须加上超步纠正。2. 锁相环的主要应用：锁相环可广泛用与通讯技术，频率合成，自动频率锁定，马达稳速等，下面 简单介绍锁相环应用。a)调频波解调图五是利用锁相环实现调频

6、波解调的框图。调制信号圏五乂二k又毗K。Vd(t)二*Ko即我们所需要的能调输出。目前由于有集成化锁相环路，利用它可方便地实现调频波的解调。b）频率合成这是本实验的主要电路。利用某一基准频率经过适当的电路， 得到另一些频 率，它具有基准频率相同的稳定性。图六是利用锁相环实现频率合成的框图。图六显然，当环路入锁后应满足鳥=，即输出信号频率fo N fiM NM即可得到一系列输出频率（只要改变分频率 N） 三实验仪器1示波器2.数字万用表3通用频率/计数器4 信号源5.电源四实验内容1. 利用集成锁相环CD4046组成频率合成，fi=10KHz,N得到100,这样输出 频率以0.1KHz间隔变化，N由1 1000可变，输出频率fo变化范围为0.1KHz99.9K