实验六集成电路构成的频率调制器和频率解调器

1、实验六 集成电路构成的频率调制器和频率解调器一、实验目的 1.了解VCO压控振荡器集成电路和PLL锁相环集成电路的工作原理。2.掌握使用VCO压控振荡器集成电路实现频率调制器的工作原理。 3.了解用PLL锁相环构成调频波解调电路的原理。4.学习掌握集成电路实现频率调制器/解调器系统的工作原理。二、实验原理 VCO压控振荡器集成电路，其正向触发电平定义为VSP，反向触发电平定义为VSM，当电容C充电使其电压V7 (566管脚对地的电压)上升至VSP，此时幅度鉴别器翻转，输出为高电平，从而使内部的控制电压形成电路的输出电压,该电压V0为高电平；当电容C放电时，其电压V7下降，降至VSM时幅度鉴别器

2、再次翻转，输出为低电平从而使V0也变为低电平，用V0的高、低电平控制S1和S2两开关的闭合与断开。V0为低电平时S1闭合，S2断开，这时I6=I7=0，I0全部给电容C充电，使V7上升，由于I0为恒流源，V7线性斜升，升至VSP 时V0跳变为高电平，V0高电平时控制S2闭合，S1断开，恒流源I0全部流入A支路，即I6=I0，由于电流转发器的特性，B支路电流I7应等于I6，所以I7 =I0，该电流由C放电电流提供，因此V7线性斜降，V7降至VSM时V0跳变为低电平,产生方波和三角波565锁相环(PLL单片集成电路) 的框图及管脚排列,锁相环内部电路由相位鉴别器、压控振荡器、放大器三部分构成，相位

3、鉴别器由模拟乘法器构成，它有二组输入信号，一组为外部管脚、输入信号e1，其频率为f1；另一组为内部压控振荡器产生信号e2，经脚输出，接至脚送到相位鉴别器，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 VCO 的输入端，控制VCO, 使其输出信号频率f2发生变化，这一过程不断进行，直至f2=f1为止，这时称为锁相环锁定。三、实验仪器设备 1.数字双踪示波器 TDS1002B 一台2.DDS函数信号发生器 DG1022 一台3.数字万用表 VC88E 一台4.实验电路板 G5 一块四、实验电路说明图6-1为 5

4、66型单片集成VCO的框图及管脚排列 图6-1中幅度鉴别器，其正向触发电平定义为VSP，反向触发电平定义为VSM，当电容C充电使其电压V7 (566管脚对地的电压)上升至VSP，此时幅度鉴别器翻转，输出为高电平，从而使内部的控制电压形成电路的输出电压,该电压V0为高电平；当电容C放电时，其电压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V0也变为低电平，用V0的高、低电平控制S1和S2两开关的闭合与断开。V0为低电平时S1闭合，S2断开，这时I6=I7=0，I0全部给电容C充电，使V7上升，由于I0为恒流源，V7线性斜升，升至VSP 时V0跳变为高电平，V0高电平时控制S2闭

5、图6-1 566(VCO)的框图及管脚排列 合，S1断开，恒流源I0全部流入A支路，即I6=I0， 由于电流转发器的特性，B支路电流I7应等于I6，所以I7 =I0，该电流由C放电电流提供，因此V7线性斜降，V7降至VSM时V0跳变为低电平，如此周而复始循环下去，V7及V0波形如图6-2。 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R和外加电容C来确定。其值为： 其中: R 为时基电阻 C 为时基电容 为566管脚至的电压 为至的电压 图6-2 载波信号图6-3为 565锁相环(PLL单片集成电路) 的框图及管脚排列,锁相环内部电路由相位鉴别器、压控振荡器、放大器三部分构成

6、，相位鉴别器由模拟乘法器构成，它有二组输入信号，一组为外部管脚、输入信号e1，其频率为f1；另一组为内部压控振荡器产生信号e2，经脚输出，接至脚送到相位鉴别器，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 VCO 的输入端，控制VCO, 使其输出信号频率f2发生变化，这一过程不断进行，直至f2=f1为止，这时称为锁相环锁定。 图6-3 565(PLL)的框图及管脚排列五、实验内容 （一）566型单片集成VCO实现频率调制的实验电路见图6-4 图6-4 566构成的调频器 图6-5 输入信号电路1. 考察R、

7、C1对频率的影响(其中R=R3+RP1)。 按图6-4接线，将C1接入566集成芯片管脚，RP2及C2接至566管脚；接通电源(±5V)。 (1).调Rp2使V5=3.5V，将数字示波器接至566管脚out1的输出，改变RP1观察方波输出信号频率，记录当R为最大和最小值时的输出频率（从数字示波器显示屏右下角的触发频率读取，取四位数）。 (2).用数字双踪示波器观察（注意：示波器信号输入耦合要设置为直流的状态）并记录当RRmin时方波载波out1及三角波载波out2的输出波形，读取波形的最大值和最小值（注意：不是峰峰值），并计算出这两种载波的直流分量各是多少。 2. 观察输入电压对输出

8、频率的影响 (1).直流电压控制：先调RP1至最大（最右端），然后改变RP2调整输入电压，测量当V5在2.2V4.2V变化时方波out1输出频率f的变化，V5按0.2V递增。将测得的结果填入表6.1，并分析实验结果。表6.1V5(V)2.22.42.62.833.23.43.63.844.2 f（KHz） (2).用交流电压控制：RP1仍处于最右端，断开脚所接C2、RP2，将图6-5（即输入信号电路，接+5V电源）的输出OUT接至图6-4中566的脚。.从DG1022函数信号发生器输出一个频率f =1KHz、VP-P = 0.7V的正弦波，把它当做调制信号Vs(t)接至图6-5电路的IN端，然

9、后用数字双踪示波器同时观察输入调制信号Vs(t)和 OUT1的方波调频(FM)输出信号，观察并记录波形，记录峰峰值；接着用双踪示波器同时观察记录输入调制信号Vs(t)和OUT2的三角波调频(FM)输出信号，记录峰峰值，并分析实验结果。 注意:为了得到稳定的显示波形，在调整好波形的显示状态之后，按下数字示波器的“运行/停止”按钮，在固定显示的情况下记录波形。注意输出波形的变化要与输入波形的变化相对应。为了看清楚调频波的变化特征，我们先在数字示波器的一个通道设置好一个周期的输入调制信号，再按下数字示波器的“运行/停止”按钮，这样就可以获得对应的一个周期的输出调频波，并可以比较好的看清楚调频波的变化

10、特征。 . 输入调制信号Vs(t)改为方波信号，频率fm=1KHz，VP-P =0.7V，用数字双踪示波器观察并记录输入调制信号Vs(t)和OUT1的方波调频(FM)输出信号，记录峰峰值，并分析实验结果。（二）565型单片集成PLL实现调频解调实验电路见图6-6 图6-6 565(PLL)构成的频率解调器3.正弦波调制信号的解调 (1).解调电路的IN输入端先不接输入，调RP使565中VCO的输出频率f0约为50KHz（用数字示波器从A点测量，从数字示波器显示屏右下角的触发频率读取）。 (2).将按实验步骤2.(2).的要求获得的OUT1调频方波输出信号,接至565型单片集成PLL锁相环解调电

11、路的IN输入端，调节566的电位器RP1使R最小(逆时针旋至最左端)，用数字双踪示波器（注意此时通道信号的输入耦合要设置成交流的状态，以屏蔽比较大的直流分量，才能看清解调信号及其与原输入调制信号的比较）观察并记录566的输入调制信号Vs(t)和565“B”点的解调输出信号，在同一坐标上画出波形，记录信号幅度，并分析解调的结果，得出结论。 4.方波调制信号的解调 把输入调制信号改为方波，方波的频率保持1KHz不变，但是电压必需调小至VP-P =0.2V，从565的“B”点观察并记录解调输出信号，并与输入方波调制信号相比较，在同一坐标上画出波形，记录信号幅度，并分析解调的结果，得出结论。 注意：1

12、、数字示波器的采样设置为16次的平均值采样模式，大约显示23个周期的信号，信号在屏幕上的显示大一些，使到波形的特征比较明显。 2、解调输出波形有失真，解调信号电压比原信号要小，可用数字示波器的光标功能测量。六、实验数据1.（1）R最大时：输出频率 35.79kHZ R最小时：输出频率 27.43Khz(2) 波形波形的最大值（V）波形的最小值（V）方波4-0.96三角波0.2-1.522、（1）VS（V）2.22.42.62.833.23.43.63.844.2f(Khz)62.7661.2155.4151.5745.5139.4132.5826.0018.559.603.09(2)方波 OUT1：0.428V VS=0.752V三角波OUT2：1.6V VS=0.732V方波OUT1：2.03V VS:0.848V3(2)输出信号：