高频小信号调谐放大器.doc

1、 实验三 高频小信号调谐放大器一、 实验目的1、 掌握高频小信号调谐放大器的工作原理；2、 掌握高频小信号调谐放大器的调试方法；3、 掌握高频小信号调谐放大器各项技术参数（电压放大倍数，通频带，矩形系数）的测试。二、实验仪器 1、频谱分析仪（可选） 一台 2、40MHz双踪模拟示波器 一台 3、万用表 一台 4、调试工具 一套二、 实验原理1、 高频小信号调谐放大器各项技术参数高频小信号放大器通常是指接收机中混频前的射频放大器和混频后的中频放大器。要求高频放大器应具有一定增益和频率选择特性。技术参数如下：1.1增益:表示高频小信号调谐放大器放大微弱信号的能力a)1.2通频带和选择性图3.1 高

2、频小信号调谐放大器的频率选择特性曲线单调谐放大器的频率特性如图3.1所示。通常规定放大器的电压增益下降到最大值的0.707倍时，所对应的频率范围为高频放大器的通频带，用B0.7表示。衡量放大器的频率选择性，通常引入参数矩形系数K0.1，它定义为式中，B0.1为相对放大倍数下降到0.1处的带宽，如图3.1所示。显然，矩形系数越小，选择性越好，其抑制邻近无用信号的能力就越强。1.3. 稳定性电路稳定是放大器正常工作的首要条件。不稳定的高频放大器，当电路参数随温度等因素发生变化时，会出现明显的增益变化、中心频率偏移和频率特性曲线畸变，甚至发生自激振荡。由于高频工作时，晶体管内反馈和寄生反馈较强，因此

3、高频放大器很容易自激。因此，必须采取多种措施来保证电路的稳定，如合理地设计电路、限制每级的增益和采取必要的工艺措施等。1.4.噪声系数 为了提高接收机的灵敏度，必须设法降低放大器的噪声系数。高频放大器由多级组成，降低噪声系数的关键在于减小前级电路的内部噪声。因此，在设计前级放大器时，要求采用低噪声器件，合理地设置工作电流等，使放大器在尽可能高的功率增益下噪声系数最小。2、高频小信号放大器的原理和设计方法 (1)工作原理图3.2 高频小信号放大器电原理图实验电路如图3.2所示。该电路是一晶体管共发射极单调谐回路谐振放大器，放大管选用3DG12C，RA5、RA3、RA4、RA6、WA1组成偏置电路

4、，调节WA1改变电路的静态工作点。电容CCA3、CA3和变压器TA1组成单调谐回路与集电极直接相连，并通过变压器耦合将信号输出给下级负载。由于放大器负载为LC并联谐振电路因此具有选频特性。(2)主要技术指标：谐振频率f010.7MHz,谐振电压放大倍数AV010-15dB，通频带B0.7=1MHz，矩形系数K0.110。因fT比工作频率f0大5-10倍，所以选用3DG12C，选50，工作电压为12V，查手册得rbb=70,Cbc=3PF,当IE=1.5mA时Cbe为25PF,取L1.8H,变压器初级N2=23匝，次级为10匝。由于放大器是工作在小信号放大状态，放大器工作电流ICQ一般选取0.8

5、2mA为宜，电路中取IE=1.5mA，uEQ=3V。耦合电容取值CA2=0.1F,旁路电容CA4=0.1F。三、 实验内容电路调试应先静态后动态，即先调静态工作点，然后再调谐振回路。1） 按下开关KA1，接通12V电源，LEDA1亮，断开JA1和JB1。2） 调整晶体管的静态工作点：在不加输入信号（即ui=0）,将测试点TPA1接地，用万用表直流电压档（20V档）测量放大管射极的电压（在实验箱上为晶体管QA1下焊盘），调整可调电阻WA1，使uEQ=2.25V(即使IE1.5mA)，根据电路计算此时的uBQ 、uCEQ 、uEQ及IEQ值。3） 调谐放大器的谐振回路使它谐振在10.7MHz方法一

6、：用BT-3频率特性测试仪的扫频电压输出端和检波探头，分别接电路的信号输入端TPA1及测试端TPA2，通过调节y轴，放大器的“增益”旋钮和“输出衰减”旋钮于合适位置，调节中心频率度盘，使荧光屏上显示出放大器的“幅频谐振特性曲线”，根据频标指示用无感起子慢慢旋动变压器的磁芯（变压器的磁芯易碎，当心！），使中心频率f0=10.7MHz所对应的幅值最大。 方法二：如果没有频率特性测试仪，也可用示波器来观察调谐过程。在TPA1处由高频信号源提供频率为10.7MHz的载波，大小为Vp-p=20100mV的信号，用示波器探头在TPA2处测试（在示波器上看到的是正弦波），调节变压器TA1磁芯和可变电容CCA

7、1使示波器波形最大（即调好后，磁芯不论往上或往下旋转，波形幅度都减小）。4） 测量电压增益AV0在有BT-3频率特性测试仪的情况下用频率特性测试仪测AV0测量方法如下在测量前，先要对测试仪的y轴放大器进行校正，即零分贝校正，调节“输出衰减”和“y轴增益”旋钮，使屏幕上显示的方框占有一定的高度，记下此时的高度和此时“输出衰减”的读数N1dB,然后接入被测放大器，改变扫频仪的“输出衰减”，使谐振曲线清晰可见，记下此刻“输出衰减”值N2dB，则电压增益为Av0（N2N1）dB在无BT-3频率特性测试仪的情况下，可以由示波器直接测量。用示波器测输入信号的峰峰值，记为Ui 。测输出信号的峰峰值记为Uo。

8、则小信号放大的电压放大倍数为Uo/Ui。5） 测量通频带Bw用扫频仪测量Bw：先调节“频率偏移”（扫频宽度）旋钮，使相邻两个频标在横轴上占有适当的格数，然后接入被测放大器，调节“输出衰减”和y轴增益，使谐振特性曲线在纵轴占有一定高度，测出其曲线下降3dB处两对称点在横轴上占有的宽度，根据内频标就可以近似算出放大器的通频带6） 测量放大器的选择性放大器选择性的优劣可用放大器谐振曲线的矩形系数K0.1表示用 5）中同样的方法测出B0.1即可得： 由于处于高频区，分布参数的影响存在，放大器的各项技术指标满足设计要求后的元件参数值与设计计算值有一定的偏差，所以在调试时要反复仔细调整才能使谐振回路处于谐

9、振状态。测试时要保证接地良好。四、实验报告要求1、 整理好实验数据，用方格纸画出幅特性曲线。=7.5=11270124-10392391=877733Hz2、 思考：引起小信号谐振放大器不稳定的原因是什么？如果实验中出现自激现象，应该怎样消除？答：在高频调谐放大器中，由于晶体体管集电结电容的内部反馈Cbc，形成了放大器的输出电路与输入电路之间的相互影响。它使高频调谐放大器存在工作不稳定的问题。克服自激的方法： 由于晶体管由反向传输导纳存在，实际上晶体管为双向器件。为了抵消或减少反向传输导纳的作用，应使晶体管单向化。单向化的方法有两种：一种是消除反向传输导纳的反馈作用，称为中和法；另一种是使负载

10、电导gL或信号源电导的数值加大，使得输人或输出回路与晶体管失去匹配，称为失配法。五、实验心得 高频实验是比较难以调试的，要考虑很多事情。实验做得很困难。总是不稳定，而且仪器有点老化。接触不良等因素影响实验结果。寄生效应影响也比较严重。一点不稳定，就会影响实验结果。实验四 二极管开关混频器实验一、 实验目的1.1进一步掌握变频原理及开关混频原理。1.2掌握环形开关混频器组合频率的测试方法。1.3了解环形开关混频器的优点。二、实验仪器 1、频谱分析仪（可选） 一台 2、40MHz双踪模拟示波器 一台 3、万用表 一台 4、调试工具 一套三、实验原理1、混频器的原理混频(或变频)是将信号的频率由一个

11、数值变换成另一个数值的过程。完成这种功能的电路叫混频器(或变频器)。如广播收音机，中波波段信号载波的频率为535kHz1.6MHz，接收机中本地振荡的频率相应为12.065MHz，在混频器中这两个信号的频率相减，输出信号的频率等于中频频率465kHz。图4.1混频器的原理方框图混频器的原理方框图如图4.1所示。混频器电路是由信号相乘电路，本地振荡器和带通滤波器组成。信号相乘电路的输入一个是外来的已调波us，另一个是由本地振荡器产生的等幅正弦波u1。us与u1相乘，产生和、差频信号，再经过带通滤波器取出差频(或和频)信号ui。根据所选用的非线性元件不同，可以组成不同的混频器。如二极管混频器、晶体

12、管混频器、场效应混频器和集成模拟乘法器混频器等。这些混频器各有其优缺点。随着生产和科学技术的发展，人们逐渐认识到由二极管组成的平衡混频器和环形混频器较之晶体管混频器具有：动态范围大、噪声小；本地振荡无辐射、组合频率少等优点，因而目前被广泛采用。混频器主要技术指标有：1.1混频增益KPc 所谓混频增益KPc是指混频器输出的中频信号功率Pi与输入信号功率Ps之比。1.2 噪声系数NF混频器由于处于接收机电路的前端，对整机噪声性能的影响很大，所以减小混频器的噪声系数是至关重要的。 1.3 混频失真与干扰 混频器的失真有频率失真和非线性失真。此外，由于器件的非线性还存在着组合频率干扰。这些组合频率干扰

13、往往是伴随有用信号而存在的，严重地影响混频器的正常工作。因此，如何减小失真与干扰是混频器研究中的一个重要问题。1.4 选择性所谓选择性是指混频器选取出有用的中频信号而滤除其他干扰信号的能力。选择性越好输出信号的频谱纯度越高。选择性主要取决于混频器输出端的中频带通滤波器的性能。2.二极管环形混频器图4.2二极管环形混频器电路实验系统的二极管开关混频器模块为一二极管环形混频器电路，它由4个单二极管混频器采用平衡对消技术组合而成，原理图如图4.2。由图可见，各二极管的电流分别为式中为二极管跨导，是单向开关函数。因此混频器总的输出电流同时可以导出输入电流 由以上两式导出输出中频电流的幅值和输入信号电流

14、的幅值 二极管环形混频器采用平衡对消技术，电路对称，混频失真小。由于本振电压从环形混频器的桥路中线馈入，大大的减小了本振电压经输入端或输出端产生的辐射泄漏。与其他混频器比较，二极管混频器的功率增益小于1，但具有动态范围大、线性好、工作频率高、噪声系数小等优点，因此应用十分广泛，特别是微波段普遍采用这种混频电路。3、实验电原理图二极管开关混频器模块电原理图如图4.3所示，图中二极管环形混频器采用为集成环形开关混频器MIX41，型号为HSPL1，其封装外引脚功能如下：其中，1脚为射频信号输入端，8脚为本振信号输入端，3脚、4脚为中频信号输出端，2、5、6、7接地。图4.3 二极管开关混频器模块电原

15、理图本混频器的本振输入信号在 +3dBm +13dBm之间，用高频信号源输入本振信号，频率选为10.7MHz，而射频信号是由正弦振荡部分产生的10.245 MHz的信号。输出取差频10.7-10.245455KHz信号，经过455KHz的陶瓷滤波器FL41进行滤波，选取中频信号，因信号较弱，经Q41进行放大。此放大电路的静态工作电流为ICQ=7mA(VE=3.36V)。选R414=RE=470，取RC=R412=560。R411=3.6K，R410=5.1K，W41=5.1K，R41 、R42 、R43 、R44 、R45 、R46 、R47 、R48、 R49组成隔离电路。因为频率较高，信号

16、较强，且信号引入较长，存在一定感应，在输出端可能存在一定强度的本振信号和射频信号。三、实验内容 因混频器是一非线性器件，输出的组合频率较多，为了能更好的观察输出信号，建议使用频谱分析仪来对混频器输出端的信号进行测试。1、 熟悉频谱分析仪的使用。2、 调整静态工作点：按下开关K41，调节电位器W41使三极管Q41的UEQ=3.36V(R413旁焊盘的电压)。3、 接通射频信号（从TPI42输入），射频信号选用10.245MHz，此信号由正弦振荡部分产生（产生的具体方法参见实验二正弦波振荡器实验，连接J54、J53；其余插键断开，也就是说，由10.245MHz晶体产生该信号，信号从TPO51输出）

17、。4、 输入本振信号：从TPI41注入本振信号，本振信号由信号源部分提供，频率为10.7MHz的载波信号（产生的方法参考高频信号源的使用），大小为：用示波器观测，Vp-p不小于300mV。5、 验证环形开关混频器输出组合频率的一般通式（选做）。用频谱仪在TPO41处观察混频器的输出信号，验证环形开关混频器输出组合频率的一般通式为 （2p+1）f1+fs (p=0、1、2)同时用示波器在TPO41处观察波形。6、 测量输出回路：用频谱仪在TPO43处观察步骤5所测到的频率分量，计算选频回路对除中频455KHz之外的信号的抑制程度，同时用示波器在TPO42处观察输出波形，比较TPO41和TPO42

18、处波形形状。（输出的中频信号为信号源即TPI41处信号和射频信号TPI42处信号的差值，结果可能不是准确的455KHz，而在其附近）。7、 观察混频器的镜像干扰TPI41处信号不变。由正弦振荡单元的LC振荡部分产生11.155MHz的信号（产生的具体方法参见实验二正弦振荡部分实验内容），作为TPI42处的输入信号。观察TPO42处的信号是否也为455KHz。此即为镜像干扰现象。四、实验报告内容1、 整理本实验步骤5、6中所测得的各频率分量的大小，并计算选频电路对中频以外的分量的抑制度。各种实验频率的分量的大小数据表频率240kHz460kHz700kHz10.25MHz10.7MHz幅度（10

19、db/div）46.23.643.6抑制度2、 绘制步骤5、6中分别TPO41、TPO42处用示波器测出的波形。TPO42TPO413、 说明镜像干扰引起的后果，如何减小镜像干扰？答：镜像频率如果位于输入回路的通频带内，通过外差的变频作用就会把像频位置以及附近的信号搬移到中频带内，对接收信号形成干扰。提高前端电路的选择性，合理选择中频，合理选用电子器件与工作点。实验六 变容二极管调频一、实验目的1、 掌握变容二极管调频的工作原理2、 学会测量变容二极管的CjV特性曲线；3、 学会测量调频信号的频偏及调制灵敏度。二、实验仪器1、 40MHz双踪模拟示波器 一台2、 频谱仪（选项） 一台3、 万用

20、表 一台三、实验原理与线路1、实验原理1.1变容二极管调频原理所谓调频，就是用调制信号去控制载波（高频振荡）的瞬时频率，使其按调制信息的规律变化。设调制信号：v(t)=Vmcost载波vC(t)=VCmcos(Ct+)。 根据定义，调频时载波的瞬时频率随调制信号线性变化，载波频率的变化为(t)=kfv(t)=kfVmcost=mcost调频信号的表示可以写成vFM(t)=Vm0cos(Ct+mfsint+0) 式中：KfV是调频波瞬时频率的最大偏移，简称频偏，它与调制信号的振幅成正比。比例常数Kf亦称调制灵敏度，代表单位调制电压所产生的频偏。mfKfV/f / F 称为调频指数，是调频瞬时相位

21、的最大偏移，它的大小反映了调制深度。振荡器图6.1变容二极管调频原理产生调频信号最常用的方法是利用变容二极管的特性直接产生调频波，其原理电路如图6.1所示。由于变容二极管Cj的电容值随外加电压v的变化而变化，因此振荡器输出信号vo的频率也随着v的幅值变化，实现调频。变容二极管Cj通过耦合电容C1并接在LCN回路的两端，形成振荡回路总电容的一部分。如C1取值较大，振荡回路的总电容C=CN+Cj振荡频率为：加在变容二极管上的反向偏压为：VR=VQ（直流反偏）+（调制电压）+0（高频振荡，可忽略）变容二极管利用PN结的结电容制成，在反偏电压作用下呈现一定的结电容（势垒电容），而且这个结电容能灵敏地随

22、着反偏电压在一定范围内变化，其关系曲线称CjR曲线，如图6.2所示。图6.2 变容管结电容随外加电压的变化曲线由图可见：未加调制电压时，直流反偏VQ所对应的结电容为Cj。当反偏增加时，Cj减小；反偏减小时，Cj增大，其变化具有一定的非线性，当调制电压较小时，近似为工作在CjR曲线的线性段，Cj将随调制电压线性变化，当调制电压较大时，曲线的非线性不可忽略，它将给调频带来一定的非线性失真。设未调制时的载波频率为f0，C0为调制信号为0时的回路总电容，Cm是变容二极管结电容变化的最大幅值，则频偏振荡器振荡频率由此可见：振荡频率随调制电压线性变化，从而实现了调频。其频偏f与回路的中心频率f0成正比，与

23、结电容变化的最大值Cm成正比，与回路的总电容C0成反比。为了减小高频电压对变容二极管的作用，减小中心频率的漂移，常将图6.1中的耦合电容C1的容量选得较小（与Cj同数量级），形成部分接入式变容二极管调频电路。对部分接入式变容二极管调频电路进行理论分析可得到其频偏公式：式中为接入系数。关于直流反偏工作点电压的选取，可由变容二极管的CjR曲线决定。从曲线中可见，对不同的R值，其曲线得斜率（跨导）SC=Cj /各不相同。R较小时，SC较大，产生得频偏也大，但非线性失真严重，故调制电压不宜过大。反之，R较大时，SC较小，达不到所需频偏的要求，所以VQ一般先选在CjR曲线线性较好，且SC较大区段的中间位

24、置，一般取手册上给的反偏数值。本实验将具体测出实验电路上的变容二极管的CjR曲线，并由同学们自己选定VQ值，测量其频偏f的大小。1.2变容二极管CjR曲线的测量。设CJX为变容二极管加不同反偏RX时的结电容，其对应的振荡频率为fX；若断开变容二极管，由CN、L组成的并联谐振电路，对应的振荡频率为fN，则它们分别为：由上面两式可求得 （1）fX、fN易测量，只要知道CN，就可测得变容二极管CjR曲线。CN的测试方法如下：断开变容二极管，将一已知电容CK并接在回路LCN两端，此时对应的频率为fK，有根据fN可得： （2）1.3调制灵敏度单位调制电压所引起的频偏称为调制灵敏度，以Sf表示，单位为KH

25、z/V，即式中，um为调制信号的幅度（峰值）。Sf越大，调制信号的控制作用越强，产生的频偏越大。1.4实验线路图6.3实验电原理图使用+12V供电，振荡器Q81使用3DG12C，变容管使用IT32,Q82为隔离缓冲级。主要技术指标：主振频率f0=10.7MHz，最大频偏fm20KHz 本实验中，由R82、R82、W81、R83组成变容二极管的直流偏压电路。C83、C84、C812组成变容二极管的不同接入系数。TPI81为调制信号输入端，由L84、C88、C87、C89、C85和振荡管组成LC调制电路。三、实验内容1、 LC调频电路实验1） 连接J82、J84组成LC调频电路。2） 接通电源调节

26、W81，在变容二极管D81负端用万用表测量电压（即D81右边焊点电位），使变容二极管的反向偏压为2.5V。3） 用示波器在TPO82处观察振荡波形，调节W82使输出信号幅值最大。用频率计测频率，用无感起子调节L84，使振荡频率为10.7MHz。4） 从TPI81处输入1KHz的正弦信号作为调制信号（信号由低频信号源提供，参考低频信号源的使用。信号大小由零慢慢增大，用示波器在TPO82处观察振荡波形变化，如果有频谱仪则可以用频谱仪观察调制频偏），此时能观测到一条正弦带。如果用方波调制则在示波器上可看到两条正弦波，这两条正弦波之间的相差随调制信号大小而变。5） 分别接J81、J83重做实验4。6）

27、 （选做）测绘变容二极管的CjXVRX曲线。断开J81、J83，连接J82，断开TPI81的输入信号，使电路为LC自由振荡状态。(1)断开变容二极管Cj（即断开J84）,用频率计在TPO82处测量频率fN=10.8925MHz (2)断开Cj，接上已知CK（即连通J85, CKC8610p），在TPO82处测量频率fK，由式（2）计算出CN值，填入下表中。fN10.8925MCK10pfK10.7013MCN277.22pf (3)断开CK（即断开J85），接上变容二极管（即连接J84），调节W81，测量不同反偏VRX值时，对应的频率fX值,代入式（1）计算CjX值，填入下表中。VRX（伏）1

28、.962.002.252.52.753.0fX（MHz）105803001057881710580363105815921059364110593623CjX（PF）16.6pf16.68pf16.6pf16.5pf15.8643pf15.86pf （4）作CjXVRX曲线。 （5）作fXVRX曲线。7) 用频谱仪观察调频信号（应接入变容二极管，即连J84，断开J85），记下不同的V对应的不同的f，计算调制灵敏度的值。（如果没有频谱仪则此项不作要求）。 8) 观察频偏与接入系数的关系（此时应断开J85，连接J84）。 在直流偏值电压相同的情况下，输入调制信号相同的情况下，分别接连J81、J83

29、测试所得的频偏，计算的，验证。为7）中所测的值。 接入 系数为。9）观察频偏与直流反偏电压的关系（此时应断开J85，连接J82、J84）。调节W81观察调频信号的变化。10）观察频偏与调制信号频率的关系（此时应断开J85，连接J82、J84）。四、实验报告内容1、 整理LC调频所测的数据，绘出观察到的波形。2、 绘出CjXVRX曲线和LC调频电路的fXVRX曲线。3、 从fXVRX曲线上求出V对应的Kf=f/V值，与直接测量值进行比较。实验八 模拟锁相环应用实验一、实验目的1、 掌握模拟锁相环的组成及工作原理。2、 学习用集成锁相环构成锁相解调电路。3、 学习用集成锁相环构成锁相倍频电路。二、

30、实验仪器40MHz双踪模拟示波器 一台调试工具 一套三、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，但它的基本原理是利用相位误差电压去消除频率误差，所以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，从而实现无频差的频率跟踪和相位跟踪。锁相环由三部分，如图8.1所示。图8.1 锁相环组成方框图它包含压控振荡器（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ui（t）输出信号为u0（t），反馈至输入端。下面逐一说明基本部件的作用。1) 压控振荡器（VCO）VCO是本控制系统的控制对象

31、，被控参数通常是其振荡频率，控制信号为加在VCO上的电压，故称为压控振荡器。2）鉴相器（PD） PD是一相位比较装置，用来检测输出信号u0(t)与输入信号ui(t)之间的相位差e(t)，并把转化为电压ud(t)输出，ud(t)称为误差电压，通常ud（t）为一直流量或一低频交流量。 3)环路滤波器（LF）LF为一低通滤波电路，其作用是滤除因PD的非线性而在ud（t）中产生的无用的组合频率分量及干扰，产生一个只反映e（t）大小的控制信号uc（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u0（t）与ui（t）的相位差e（t），发生变化，该相位差经过PD

32、转换成误差电压ud（t），此误差电压经LF滤波后得到uc（t），由uc（t）去改变VCO的振荡频率使趋近于输入信号的频率，最后达到相等。环路达到最后的这种状态就称为锁定状态，当然由于控制信号正比于相位差。因此在锁定状态，e（t）不可能为0，换言之在锁定状态u0（t）与ui（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，从而使瞬时相位差发生变化，则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

33、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，这就是跟踪过程，在锁定后能够继续维持锁定所允许的最大固有角频差w1m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，此前输入信号角频率wi不等于VCO输出振荡角频率wyo（因控制电压uc0）,环路处于失锁状态。假定wi是一定值，二者有一瞬时角频差w1wi-wyo，瞬时是相位差w1随时间线性增大，因此鉴相器输出误差电压ue（t）kbsinw1t将是一个周期为2/w1的正弦函数，称为正弦差拍电压。所谓差拍电压是指其角频率（此处是w1）为两个角频率（此处是wi与w

34、yo）的差值，角频差w1的数值大小不同，环路的工作情况也不同。若w1较小，处于环路滤波器的通频带内，则差拍误差电压ue（t）能顺利通过环路滤波器加到VCO上，控制VCO的振荡频率，使其随差拍电压的变化而变化，所以VCO输出是一个调频波，即wy（t）将在wyo上下摆动。由于w1较小，所以wy（t）很容易摆动到wi，环路进入锁定状态，鉴相器将输出一个与稳态相位差对应的直流电压，维持环路动态平衡。若瞬时角频差w1数值较大，则差拍电压ue（t）的频率较高，它的幅度在经过环路滤波器时可能受到一些衰减，这样VCO的输出振荡角频率wy（t）上下摆动的范围也将减小一些，故需要多次摆动才能靠近输入角频率wi（t

35、）即捕捉过程需要许多个差拍周期才能完成，因此捕捉时间较长，若w1太大，将无法捕捉到，环路一直处于失锁状态。能够由失锁进入锁定所允许的最大固有角频差w1m的两倍称为环路的捕捉带。四、集成锁相环NE564介绍及应用 1、在本实验中，所使用的锁相环为NE564（国产型号为L564）是一种工作频率可高达50MHz的超高频集成锁相环，其脚管定义和内部框图如图8.2。(a)(b)图8.2 NE564脚管定义和内部框图1） 在图8-2（b）中，A1（LIMITER）为限幅放大器，可有效消除FM信号输入时，干扰所产生的寄生调幅。2） 鉴相PD（PHASE COMPARATOR）采用普通双差分模拟相乘器，由压控

36、振荡器反馈过来的信号从外部由端输入。另外由端去改变双差分电路的偏置电流，控制鉴相器增益，从而实现环路增益控制。3） 压控振荡管VCONE564的压控振荡器是改进型的射极定时多谐振荡器，其固有振荡频率由，端外接定时电容Ct和芯片内电阻R20决定：4）输出放大器A2（AMPLIFIER）与直流恢复电路 A2与直流恢复电路是专为解调FM信号与FSK信号而设计的。输出放大器A2是恒流源差分放大电路，来自鉴相器的误差电压由，端输入，经缓冲后，双端送入A2放大。若环路的输入为FSK信号即频率在f1与f2之间周期性跳变的信号，则鉴相器的输出电压A2放大后分两路，一路直接送施密特触发器的输入，另一路送直流恢复

37、电路，通过端外接滤波电容的平滑，输出一平均直流电压。这个直流电压VBEF再送施密特触发器另一输入端就作为基准电压。 若环路的输入为FM信号，那么在锁定状态，端的电压就是FM解调信号。 5）施密特触发器（POST DETECTION PROCESSOR） 施密特触发器是专为解调FSK信号而设计的，其作用就是将模拟信号转换成TTL数字信号。直流恢复输出的直流电压基准VREF与被A2放大了的误差电压Vdm进行比较，当VdmVREF时端输出低电平。当VdmVREF时，端输出高电平。通过端可改变触发器上下翻转电平，上限电平与下限电平之差也称为滞后电压VH，调节VH可消除因截波泄漏而造成的误触发而出现的F

38、SK解调输出，特别是数据传输速率比较高的场合，并且此时端滤波电容不能太大。 NE564的主要参数如下：NE564的最高工作频率为50MHz，最大锁定范围达12fo，输入阻抗大于50K，电源工作电压512V,典型工作电压为5V，典型工作电流为60mA，最大允许功耗为40mV；在频偏为10，中心频率为5MHz时，解调输出电压可达140mVp-p，输入信号为有效值大于或等于200mVRms。2、实验电原理图本实验系统NE564应用电路包括锁相解调电路和锁相倍频电路。由NE564组成的锁相解调电路电原理图如图8.3所示。图8.3 锁相解调电路IC71及其外围器件组成FM锁相解调电路。在锁相解调电路中，

39、信号从第6脚经交流耦合输入，2脚作为压控振荡器增益控制端，12脚和13脚外接定时电容，使其振荡在10.7MHz上，从14脚输出调制信号经运算放大器IC72放大后输出。图8.4 锁相倍频电路由NE564组成的锁相倍频电路电原理图如图8.4所示。IC31和IC32组成锁相倍频电路。在锁相倍频中，74LS393为分频器，它由两个完全相同单元组成（IC32A和IC32B），分别可以进行2分频、4分频、8分频、16分频，如果将 IC32A中的16分频输出与IC32B中的时钟输入端相接则IC32B可以组成32分频，64分频，128分频，256分频。在本实验中参考信号为fR=50KHz，进行16、32、64

40、、128倍频。3196NE56474LS393N输出f0NfRNE564的VCO振荡输出信号（从9脚输出）经W32与R36分压（74LS393输入信号不能大于2.4V）由74LS393的1脚输入，分频后由NE564的3脚输入，简单的框图如图8.5图8.5 由NE564组成的倍频器框图由NE564的3脚输入的分频信号与从NE564的6脚输入的参考信号进行鉴频，输出误差电压控制VCO，最终使VCO输出f0=NfR的频率，达到倍频目的。在锁相分频电路中，NE564的2脚为增益控制端调节W31可改变同步带大小。NE564的12脚和13脚跨接定时电容C，C值由下列算式确定。 其中R100则 则当f080

41、0KHz时 C780PF（16倍频）f01.6MHz时 C390PF（32倍频）f03.2MHz时 C195PF（64倍频）f06.4MHz时 C100PF（128倍频） 在实际电路中，由于分布电容的存在应比计算值偏小。五、实验内容 1、锁相解调实验原理图如图8.3，按下开关K71，用10.7MHz的调频信号进行解调电路实验，从TPI71处输入调频信号（调频信号由高频信号源单元提供，参考高频信号源和低频信号源的使用，载波信号大小为Vp-p=500mV左右，调制信号大小为Vp-p1V左右，频率为1KHz）。从TPO71观察输出波形，微调CC70使VCO锁定在10.7MHz，调节W71使输出波形不

42、失真，幅度最大。观察调制信号频率大小（改变WD6）与调制频偏大小（改变WD2）对输出信号的影响（当频率计工作时，输出的解调信号可能会有抖动现象）。 2、锁相倍频实验原理图如图8.4。锁相环的外挂电容，根据所需输出频率的大小，由J31J37选择。以下提供的仅作为参考。根据实际情况进行调整。由TPI31输入50KHz的纯载波（为正弦波信号，信号大小约Vp-p=2V，此信号由低频信号源部分提供，方法参见低频信号源的使用），作为参考信号。连接J38进行16倍频实验，根据计算的Ct值，通过连接J31，J32，J33等容值的电容（参考连接为J31、J32），改变Ct的大小使输出信号锁定到输入信号上（锁定时

43、TT32和IN31的频率一样），此时从TPO31处测得的信号频率为16X50KHz=800KHz (74LS393的1脚输入信号保持在2.4V左右)。调节的方法为：用双踪示波器同时在TPI31和TPO32处观察输入信号和分频信号，调节Ct的大小（如果TPO32的波形频率比TPI31的高，即周期大则应将电容值减小，否则增大），当两信号同频时即锁定输出800KHz的信号。连接J39进行32倍频实验（参考连接为J32、J33、TPO31处的频率为32X50=1.6MHz）；连接J310进行64倍频实验（参考连接为J33、J34、TPO31处的频率为32X50=3.2MHz，连接J311进行128倍频

44、实验（参考连接为J34、J36、TPO31处的频率为128X50=6.4MHz）。进行倍频连接时J28、J39、J310、J311四个连接器每次只能连一个。在应用中可根据需要适当改变Ct的值，输出分频信号频率偏高时增大电容，偏低时减小电容。将锁相倍频电路接连16倍频电路，观察锁相环锁定、同步、跟踪、失锁和再同步过程。首先使输出信号锁定在800KHz。用双踪示波器的探头分别测试输入信号（在TPI31处）和分频后的信号（在TPO32处）,示波器上同时显示两处的波形，TPO32处的波形为方波。改变输入信号的频率fR（参考低频信号源的使用），先增大fR观察示波器上两波形，开始时，两波形同步移动，此时处在同步跟踪状态。fR增加到一定值时，只有输入信号fR（正弦波）在移动，此时，处于失锁状态，记下此时的fR值。再减小fR直至进入锁定状态（两波同步移动）调节W31(逆时针调节)。再增大fR值直至失锁，记下fR值，比较两次的fR值，重步骤，找到最大的fR值，即此NE564的同步带。六、实验报告内容1、 用表格绘制出锁