锁相环的典型应用

2．NE562的使用说明
(1) Vi ( t ) 输入信号从11、12脚输入时，应采用电容耦合，以避免 1 影响输入端的直流电位，要求容抗 <<输入电阻（2K ）。
c
Vi ( t )可以双端输入，也可单端输入，单端输入时，另一端应 交流接地，以提高PD增益。
(2)环路滤波的设计
信号输入 12 11
Cf
FM输入 Rf º º
Cf CC CC CB
RL 10 9 解调输出
14
13
12
11
0.1μ
1K
1
NE562 2 3 4
11K
5
12K CT
6
7
8
1K 0.1μ
1K
º 跟踪范围 控制
返回
NE562内部限幅器集电极电流受 7脚外接电路的控制，一般 7 脚注入电流增加，则内部限幅器集电流减少， VCO 跟踪范围 小；反之则跟踪范围增大。当⑦脚注入电流大于 0.7mA时，内 部限幅器截至，VCO的控制被截断，VCO处于失控自由振荡工 作状态（系统失锁）。
fi(t) PD LF VCO fA(t)
100 fc(t)
N
fA(t)/NA
PD
LF
NA
带通 fo-fB VCO
fi(t)
PD
LF
VCO
fB(t)
混频
fo(t)
返回 继续
fB(t)/NB
NB
休息1 休息2
5、锁相环调频电路
普通的直接调频电路中，振荡器的中心频率稳定度较差，而 锁相调频电路能得到中心频率稳定度很高的调频信号,锁相环调 频电路如下图所示。环路滤波器的带宽必须很窄，截至频率应小 于调制信号的频率。 f (t)调制信号
o ( L i )
4、频率合成器
频率合成器是利用一个标准信号源的频率来产生一 当环路锁定后，鉴相器两路输入频率相等 系列所需频率的技术。锁相环路加上一些辅助电路后， fi fo N f fi 就能容易地对一个标准频率进行加、减、乘、除运算 即： M N o M 而产生所需的频率信号，且合成后的信号频率与标准 当N改变时，输出信号频率相应为fi 的整数倍变化。 信号频率具有相同的长期频率稳定度及具有较好的频 率纯度，如果结合单片微机技术，可实现自动选频和 频率扫描。 锁相式单环频率合成器基本组成如下图所示：
对图(c):
对图(d):
Cf
1 1 Cf c ( Rc R f ) 2f c ( Rc R f )
1 1 0 ( 2 Rc R f ) 2f c ( 2 Rc R f )
(3)VCO的输出方式与频率调整
1．VOC信号输出端3、4脚与地之间应当接上数值相等的射极 电阻，阻值一般为2—12 K ,使内部射极输出器的平均电流不 超过4mA. 2．当VCO输出需与逻辑电路连接时，必须外接电平移动电 路，使VCO输出端12V的直流电平移到某一低电平值上，并 使输出方波符合逻辑电平要求，工作频率可达到20MHz。
VCO
fA(t)
100
fc(t) PD LF
fA(t)/NA 环A
NA
带通 fo-fB VCO fB(t)
fi(t)
PD
LF
VCO
混频
环C fo(t)
fA(t)/NB
环B
返回 继续 休息1 休息2
NB
而当 fN A =399， N B =397时输出频率最高。 N A fi f B N B fi 解：∵ A 399 N)A f 0 max ( f A 397 100 而环路 40099KHz fc f0 f B C 为混频环， f f i 而 c 100 100 100 即当环路锁定时： 所以，合成器的频率范围为：（ 35.4—40.099）MHz
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2 、锁相分频： 在锁相环路中插入倍频器就可构成锁相分频电路。 如下图所示：
vi(t) ωi(t) PD Nωo(t)
LF
N
VCO
vo(t) ωo(t)
当环路锁定时： i N o o 式中N为倍频器的倍频次数。
i
N
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3、锁相混频器
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§5.3单片集成锁相环电路 模拟锁相环路： NE560 、 NE561 、 562 、 565 L562 、 L564 、 SL565 、 KD801 、 KD802、KD8041等。 数字锁相环路： BG322、X38、CD4046、MC1404b。 一、NE562
NE562（国内同类产品L562、KD801、KD8041）是目前广 泛应用的一种多功能单片锁相环路。
16 12 11 15 2 A3 VCO 限幅 PD LF A1 Vcc 外接环路滤波 器RC元件 14 13 去加重 10
信号输入 反馈 信号输入
A2
9 FM 解调 输出
VCO 3 输出 4
1 偏压 输出
5
6
7 跟踪 范围
8 -V EE
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3、NE562应用实例
VCC
º 0.1μ 16 15 Rf
R f的单位为 可以抵消因
f 0上升而使 G L 过大造成
CB
R R
CC
R2
2k
2k
1k
的工作不稳定性。
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(5)解调输出方式
当 NE562 用作 FM信号的解调时，解调信号由⑨脚输出， 此时⑨脚需外接一个电阻到地（或负电源）作为 NE562 内部 电路的射极负载，电阻数值要合适（常取15k）以确保内部射 极输出电流不超过5mA，另外⑩脚应外加重电容。
fi(t) 晶振
vi(t)
fi(t)/M
M
PD
LF
VCO
vo(t)
fo(t)
fo(t)/N
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N
例：下图为三环式频率合成器方框图
已知： f i 100 KHz, 300 NA 399, 351 NB 397 求输出信号频率范围及频率间隔
fi(t)
PD
LF
VΩ(t)调制信号
VFM(t)调频波
PD
LF
VCO
如果将环路的频带设计的足够宽，使环路捕捉带大于调频 波的最大频偏，利用锁相环的跟踪特性，可以使VCO的振荡 频率跟踪输入调频波的瞬时频率。如果 VCO 的电压 - 频率特 性是线形的，则加到VCO的控制电压的变化规律必与调频波 的瞬时频率变化规律相同，因此在LF的输出端可获得不失真 的解调输出。调频波锁相解调的优点是解调门限值比普通鉴 相器低4—5dB。
7.6 锁相环的典型应用
1、锁相倍频
在锁相环路的反馈通道中插入分频器就可构成锁 相倍频电路。如下图所示：
vi(t) ωi(t) ωo(t)/N PD LF VCO vo(t) ωo(t)
N
0 N i
当环路锁定时，鉴相器两输入信号频率相等。 即有：
i
0
N
式中N为分频器的倍频比。
Ω
fi(t)晶振
PD
LF
+
VCO
fo(t)调频波
调制信号作为VCO控制电压的一部分使其频率产生相应的 变化，由此在输出端得到已调频信号。 当调制信号为锯齿波时，可输出扫频信号。当调制信号为 数字脉冲时，可产生移频键控调制（FSK信号）
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6、锁相解调电路 (1)、调频波解调
下图是用锁相环实现调频波解调的原理框图。
Cf
13
14
Cf
13
14
Cf
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1 Cf 偏压 输出
13 Rf
14
5 6
13 Rf
7 8 -V EE Cf 跟踪C Rf 范围 f
NE562
RC 13 14 RC
NE562 RC 13 14 Cf RC
NE562 RC 13 Rf Cf 14 Rf Cf RC
NE562 RC 13 14 RC
1．NE562组成框图
NE562是最高工作频率可达30MHz的通用型集成锁相环。
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Vcc 16 12 11 PD
外接环路滤波 器RC元件 14 13
休息1 休息2
去加重 10 FM 9 解调 输出
1 2
16 15
14
信号输入
LFLeabharlann A1A23 4 5
15 反馈 信号输入 2 VCO 3 输出 4 A3 VCO 限幅
图（a）为实用的单端输出， 3 5v 图（ b ）为实用的双端驱 动的电平移动电路， 18v
NE562
4
输出到 逻辑电 平
16 3 NE562
4
5v
输出到 逻辑电 平
图（a）
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图（b）
图 3 ． (b) VCO 、 (c) 的频率及其跟踪范围能调整与控制。 ，可将 VCO 频率扩展 VCO 频率的 到 30MHz 以上，（ c ）可用外接 调整，除采用直接调节与定时电容并联的微变电容外，还 RW 微调频率。 有如下图所示的方法： 电位器 NE562 图(a) 电路的VCO的工 作频率为： 5 6 8 6.4 E A ' f 0 f0 ( 1 ) R R CT 1.3 R 其中 f0 为 E A 6.4V时VCO的 EA 固有振荡频率，改变 E A 图(a) 值，振荡频率相对变化。
∴有 f 0 f c f B ( A N B ) f i ∴当NA=300，NB=351时， 100 300 f 0 min ( 351) 100 35400KHz 当NA=301，NB=351时， 100 301 f f0 f0 min 1KHz f0 ( 351) 100 35401KHz 因此频率间隔： 100
NE562 NE562
5
10K CT
6
10K
8
10K
5
CT
6
10K
8
5K
图(b)
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图(c)
(4)PD的反馈输入与环路增益控制方式
PD的反馈输入方式一般采用单端输入工作方式，如右图 所示，1脚的+7.7V电压经 R（ 2 K）分别加到反馈输入端 2、 15 脚作为 IC 内部电路基极的偏压，而且 1 脚到地接旁路电容， 反馈信号从 VCO 的 3 脚输出，并经分压电阻取样后，通过耦 合电容加到2脚构成闭环系统。 NE562 环路增益还普遍采用在13、 7．7V 1 14脚并接电阻 R f 的方式，此 15 2 时的环路总增益为： 3 Rf R1 GLF GL 11k 1200 R f
返回 继续 休息1 休息2
(2)、AM信号的同步检波
下图是用锁相环实现AM信号同步检波的原理框图。
VAM(t)调幅波
PD
LF
VCO
同步检波
VΩ(t)调制信号
π/2 移项
当环路工作在载波跟踪状态时，VCO输出频率与环 路输入已调信号的载波相同，但存在π/2的固定相移。
因此，经过π/2移项后变成与输入已调信号的载频 相同的信号。将它与输入已调信号共同加到同步检波器 就能得到解调信号输出。
NE562
13 12 11 10 9
6 7
1 偏压 输出
5
6 定时电容Cr
7 跟踪 范围
8 -V EE
8
PD （鉴相器）：采用双平衡模拟乘法器 11 放大器 ， 12脚：外接输入信号。 A1、A2、A3：作为隔离，缓冲放大器，10脚用于外接去 LF ：13、14 脚可外接RC元件构成环路滤波器。 加重电容 。当环路用于解调时， A1，A2的放大作用可以提高 9 VCO 输出 3 、 4 脚与 PD 的反馈信号输入端 2 、 15 脚之间，可 VCO ：是射极定时的压控多谐振荡器，定时电容由 5、6脚外 脚输出的解调信号的电平值。既可以保证 VCO 的频稳度，又放 外接其它部件以发挥多功能作用。 接电容。 大了VCO的输出电压，使3、4脚输出的电压幅度增大到约4.5V， 限幅器：是与 VCO 串接的一级控制电路， 7 脚注入电流的大 以满足PD对VCO信号电压幅度的要求。 小可以控制环路的跟踪范围。 返回 继续
vi(t) PD LF |ωL(t)-ωo(t)| 差频放大 混频 ωL(t) VCO vo(t)
ωi(t)
ωo(t)
设混频器的本振信号频率为ωL ，在ωL>ωo时混 频器的输出频率为（ωL-ωo），经差频放大器后加到 鉴相器上。 当环路锁定时
i ( L o )
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Cf
Cf
Cf
Rf
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13、14脚的外接电路与NE562内部的PD负载电阻Rc共同构 成积分滤波器。 一般已知Rc=6 K , R f 通常选在50—200 之间，根据所要 求设计的环路滤波器截至频率 c可计算出 C f 值：
1 1 C 对图(a): f R 2f R c c c c 1 1 C 对图(b): f 2 R 4f c Rc c c
Vcc 16
外接环路滤波 器RC元件 14 13
去加重 10 FM 9 解调 输出
NE562常用的环路滤波器有下图所示的四种形式：
NE562
RC RC NE562
PD
NE562LF RC
VCO
A1
NE562 RC
A2
15 反馈 信号输入 R R C 2 C VCO 3 输出 4
RC
A3
RC 14
限幅