实验地的题目锁相环地应用的
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
简述锁相环的作用
简述锁相环的作用
锁相环（Lock-in amplifier）是一种高性能的小型放大器，它可以有效地抑制噪声，并提供微弱信号的最佳测量结果。
锁相环具有许多应用，包括测试和分析心电图学形态、自动驱动舵机和螺旋桨、控制电动机和磁悬浮轨道交通等。
锁相环的作用是执行锁相（Lock-in）测量，其过程可以简单概述如下：使用分布式信号源作为激励，信号源的频率非常接近被测信号（可以是有相对于激励信号的偏移）的频率；然后将激励信号与被测信号连接，同时加入放大器进行放大，再将放大之后的被测信号与激励信号叠加；最后，将放大之后的被测信号与激励信号分别用不同类型的滤波器筛选，以突出被测信号，而抑制来自环境的其他干扰和噪声。
锁相环通常具有以下特点：
（1）高增益：锁相环能够提供很高的增益，可以将微弱的被测信号放大成可测量范围内可见的水平；
（2）精确：锁相环具有精确的音频跟踪，可以在激励信号和外部噪声中提取出被测信号；
（3）调节能力强：锁相环能够自动调节其增益，以确保被测信号在测量范围内。
锁相环可以改善测量，并使信号检测变得更加可靠。
它可用于滤波系统或在测量系统中检测和估计微弱信号。
通过将信号放大成可测范围可见的大小，可以获得精确的测量值，而不会受到外界噪声的影响。
锁相环的应用
oscillator
PD
调制信号uF(t)/uF(t)
FM/PM信号
LF
VCO
合理设计使得PLL工作在载波跟踪状态下， 环路输出信号的载波频率跟踪晶体振荡器的变 化，可提供高稳定度的载波信号；调制信号控 制VCO的瞬时输出频率，以实现FM或PM调制。
根据实现框图可推出调制信号uF(t)与输出相位 θ2之间的关系满足：
3.有源比例积分Filter
R2 C
I1
R1
I2
-A
ui
ua
uo
F(jΩ)=(1+jΩτ )/jΩτ 2
1Hale Waihona Puke τ=1 (R+AR
1
+R
) C τ =R C
12
2
2
幅频特性 相频特性
|F(jΩ)| =
22
1+Ωτ 2 Ωτ
1
Φ(jΩ) = arctgΩτ –π/2 2
高增益的有源比例积分滤波器又称为理想积分滤波器。
PLL包括： 1. PD： Phase Detector 2. LF： Loop Filter 3. VCO： Voltage Controlled
Oscillator 受控对象
控制器
基本构成如下图:
PD
LF
VCO
H(P)=1
1. 鉴相器 PD 输出的误差信号
即：
是相差θe(t)的函数，
正弦鉴相器用模拟相乘器与低通滤波器的 串接作为模型。
3. 解调器的实现 由前分析可知，当环路工作于调制跟踪状态
时，PLL就是一个FM解调器，其中VCO的输出是 已调信号，则其控制信号为调制信号。
(1)当输入信号为FM信号时： 令信号载频ωc等于VCO自由振荡频率ωo， 则输入信号的瞬时频率：
锁相环原理与应用实验
厦门大学电子工程系课程设计说明书题目___锁相环原理与应用实验_______专业_______通信工程___________学生姓名陈杨龙2011年7 月21 日一、实验原理一、锁相环基本组成一个典型的锁相环（PLL ）系统，是由鉴相器（PD ），压控荡器（VCO ）和低通滤波器（LPF ）三个基本电路组成Ud = Kd (θi –θo) UF = Ud F （s ）P DL PFV COU iU o二．鉴相器（PD ） Ud = Kd *∆θ Kd 为鉴相灵敏度三．压控振荡器（VCO ） （P2） ωo （t ）= ωom + K 0 U F （t ）K 0——VCO 控制特性曲线的斜率，常称为VCO 的控制灵敏度，或称压控灵敏度。
四、环路滤波器这里仅讨论无源比例积分滤波器 其传递函数为：式中：τ 1 = R1 Cτ 2 = R2 CR 1R 2CU iU o五、锁相环的同步和捕捉：同步状态：锁相环的输出频率（或VCO 的频率）ωo 能跟踪输入频率ωi 的工作状态，称为同步状态（或锁定状态）。
同步带：在锁相环保持同步的条件下，输入频率ωi 的最大变化范围，称为同步带宽，用∆ωH 表示。
超出此范围，环路则失锁。
捕捉带：失锁时，ωo ≠ωi ，如果从两个方向设法改变ωi ，使ωi 向ωo 靠拢，进而使∆ωo =（ωi －ωo ）↓，当∆ωo 小到某一数值时，环路则从失锁进入锁定状态。
F O oU K dtd =θ1)(1)()()(212+++==τττs s s U s U s K i O F二、实验内容实验一、PLL 参数测试一、压控灵敏度K O 的测量123456789101112131415169V9V 10K1M1n1K10K 4046数字电压表频率计当V(9)=4.5时，中心频率f o =74.354KHZ二、同步带，捕捉带的测量实验中测出：f HH =127.29KHZ ，f HL =2.78KHZ ，f PH =93.81KHZ ，f PL =51.77KHZ由此可算得：ΔfH =127.29-2.78=124.51KHE ， ΔfH =93.81-51.77=42.04KHZ 。
锁相环的应用
2,调频波锁相解调电路 调频波锁相解调电路原理框图如图6.6.2所示. 调频波锁相解调电路原理框图如图6.6.2所示. 6.6.2所示
(锁相环FM解 锁相环 解 调原理动画) 调原理动画)
分析: VCO的频率控制特性满足: 分析:设VCO的频率控制特性满足: 的频率控制特性满足
do ( t ) ωo ( t ) = = Aoυc ( t ) dt
令s
= j 得到频率特性
H ( j ) =
83.4 ×103 ( j + 35.5 ×103 ) 2 + j83.4 ×103 + 2.96 ×109
F 若 = 2π F , = 1kHz ,代入
H ( j 2π × 103 ) =
4π 2 × 106 + 2.96 × 109 + j83.4 × 103
锁相接收机( Receiver) 6.6.2 锁相接收机(PLL Receiver)
锁相接收机框图如图6.6.7所示. 锁相接收机框图如图6.6.7所示.它实际是一个 所示 窄带跟踪环路. 窄带跟踪环路.
图6.6.7
锁相接收机框图
6.6.2
地面卫星接收站在接收卫星信号时, 地面卫星接收站在接收卫星信号时,由于卫星不 停的绕地球飞行(由于多卜勒效应),再加上卫星离 停的绕地球飞行(由于多卜勒效应),再加上卫星离 ), 地面较远,卫星发射功率小,天线增益低,地面接收 地面较远,卫星发射功率小,天线增益低, 到的信号不仅微弱, 到的信号不仅微弱,而且接收到的信号频率将偏离卫 不仅微弱 星发射的信号频率,且在很大范围内变化. 星发射的信号频率,且在很大范围内变化. 此时若采用普通接收机, 此时若采用普通接收机,不仅需要接收机有较大 的带宽,而且接收下来的输出信号信噪比太大, 的带宽,而且接收下来的输出信号信噪比太大,无法 有效的检出有用信号.若采用锁相接收机,利用PLL的 有效的检出有用信号.若采用锁相接收机,利用PLL的 PLL 窄带频率跟踪特性,可以很好的解决上述问题. 窄带频率跟踪特性,可以很好的解决上述问题.
锁相环实验报告
锁相环实验报告锁相环实验报告一、实验目的本次实验的目的是了解锁相环（PLL）的原理和应用，掌握PLL电路的设计和调试方法，以及了解PLL在通信系统中的应用。
二、实验原理1. PLL原理锁相环是一种基于反馈控制的电路，由比例积分环节、相位检测器、低通滤波器和振荡器等组成。
其基本原理是将输入信号与参考信号进行比较，并通过反馈调整振荡频率，使得输入信号与参考信号同步。
2. PLL应用PLL广泛应用于通信系统中，如频率合成器、时钟恢复器、数字调制解调器等。
三、实验设备和材料1. 实验仪器：示波器、函数发生器等。
2. 实验元件：电阻、电容等。
四、实验步骤1. 搭建PLL电路并连接到示波器上。
2. 调节函数发生器输出正弦波作为参考信号，并将其输入到PLL电路中。
同时，在函数发生器上设置另一个正弦波作为输入信号，并将其连接到PLL电路中。
3. 调节PLL参数，包括比例积分系数和低通滤波器截止频率等，使得输入信号与参考信号同步。
4. 观察示波器上的输出波形，记录下PLL参数的取值。
五、实验结果与分析1. 实验结果通过调节PLL参数，成功实现了输入信号与参考信号的同步，并在示波器上观察到了稳定的输出波形。
记录下了PLL参数的取值，如比例积分系数和低通滤波器截止频率等。
2. 实验分析通过本次实验，我们深入了解了锁相环的原理和应用，并掌握了PLL电路的设计和调试方法。
同时，我们也了解到PLL在通信系统中的重要作用，如时钟恢复、数字调制解调等。
六、实验结论本次实验成功地实现了输入信号与参考信号的同步，并掌握了PLL电路的设计和调试方法。
同时也加深对于PLL在通信系统中应用的认识。
七、实验注意事项1. 在搭建电路时应注意接线正确性。
2. 在调节PLL参数时应注意逐步调整，避免过度调整导致系统失控。
3. 在观察示波器输出波形时应注意放大倍数和时间基准设置。
锁相环原理及应用
锁相电路（PLL）及其应用自动相位控制（APC）电路，也称为锁相环路（PLL），它能使受控振荡器的频率和相位均与输入参考信号保持同步，称为相位锁定，简称锁相。
它是一个以相位误差为控制对象的反馈控制系统，是将参考信号与受控振荡器输出信号之间的相位进行比较，产生相位误差电压来调整受控振荡器输出信号的相位，从而使受控振荡器输出频率与参考信号频率相一致。
在两者频率相同而相位并不完全相同的情况下，两个信号之间的相位差能稳定在一个很小的范围内。
目前，锁相环路在滤波、频率综合、调制与解调、信号检测等许多技术领域获得了广泛的应用，在模拟与数字通信系统中已成为不可缺少的基本部件。
一、锁相环路的基本工作原理1．锁相环路的基本组成锁相环路主要由鉴频器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分所组成，其基本组成框图如图3-5-16所示。
图1 锁相环路的基本组成框图将图3-5-16的锁相环路与图1的自动频率控制（AFC）电路相比较，可以看出两种反馈控制的结构基本相似，它们都有低通滤波器和压控振荡器，而两者之间不同之处在于：在AFC环路中，用鉴频器作为比较部件，直接利用参考信号的频率与输出信号频率的频率误差获取控制电压实现控制。
因此，AFC系统中必定存在频率差值，没有频率差值就失去了控制信号。
所以AFC系统是一个有频差系统，剩余频差的大小取决于AFC系统的性能。
在锁相环路（PLL）系统中，用鉴相器作为比较部件，用输出信号与基准信号两者的相位进行比较。
当两者的频率相同、相位不同时，鉴相器将输出误差信号，经环路滤波器输出控制信号去控制VCO ，使其输出信号的频率与参考信号一致，而相位则相差一个预定值。
因此，锁相环路是一个无频差系统，能使VCO 的频率与基准频率完全相等，但二者间存在恒定相位差（稳态相位差），此稳态相位差经鉴相器转变为直流误差信号，通过低通滤波器去控制VCO ，使0f 与r f 同步。
2．锁相环路的捕捉与跟踪过程当锁相环路刚开始工作时，其起始时一般都处于失锁状态，由于输入到鉴相器的二路信号之间存在着相位差，鉴相器将输出误差电压来改变压控振荡器的振荡频率，使之与基准信号相一致。
实验四锁相环应用电路实验
实验三锁相环应用电路实验一、实验目的1.掌握锁相环的组成及基本工作原理；2.了解锁相环应用电路的设计方法。
二、实验原理1．锁相环的仿真模型首先在Multisim 软件中构造锁相环的仿真模型(图1) 。
基本的锁相环由鉴相器( PD) 、环路滤波器(L P) 和压控振荡器(VCO) 三个部分组成。
图1中,鉴相器由模拟乘法器A1 实现,压控振荡器为V 3 ,环路滤波器由R1 、C1 构成。
环路滤波器的输出通过R2 、R3 串联分压后加到压控振荡器的输入端, 直流电源V2 用来调整压控振荡器的中心频率。
仿真模型中,增加R2 、R3 及V2 的目的就是为了便于调整压控振荡器的中心频率。
图1 锁相环的仿真模型2.锁相环调频的仿真电路直接调频电路的振荡器中心频率稳定度较低,而采用晶体振荡器的调频电路,其调频范围又太窄。
采用锁相环的调频器可以解决这个矛盾。
其结构原理如图2 所示。
图2 锁相环调频电路的原理框图实现锁相调频的条件是调制信号的频谱要处于低通滤波器通带之外,也就是说,锁相环路只对慢变化的频率偏移有响应,使压控振荡器的中心频率锁定在稳定度很高的晶振频率上。
而随着输入调制信号的变化,振荡频率可以发生很大偏移。
图3 锁相环调频的仿真电路根据图2 建立的仿真电路如图3 所示。
图中,设置压控振荡器V 1 在控制电压为0 时,输出频率为0 ;控制电压为5V 时,输出频率50kHz 。
这样,实际上就选定了压控振荡器的中心频率为25kHz ,为此设定直流电压V 3 为2.5V 。
调制电压V 4 通过电阻R5 接到VCO 的输入端, R5 实际上是作为调制信号源V 4 的内阻,这样可以保证加到VCO 输入端的电压是低通滤波器的输出电压和调制电压之和,从而满足了原理图的要求。
本电路中,相加功能也可以通过一个加法器来完成,但电路要变得相对复杂一些。
VCO 输出波形和输入调制电压V 4 的关系如图4 所示。
由图可见,输出信号频率随着输入信号的变化而变化,从而实现了调频功能。
锁相环实验报告
锁相环实验报告锁相环实验报告引言：锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种常见的电子系统控制技术，广泛应用于通信、测量、信号处理等领域。
本实验旨在通过设计和搭建一个基本的锁相环电路，深入理解锁相环的原理和应用。
一、实验目的本实验的主要目的是通过搭建锁相环电路，实现对输入信号的频率、相位的跟踪和稳定。
具体目标包括：1. 理解锁相环的基本原理和工作方式；2. 学会设计和搭建基本的锁相环电路；3. 通过实验验证锁相环的频率和相位跟踪性能。
二、实验原理1. 锁相环的基本原理锁相环是一种反馈控制系统，由相位比较器、低通滤波器、电压控制振荡器（Voltage Controlled Oscillator，简称VCO）和分频器组成。
其基本原理如下：（1）相位比较器：将输入信号和VCO输出信号进行相位比较，输出相位误差信号；（2）低通滤波器：对相位误差信号进行滤波，得到控制量；（3）VCO：根据控制量调整输出频率，使其与输入信号保持相位同步；（4）分频器：将VCO输出信号分频后反馈给相位比较器，形成闭环控制。
2. 锁相环的应用锁相环广泛应用于频率合成、时钟恢复、频率/相位调制解调等领域。
例如，在通信系统中，锁相环常用于时钟恢复电路，保证数据传输的稳定性和可靠性。
三、实验内容与步骤1. 实验器材与元件准备（1）信号发生器：产生待测频率的正弦信号；（2）锁相环芯片：如CD4046、PLL565等；（3）电阻、电容等元件：用于搭建锁相环电路；（4）示波器：用于观测和分析实验结果。
2. 搭建锁相环电路根据锁相环的基本原理和实验要求，设计和搭建一个简单的锁相环电路。
电路中包括相位比较器、低通滤波器、VCO和分频器等模块，并连接好电源和地线。
3. 实验操作步骤（1）将信号发生器的输出信号接入锁相环电路的输入端；（2）调节信号发生器的频率，观察锁相环的跟踪效果；（3）通过示波器观察锁相环输出信号的频率和相位稳定性。
锁相环基本原理及其应用
锁相环及其应用所谓锁相环路，实际是指自动相位控制电路（ APC ）,它是利用两个电信号的相位 误差，通过环路自身调整作用，实现频率准确跟踪的系统，称该系统为锁相环路，简称环路，通常用 PLL 表示。
锁相环路是由鉴相器（简称PD ）、环路滤波器（简称 LPF 或LF ）和压控振荡器（简称VCO ）三个部件组成闭合系统。
这是一个基本环路，其各种形式均由它变化而来PLL 概念最终使相位保持同步，实现了受控频率准确跟踪基准信号频率的自动控制系统称为锁相环路设环路输入信号V i = V im Sin( CO i t+ 0 i )环路输出信号V o = V om Sin( CO o t+ 0 o )其中 CO o = CO 「+ △ CO o通过相位反馈控制PLL构成由鉴相器（PD ）环路滤波器（LPF ）压控振荡器（VCO ）组成的环路OJt）二心谋差相性PLL原理从捕捉过程一锁定A.捕捉过程（是失锁的）a. 0 i—0 i均是随时间变化的，经相位比较产生误差相位0 e= 0 i- 0。
，也是变化的b. 0 e（t）由鉴相器产生误差电压V d（t）=f（0 e）完成相位误差一电压的变换作用V d（t）为交流电压。
C.V d（t）经环路滤波，滤除高频分量和干扰噪声得到纯净控制电压，由VCO产生控制角频差0,使3 0随3 i变化。
B.锁定（即相位稳定）a.一旦锁定0 e（t）= 0 e-（很小常数）V d（t）= V d （直流电压）b. 3 0三3 i输出频率恒等于输入频率（无角频差，同时控制角频差为最大即3 0= 33 0max。
3 r为VCO固有振荡角频率。
）锁相基本组成和基本方程（时域）各基本组成部件鉴相器（PD）数学模式V d(t)=A D Sin 0 e(t)环路滤波器（LPF）数学模式V c(t)=A F(P) V d(t)相位模式S⑷——A Ap（P〕——％®压控振荡器（VCO）△ 3 Omax ,相位模式0i(t5—%®环路模型相位模式：指锁相环(PLL)输入相位和输出相位的反馈调节关系。
实验地的题目锁相环地应用的
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。
当V d(t)=0时压控振荡器进行自由振荡，当信号输入后（通常f i≠f o），鉴相器对V i(t)的f i，θi与V o(t)的f o，θo进行比相，并输出两信号相位差(θi-θo)成正比的误差电位V e(t)，经过低通滤波器除V e(t)的高频成分，输出控制电压V d(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V o(t)具有与V i(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V i(t)的频率（相位）在一定范围内变化，则输出V o(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，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V e(S)V e(S)=K p(θi(S)-θo(S)) (1) 其中K p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。
锁相环基本原理及其应用
锁相环及其应用所谓锁相环路，实际是指自动相位控制电路（APC），它是利用两个电信号的相位误差，通过环路自身调整作用，实现频率准确跟踪的系统，称该系统为锁相环路，简称环路，通常用PLL表示。
锁相环路是由鉴相器(简称PD)、环路滤波器（简称LPF或LF）和压控振荡器（简称VCO）三个部件组成闭合系统。
这是一个基本环路，其各种形式均由它变化而来PLL概念设环路输入信号v i= V im sin(ωi t+φi)环路输出信号v o= V om sin(ωo t+φo)——其中ωo=ωr+△ωo通过相位反馈控制，最终使相位保持同步，实现了受控频率准确跟踪基准信号频率的自动控制系统称为锁相环路。
PLL构成由鉴相器（PD）环路滤波器（LPF）压控振荡器（VCO）组成的环路。
PLL原理从捕捉过程→锁定A.捕捉过程（是失锁的）a.φi┈φi均是随时间变化的，经相位比较产生误差相位φe=φi-φo,也是变化的。
b.φe(t)由鉴相器产生误差电压v d(t)=f(φe)完成相位误差—电压的变换作用。
v d(t)为交流电压。
c. vd(t)经环路滤波，滤除高频分量和干扰噪声得到纯净控制电压，由VCO产生控制角频差△ω0,使ω0随ωi变化。
B.锁定（即相位稳定）a.一旦锁定φe(t)=φe∞（很小常数）v d(t)= V d（直流电压）b.ω0≡ωi输出频率恒等于输入频率（无角频差，同时控制角频差为最大△ω0max, 即ω0=ωr＋△ω0max。
ωr为VCO固有振荡角频率。
）锁相基本组成和基本方程(时域)各基本组成部件鉴相器(PD)数学模式v d(t)=A D sinφe(t)相位模式环路滤波器(LPF)数学模式v c(t)=A F(P)v d(t)相位模式压控振荡器(VCO)数学模式相位模式环路模型相位模式：指锁相环(PLL)输入相位和输出相位的反馈调节关系。
相位模型：把鉴相器,环路滤波器和压控振荡器三个部件的相位模型依次级联起来就构成锁相相位模型。
锁相环的初步研究及应用
电子实验二、锁相环的初步研究及应用一、实验目的１．认识并正确应用锁相环MCI4046B。
２．初步掌握锁相式数字频率合成技术。
３．掌握派冲吞食技术频率合成器的工作原理。
二、实验原理锁相环：基本锁相环电路由相位比较器、压控振荡器与低通滤波器联成的闭环频率反馈系统。
MCI4046B包含前二个单元，使用时应外接低通滤波器（阻、容元件），从而形成完整的锁相环。
其原理图如下：施加于相位比较器有二个信号：加于PHⅠ端的输入信号V1(t)，经压控振荡器输出信号V0(t)。
相位比较器输出信号为V e(t)，正比于V1(t)和V0(t)的相位差，V e(t)经低通滤波器后得到一个平均电压V d(t)，这个电压控制压控振荡器(VCO)的频率变化，使输入与输出信号的频率之差不断减小，直到这个差值为０，这时称之为锁定。
当锁相环锁定时，能使输出信号频率跟随输入信号频率变化。
锁定范围以f L表示,而锁相环能“捕捉”的输入信号频率称为捕捉范围，以f c表示。
锁相环在相位锁定的状况下，输入信号频率f1变化时，VCO输出频率f co 也跟着变化，并且严格保持一致，即f co＝f1，这就是锁相环的环路跟踪。
压控振荡器的压控特性如图所示。
压控振荡器的控制电压从０向V DD变化时，振荡频率由f min向f max变化，电源电压V DD高，中心频率f0与最高振荡频率f max高。
电源电压一定时，中心频率f0、最高振荡频率f max、最低振荡频率f min的高低与振荡器外接振荡元件R1、R2、C1取值大小有关。
三、实验仪器MCI4046B锁相环、MCI4526B、MC14522B、MC14027B ４位二进制１/N计数器。
四、实验内容1.对MCI4046进行VOC压控特性的测量。
a.测量方法：按图１连接电阻电容调节电位器Ｒ，使VOC输入电压从０～V CC由小到大变化，测量输出频率f。
V CC最大值为5V。
b.作出f～VCIN曲线并分析之。
测量数据作出其图形：在上图中，可以看出琐相环的压控特性曲线，随着电压的增大琐相环的频率也随之增大。
锁相环PLL原理与应用ppt
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这种情况应认为是“失锁”。只有出现两 个同频的稳定波形时才认为是“锁定
捕捉带的测量
• 环路失锁后，缓慢改变信号源频率，
从高端或低端向４０４６Ａ的中心
频率靠近，当信号源频率分别为fＰ H和fＰL时，环路又锁定。则环路捕 捉带ΔfP ＝ fPH－fPLfPH fHH
f
ωn、ξ的测量
捕捉带
• 失锁时，ωoωi，如果从两个方向 设法改变ωi，使ωi向ωo靠拢，进 而使ωo =（ωi－ωo），当ωo 小到某一数值时，环路则从失锁进 入锁定状态。这个使PLL经过频率 牵引最终导致入锁的频率范围称为 捕捉带ωp。
同步带ωH，捕捉带ωp 和VCO 中 心频率ωo的 关系
o P
H
-
实验原理及步骤 P（4）
9V
9V
10K
W1
10K
Ui
T
16 15 14 13 12 11 10
9
Ui 100u
4046B
A1
12345678
UF
A2
P（8）
1n
9V
1M
10K
16 15 14 13 12 11 10 9
4046A 12345678
100K
Uf 100K
510 4n7
1n 9V
100K
100K
9V 10K
W2 10K
第6章---锁相环路的应用
cos
2ct
mA 2
sin[(2c
)t
]
mA 2
sin[(2c
)t
]
(6-10) (6-11)
《锁相技术》
第6章 锁相环路的应用
《锁相技术》
图 6-7 AM信号的PLL同步解调
第6章 锁相环路的应用
《锁相技术》
图 6-7 AM信号的PLL同步解调
第6章 锁相环路的应用
二、模拟调频和调相信号的调制与解调
f p
1( 2
f3
f2)
1 (120.8 72.5) 2
24.15kHz
《锁相技术》
第6章 锁相环路的应用
二、频率特性 锁相环路对输入高频信号的带通特性是由环路传 递函数的低通特性所决定的。设输入信号被正弦音频 信号调频，则输入瞬时频率为
i (t) c sin t
(6-1)
式中ωc是载频；
第6章 锁相环路的应用
《锁相技术》
图 6-2 锁相环路跟踪特性的测量
第6章 锁相环路的应用
当输入频率下降时得到图中实线，在
fi=f3=1208kHz处环路捕获，在fi=f1=41kHz处失锁。由 此可算得环路的同步带
捕获带
f H
1( 2
f4
f1 )
1 (161.5 41)0 2
60.25kHz
U c {sin ct
mA 2
cos[(c
)t
]
mA 2
cos[(c
)t
]
(6-8)
《锁相技术》
第6章 锁相环路的应用
2调制器 用集成锁相环路很容易构成一个性能良 好的AM调制器。这时，环中的相乘器不再作鉴相器应 用，而是直接用它的相乘功能；压控振荡器也不再作 被控振荡器，而是直接产生载波信号。 由此构成如图 6-4框图。
实验4.8 模拟锁相环电路的应用
206实验4.8 模拟锁相环电路应用一、实验目的1、 掌握模拟锁相环的组成及工作原理。
2、 熟悉用集成锁相环构成锁相解调电路。
3、熟悉用集成锁相环构成锁相倍频电路。
二、实验仪器及材料高频电子实验箱及实验箱配置的高频信号源和低频信号源、双踪示波器、频率特性扫频仪（选项）、数字万用表、常用工具。
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。
它的基本原理是利用相位误差电压去消除频率误差，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，实现了无频差的频率跟踪和相位跟踪。
锁相环由三部分组成，如图4.8.1所示。
锁相环有控振荡器（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V i （t ），输出信号为V o （t ），由输出反馈至输入端。
三个基本部件的功能为（1）压控振荡器（VCO ）VCO 是控制系统的控制对象。
被控参数通常是振荡频率，控制信号是加在VCO 上的电压，称为压控振荡器，就是电压-频率变换器。
实际上还有电流-频率变换器，习惯上称为压控振荡器。
（2）鉴相器（PD ）PD 是相位比较装置，用来检测输出信号V O （t ）与输入信号V i （t ）之间的相位差θe （t ），并把θe （t ）转化为电压V d （t ）输出，V d （t ）称为误差电压。
通常V d （t ）为直流量或低频交流量。
（3）环路滤波器（LF ）环路滤波器LF 为低通滤波电路，其作用是滤除PD 的非线性在V d （t ）中产生的无图4.8.1 锁相环组成方框图用的组合频率分量及干扰，产生一个只反映θe（t）大小的控制信号V C（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V O（t）与V i（t）的相位差θe（t）发生变化。
该相位差经过PD转换成误差电压V d（t），误差电压经过LF滤波后得到V C（t），由V C（t）去改变VCO的振荡频率趋于输入信号的频率，使之达到相等。
实验六：集成锁相环应用实验PPT文档共15页
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
锁相环的原理及应用
锁相环的原理及应用一、基本工作原理1、环路的基本构成2、建立鉴相器、环路滤波器和压控振荡器的数学模型二、工作过程的定性分析1、锁定2、跟踪3、捕获4、失锁三、锁相环路的应用1、器件选型锁相频率合成器的分类HYT常用锁相频率合成芯片性能比较2、关键性指标分析相位噪声锁定时间环路带宽压控灵敏度一、基本工作原理锁相环是一种以消除频率误差为目的的反馈控制电路。
它的基本原理是利用相位误差去消除频率误差，所以当电路达到平衡状态时，虽然有剩余相位误差存在，但频率误差可以降低到零，从而实现无频率误差的频率跟踪和相位跟踪。
1、环路的基本构成锁相环是一个相位负反馈控制系统。
主要由鉴相器（PD ）、环路滤波器（LF ）和电压控制振荡器（VCO ）三个基本部件组成，如下图所示：鉴相器是相位比较器，它把输出信号)(t u o 和参考信号)(t u r 的相位进行比较，产生对应于两信号相位差的误差电压)(t u d 。
环路滤波器的作用是滤除误差电压)(t u d 中的高频成分和噪声，以保证环路所要求的性能，提高系统的稳定性。
压控振荡器受控制电压)(t u c 控制，频率向参考信号的频率靠近，于是两者频率之差越来越小，直至频差消除而被锁定。
2、建立鉴相器、环路滤波器和压控振荡器的数学模型 ➢ 鉴相器鉴相器（PD ）又称为相位比较器，它是用来比较两个输入信号之间的相位差)(t e 。
按鉴相特性来分，鉴相器可分为正弦型、三角型和锯齿型等，常用来分析的是正弦鉴相器，可用模拟乘法器与低通滤波器构成。
)(t u i )(t)(t u o图2 正弦鉴相其模型图1 锁相环的基本组成其数学模型为：) )(t o图3 鉴相器的数学模型➢ 环路滤波器环路滤波器（LF ）是一个线性低通滤波器，用来滤除误差电压)(t u d 中的高频分量和噪声，更重要的是它对环路参数调整起到决定性的作用。
常用的有：RC 积分滤波器 无源比例积分滤波器* 有源比例积分滤波器 ➢ 压控振荡器压控振荡器（VCO ）是一个电压－频率的变换器，在环路中作为被控振荡器，它的振荡频率应随输入控制电压)(t u c 线性的变化，即)()(00t u K t c v +=ωω其中，)(t v ω是VCO 的瞬时角频率，0K 是线性特性斜率，又称压控灵敏度或增益系数。
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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。
当V d(t)=0时压控振荡器进行自由振荡，当信号输入后（通常f i≠f o），鉴相器对V i(t)的f i，θi与V o(t)的f o，θo进行比相，并输出两信号相位差(θi-θo)成正比的误差电位V e(t)，经过低通滤波器除V e(t)的高频成分，输出控制电压V d(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V o(t)具有与V i(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V i(t)的频率（相位）在一定范围内变化，则输出V o(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，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V e(S)
V e(S)=K p(θi(S)- θo(S)) (1) 其中K p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
这种环路称为一阶锁相环。
然而若输入信号V i(t)中附有高频干扰，则输出V o(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——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)。
V d(S)=F(S) ·V e(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Δωo与外加电压V d(t)成正比。
Δωo =K o V d(t) (3) 其中K o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量，量纲为弧度/秒·伏。
（3）式也可写成
)(
0t
V
K
t d
O
=
∆
∆θ其拉氏变换为
S
S
V
K
S d
o
o
)
(
)
(=
θ(4) d)可得闭环回路的开环传递函数G(S)
S
K
S
F
K
S
G o
p
)
(
)
(=(5) 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
则
RC
S
RC
S
F
1
1
)
(
+
=代入（5）式
)
1
(
1
)
(
RC
S
S
RC
K
K
S
G
p
o
+
=
图四
它的对数幅频特性曲线如上图
因为20lg(R C K o K p)＞＞
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波解调的框图。
o
o d K f t V ∆=)(Θ 又i o f f ∆=∆Θ o i d K f t V ∆=
∴)( 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。
显然，当环路入锁后应满足
N f M K o i =，即输出信号频率i o f M
N f =
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，f i=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f o变化范围为0.1KHz—99.9KHz。
2．要求在0.1KHz—99.9KHz范围内，相位抖动不超过整个周期的5%。
3．测出压控振荡器的特性曲线，并求出K o。
4．测出鉴相器Ⅱ的特性曲线，并求出K p（包括低通滤波器）。