集成电路(压控振荡器_锁相环)组成的频率调制器与解调器

集成电路（压控振荡器，锁相环）组成的频率

调制器与解调器

实验项目名称集成电路（压控振荡器，锁相环）组成的频率调制器与解调器

实验项目目的1．了解压控振荡器和他构成的频率调制的原理；

2．掌握集成电路LM566构成的频率调制器的工作原理；3．了解锁相环的原理和他构成频率解调器的原理；4．掌握集成电路LM565构成频率解调器的工作原理。

实验项目简介高频电子线路课程的实践性很强，结合本专业学生特点，在高频电路实验的学习和研究过程中，学习了用模拟乘法器实现幅度调制和解调，由于课时限制没有学习频率调制和解调。利用开放实验用压控振荡器和锁相环组成调制和解调器，可以让学生进一步学习调制和解调的方法，可以扩展知识面和动手能力。此实验用压控振荡器组成频率调制器，用锁相环组成频率解调器，主要有以下6项内容 : 1.观察测量压控振荡器时基电阻R和时基电容C对频率的影响；2.观察测量输入电压对输出频率的影响(直流调制特性)；3.用压控振荡器组成FM频率调制器；4. 用压控振荡器组成FSK频率调制器；5. 用锁相环组成频率解调器解调FM信号；6.用锁相环组成频率解调器解调FSK信号。使学生掌握高频电子线路的设计、调整和测试技能。

适用专业物理和电信专业

开设时间建议每学年的第一二学期

对学生专业知

识与技能要求

已经修过模拟电子线路、高频电子线路的电信、物理专业的学生实验计划课时 6

二．实验原理与内容：

（一）集成电路566（压控振荡器）组成的频率调制器

1．LM566简介

LM566简介是一种积分-施密特触发电路型的单片集成Vco 电路，其管脚排列如图1－1所示。其中8脚接正电源，1脚接负电源（或地），2脚悬空，3脚输出方波，4脚输出三角波，5脚接输入电压，6脚接定时电阻RT ，7脚接定时电容CT 。LM566的内部框图如图1－2所示。图中的幅度鉴别器实为施密特触发器，其正向触发电平为Vsp,反向触发电平为Vsm 。当电容 CT 充电时，开关S1接通、S2断开，从而Vcc 经由RT 、恒流源I 0对CT 形成恒流的充电回路。电容CT 上电压V7线形上升，控制电压形成电路输出V0为低电平。当V7电压达到Vsp 时，幅度鉴别器翻转，使控制电压形成电路输出V0转换为高电平，引起开关S1断开，S2接通，从而恒流源I0全部流入A 支路，既I6=I0。由于电流转发器的特点，使得I7=I6，因而I7=I0,该电流由CT 提供。于是电容CT 经由电流转发器而放电，V7线形下降，V0保持高电平不变。当V7达到Vsm 时，又引起幅度鉴别器翻转，使V0转换为低电平，引起开关S1接通，S2断开，重新对CT 充电，如此

周而复始。I7及V0波形如图1－3所示。

图1－1 566管脚排列 图1－2 566框图

由于电压控制输出频率，因而其本质就是一个

调频器。输入调制信号可加在5脚上，只是566

输出的是调频方波或调频三角波（载波不是正弦

波）而已。改变定时元件RT 、CT 可改变载波频率，

（或称中心频率），其表达式为：

858

2()()T T V V f Hz R C V -=⨯⨯ RT 、CT 为时基电阻和电容，V5、V8为566管

脚5、8的对地电压。

2．LM566组成的频率调制器

LM566组成的频率调制器实验电路如图1－4所

示。图中采用了＋5V 和－5V 两路直流电源，分别

接到8脚和1脚上。C1定时电容，R3和Rp1一起

组成了定时电阻，调节Rp1可改变定时电阻的数值。 图1－3 波形图

5脚输入有两种工作方式：一是静态工作（连接C2与RP2后接入5脚），由5脚输入直流电压，输出为未调载波（直流电压调制）。二是动态工作（断开C2与RP2连接），从IN端输入的调制信号，再与R6上分得的直流电压相叠加，一起加入到5脚上，从而输出为已调波。根据需要，可在3脚R1端输出方波，

在4脚R2端输出三角波

因而本实验输出的是调频非正弦波。

图1－4 566构成的频率调制器图1－5 输入信号电路

3．实验内容与步骤

1）观察 R、C1 对频率的影响

这里所说的 R ＝ R3 ＋ Rp1, 按图1-4接线，将 Cl 接入 566 管脚⑦， Rp2 及 C2 接至566 管脚⑤；接通± 5V 电源。调 Rp2 使Ⅴ 5 ＝ 3. 5 Ⅴ，将频率计接至 566 管脚③，改变 Rp1 ，观察方波输出信号频率，记录当 R 为最大值和最小值时的输出频率。并填入表1-1 中。表1-1

R 值R min R max

频率 f 测量值

计算值

误差

当 R 分别为 Rmax 和 Rmin 及 C1 ＝ 2200pF 时，计算这二种情况下的频率，并与实验测量值进行比较。用双踪示波器观察并记录 R ＝ R max 时方波及三角波的输出波形。

2）输入直流电压对输出频率的影响

先调 Rp1 至最大，然后改变 Rp2 调整输入电压，测量当 V5 在 2.2V ～ 4.2V 变化时输出频率 f 的变化， V5 按 0.2V 递增。将测得的结果填入表1-2

表1-2

V 5 (V) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2

f(MHZ)

3） 交流调频信号电压对输出频率的影响

仍将 R 设置为最大，断开⑤脚所接 C2 、 Rp2 ，将图 3.9-7 （即：输入信号电路）的输出 OUT 接至图 3.9-6 中 566 的⑤脚。

（ 1 ）将函数发生器的正弦波调制信号 V i （输入的调制信号）置为 f ＝ 5KHz 、 Vp-p ＝ 1V ，然后接至图 3.9-6 电路的IN 端。用双踪示波器同时观察输入信号 V i 和 566 管脚③的调频（ FM ）方波输出信号，观察并记录当输入信号幅度 Vp-p 和频率 fm 有微小变化时，输出波形如何变化。注意：输入信号 V i 的 Vp-p 不要大于 1.3V 。

注意：为了更好的用示波器观察频率随电压的变化情况，可适当微调调制信号的频率，即可达到理想的观察效果。

（ 2 ）调制信号改用方波信号 V i ，使用频率 f m ＝ 1KHz ， Vp-p ＝ 1 Ⅴ，用双踪示波器观察并记录 V i 和 566 管脚③的调频（ FM ）方波输出信号。

（二）集成（锁相环）电路构成的频率解调器

集成锁相环（Phase Locked Loop:PLL ），简称PLL 。按其组成器件的电路形式，可以分为模拟锁相环和数字锁相换两大类，模拟锁相环的特点是以模拟电路为主，大都是双极型的，这类单片集成锁相环的品种很多，国外的产品有NE560,561,562,564,565等，国内

的产品有SL565,L562,L564,KD801,KD8041,BG322,X38等等。数字锁相环是随着数字技术发展起来的，其组成电路大部分采用TTL 逻辑电路，或ECL 逻辑电路。近几年CMOS 电路反展迅速，出现了CMOS 锁相环，国外产品CD4046,MC14046等，国内产品有J691,5G4046,CC4046等等，目前CMOS 单片集成锁相环的品种也越来越多。

1． 锁相环的组成电路

模拟锁相环有三个最基本的组成部分：鉴相器PD,环路滤波器LF 和压控振荡器VCO 等，如图2－1所示，PD 、LF 、VCO 形成一个闭合的相位反馈控制系统。

图2－1 锁相环路框图

1） PD 的功用

PD 是一个相位比较器，它把输入标频信号Vi(t)和VCO 输出信号Vo(t)进行相位比较，产生对应于两信号相位差的误差电压Vd(t)，起到相位差——电压变换作用。

PD 普遍采用双平衡相乘电路，它把Vi(t)和Vo(t)相乘产生和频和差频，通过低通滤波器滤除和品和其他谐波分量，得到一个对应于两信号相位差的误差电压Vd(t). 设输入信号为： PD

LF VCO 鉴频

输出

Vd(t) Vc(t) Vo(t)

Vi(t) VVi