锁相环鉴频器
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实践教学
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兰州理工大学
计算机与通信学院
2012年秋季学期
《通信原理实验》实验设计报告
题目：锁相环鉴频器设计
软件仿真与硬件调测
班级：通信工程10级（3）班
设计小组成员：
姓名：钟代清学号： 10250304 成绩：
姓名：张世斌学号： 10250314 成绩：
姓名：刘衍辉学号： 10250324 成绩：
姓名：王艳学号: 10250334 成绩：
指导教师：陈昊
目录
一、设计实验目的 (2)
二、设计指标 (2)
三、整体电路原理框图说明 (2)
3.1压控振荡器 (1)
3.2环路滤波器 (1)
3.3锁相环路的工作过程和工作状态 (1)
3.4锁相环的工作原理 (1)
3.5在电路设计中的作用 (2)
四、详细单元电路设计 (3)
4.1混频电路 (3)
4.2锁相环电路 (3)
4.3芯片介绍 (3)
五、整体电路设计与仿真结果 (5)
六、设计总结 (9)
七、参考文献 (10)
一、设计实验目的
1.1.掌握锁相环鉴频器工作原理。
1.2.熟悉鉴频器主要技术指标及其测试方法。
二、设计指标
2.1中心频率f=4.5MHz
2.2频带宽度BW=400KHz
2.3频偏为15KHz
三、整体电路原理框图说明
鉴相器PD 环路滤波
器LF
压控振荡
器VCO
调频输入
输出解调信号
图1 锁相鉴频器原理
锁相鉴频器原理框图如图1所示。当输入为调频波时，如果环路滤波器的带宽足够宽，使鉴相器的输出电压可以顺利通过，则VCO(压控振荡器)就能跟踪输入调频波中反映调制规律变化的瞬时频率，即VCO的输出就是一个具有相同调制规律的调频波。这时环路滤波器输出的控制电压就是所需的调频波解调电压
3.1压控振荡器
压控振荡器的振荡角频率ω
o (t)受控制电压u
c
(t)的控制。不管振荡器的形
式如何，其总特性总可以用瞬时角频率ω
o
与控制电压之间关系曲线来表示。
3.2环路滤波器
环路滤波器一般是线性电路，由线性元件电阻，电容及运算放大器组成。
3.3锁相环路的工作过程和工作状态
加到锁相环路的参考信号通常可以分为两类：一类是频率和相位固定不变的信号，另一类是频率和相位按某种规律变化的信号。我们从最简单的情况出发考察环路在第一类信号输入时的工作过程。3.4锁相环的工作原理锁相环包含三个主要的部分:⑴鉴相环(或相位比较器,记为PD或PC):是完成相位比较的单元,用来比较输入信号和基准信号的之间的相位.它的输出电压正比于两个输入信号之相位差.⑵低通滤波器(LPF):是个线性电路,其作用是滤除鉴相器输出电压中的高频分量,起平滑滤波的作用.通常由电阻、电容或电感等组成，有时也包含运算放大器。⑶压控振荡器（VCO）：振荡频率受控制电压控制的振荡器，而振荡频率与控制电压之间成线性关系。在PLL中，压控振荡器实际上是把控制电压转换为相位。
锁相环为无线电发射中使频率较为稳定的一种方法,主要有VCO(压控振荡器)和PLL IC ,压控振荡器给出一个信号,一部分作为输出,另一部分通过分频与PLL IC所产生的本振信号作相位比较,为了保持频率不变,就要求相位差不发生改变,如果有相位差的变化,则PLL IC的电压输出端的电压发生变化,去控制VCO,直到相位差恢复!达到锁频的目的!!能使受控振荡器的频率和相位均与输入信号保持确定关系的闭环电子电路。
锁相环由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器组成。鉴相器用来鉴别输入信号Ui与输出信号Uo之间的相位差，并输出误差电压Ud 。Ud 中的噪声和干扰成分被低通性质的环路滤波器滤除，形成压控振荡器（VCO）的控制电压Uc。Uc作用于压控振荡器的结果是把它的输出振荡频率fo拉向环路输入信号频率fi ，当二者相等时，环路被锁定，称为入锁。维持锁定的直流控制电压由鉴相器提供，因此鉴相器的两个输入信号间留有一定的相位差。
图1为上述三个部分组成PLL的方框图，它的工作过程如下：相位比较器把输入信号作为标准，将它的频率和相位与从VCO输出端送来的信号进行比较。如果在它的工作范围内检测出任何相位（频率）差，就产生一个误差信号Ve(t)，这个误差信号正比于输入信号和VCO输出信号之间的相位差，通常是以交流分量调制的直流电平。由低通滤波器滤除误差信号中的交流分量，产生信号Vd(t)去控制VCO，强制VCO朝着减小相位/频率误差的方向改变其频率，使输入基准信号和VCO输出信号之间的任何频率或相位差逐渐减小直至为0，这时我们就称环路已被锁定。
如果VCO的输出频率低于输入基准信号的频率，相位比较器的输出振幅就为正，经滤波后去控制VCO，使其频率增加，直到两个信号的频率和相位精确同步。相反，若VCO输出频率高于输入基准信号，相位比较器的输出会下降，使VCO锁定在输入基准信号的频率。3.5在电路设计中的作用自动完成两个电信号的相位的同步。
锁相环:为无线电发射中使频率较为稳定的一种方法,主要有VCO(压控振荡器)和PLL IC ,压控振荡器给出一个信号,一部分作为输出,另一部分通过分频与PLL IC所产生的本振信号作相位比较,为了保持频率不变,就要求相位差不发生改变,如果有相位差的变化,则PLL IC的电压输出端的电压发生变化,去控制VCO,直到相位差恢复!达到锁频的目的!!能使受控振荡器的频率和相位均与输入信号保持确定关系的闭环电子电路。
锁相环由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器组成。
四、详细单元电路设计
4.1混频电路
图3.混频电路
4.2锁相环鉴频器
4.3芯片介绍
在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频等调制与解调的过程均可视为两个信号相乘的过程，而集成模拟乘法器正是实现两个模拟量
电压或电流相乘的电子器件。采用集成模拟乘法器实现上述功能比用分立器件要简单得多，而且性能优越，因此集成模拟乘法器在无线通信、广播电视等方面应用较为广泛。在目前的乘法器中，单通道器件（如MOTOROLA的MC1496）无法实现多通道的复杂运算；二象限器件（如ADI公司的AD539）又会使负信号的应用受到限制。而ADI公司的MLT04则是一款完全四通道四象限电压输出模拟乘法器，这种完全乘法器克服了以上器件的诸多不足之处，适用于电压控制放大器、可变滤波器、多通道功率计算以及低频解调器等电路。非常适合于产生复杂的要求高的波形，尤其适用于高精度CRT显示系统的几何修正。其内部结构及引脚排列如图1所示。
Mc1496管脚图五、整体电路设计与仿真结果
混频电路图
混频器效果图
锁相环鉴频器电路图
锁相鉴频效果图方案1脉冲计数式鉴频器
六、设计总结
经过这次实验，我感觉收获很大，这是一次理论联系实解，如知道了鉴频器的几种实现方法，知道了锁相环的工作原理和在鉴频方面的应用。通过这次设计，我学到了如何做设计的基本框架，也知道了理论与实际其实有很大的区别，如在仿真作出的电路图，在实际中不一定行的通，在焊际的过程，尽管过程很辛苦。但在整个做的过程中，使我对鉴频器有了更深的了接电路实物图时，有很多的不确定因素，如导线的接触是否完好啊，接触电阻是否过大啊，以及外界电磁对电路脉冲的影响啊。以及芯片插槽是否连结完好等。但有一点可以确定，那就是只要你用心去做，你一定会受益匪浅，一定会成功。
从本次设计的目的来看，收获也是不少的，它使我们对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解，也让我们知道了，光分开使不够的，从外面学到的知识要把形成一各整体，这也很好的训练了外面对开发一个项目应该有怎样的思路和准备更清晰。来学校两年多了，无论是从C语言课程设计到金工实习，还是到现在的课程设计，每一次自己都觉得有一个进步，虽然有些方面自己做不出，但可以从老师和其他同学那里学到更好更多的东西，他们从另一个方面透析了自己的困难，这是很重要的，它让我学会了怎样学习别人的长处并把它变成自己的长处。有这样的机会和收获，要感谢老师的辅导以及同学的帮助，是他们让自己有了一个更好的认识
七、参考文献
【1】刘泉，通信电子线路.武汉：武汉理工大学出版社【2】张肃文，高频电子线路.北京：高等教育出版社【3】高吉祥，高频电子线路.北京：电子工业出版社【4】侯丽敏，通信电子线路。北京：清华大学出版社
高频小信号调谐放大器的电路设计与仿真
课程设计任务书 学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目：1.高频小信号调谐放大器的电路设计与仿真 2. 乘积型相位鉴频设计与仿真 3. 高频谐振功率放大器设计与制作 初始条件： 对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；具备高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力。 要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1.谐振频率：o f ＝10.7MHz ；谐振电压放大倍数：dB A VO 20≥，；通频带：MHz B w 17.0=；矩形系数：101.0≤r K 。要求：放大器电路工作稳定，采用自耦变压器谐振输出回路 2.电路的主要技术指标：输出功率Po ≥125mW ，工作中心频率fo=6MHz ， >65%， 已知：电源供电为12V ，负载电阻,RL=51Ω，晶体管用3DA1，其主要参数：Pcm=1W,Icm=750mA,VCES=1.5V,fT=70MHz,hfe ≥10，功率增益Ap ≥13dB （20倍）。 时间安排： 第15周，安排任务（鉴3-204） 第16周，仿真、实物设计（鉴主实验室） 第17周，完成（答辩，提交报告，演示） 指导教师签名： 年 月 日
系主任（或责任教师）签名：年月日 高频小信号谐振放大器 (3) 1.设计任务 (3) 2 .总体电路方框图 (3) 3 单元电路设计 (4) 3.1小信号放大电路 (4) 3.2 选频网络 (5) 4仿真结果 (6) 5 实物制作与测试 (7) 乘积型相位鉴频设计与仿真 (8) 1.鉴频器概述 (8) 2.鉴频器的主要参数 (8) 2.1鉴频特性(曲线) (8) 2.2鉴频器的主要参数 (9) 3.鉴频方法 (9) 3.1直接鉴频法 (9) 3.2间接鉴频法 (10) 3.2乘积型相位鉴频器原理说明 (10) 4.乘积型相位鉴频器实验电路说明及仿真设计 (11) 4.1乘积型相位鉴频器电路 (11) 4.2仿真电路设计及结果分析 (12) 5.MC1496鉴频电路的鉴频实物实验 (14) 5.1鉴频电路的鉴频操作过程 (14) 5.2鉴频特性曲线（S曲线）的测量方法 (14) 高频功率放大器 (15) 1.放大器电路分析 (15) 2 谐振功率放大器的动态特性 (16) 2.1谐振功放的三种工作状态 (16) 2.2 谐振功率放大器的外部特性 (17) 3单元电路的设计 (19) 3.1确定功放的工作状态 (19) 3.2基极偏置电路计算 (20) 3.3计算谐振回路与耦合线圈的参数 (21) 3.4电源去耦滤波元件选择 (21) 4电路的安装与调试 (22) 总结 (23) 参考文献 (24)
实验三：模拟锁相环与载波同步
实验三：模拟锁相环与载波同步 一、实验目的 1.模拟锁相环工作原理以及环路锁定状态、失锁状态、同步带、捕捉带等基本概念。 2.掌握用平方法从2DPSK信号中提取相干载波的原理及模拟锁相环的设计方法。 3.了解相干载波相位模糊现象产生的原因。 二、实验内容 1. 观察模拟锁相环的锁定状态、失锁状态及捕捉过程。 2. 观察环路的捕捉带和同步带。 3. 用平方环法从2DPSK信号中提取载波同步信号，观察相位模糊现象。 三、实验步骤 本实验使用数字信源单元、数字调制单元和载波同步单元。 1.熟悉载波同步单元的工作原理。接好电源线，打开实验箱电源开关。 2.检查要用到的数字信源单元和数字调制单元是否工作正常（用示波器观察信源NRZ-OUT(AK)和调制2DPSK信号有无，两者逻辑关系正确与否）。 3. 用示波器观察载波同步模块锁相环的锁定状态、失锁状态，测量环路的同步带、捕捉带。 环路锁定时u d 为直流、环路输入信号频率等于反馈信号频率（此锁相环中 即等于VCO信号频率）。环路失锁时u d 为差拍电压，环路输入信号频率与反馈信号频率不相等。本环路输入信号频率等于2DPSK载频的两倍，即等于调制单元CAR信号频率的两倍。环路锁定时VCO信号频率等于CAR-OUT信号频率的两倍。所以环路锁定时调制单元的CAR和载波同步单元的CAR-OUT频率完全相等。 根据上述特点可判断环路的工作状态，具体实验步骤如下： （1）观察锁定状态与失锁状态 打开电源后用示波器观察u d ，若u d 为直流，则调节载波同步模块上的可变电 容C 34，u d 随C 34 减小而减小，随C 34 增大而增大（为什么？请思考），这说明环路 处于锁定状态。用示波器同时观察调制单元的CAR和载波同步单元的CAR-OUT，可以看到两个信号频率相等。若有频率计则可分别测量CAR和CAR-OUT频率。在 锁定状态下，向某一方向变化C 34，可使u d 由直流变为交流，CAR和CAR-OUT频 率不再相等，环路由锁定状态变为失锁。
鉴相器原理与分类
鉴相器原理及分类更新于2010-05-13 03:52:41 文章出处:与非网 鉴相器取样鉴频 鉴相器-原理特性 使输出电压与两个输入信号之间的相位差有确定关系的电路。表示其间关系的函数称为鉴相特性。鉴相器是锁相环的基本部件之一，也用于调频和调相信号的解调。常见的鉴相特性有余弦型、锯齿型与三角型等。 鉴相器特性用ud(t)＝kdf【θe(t)】表示。式中kd为鉴相器的增益系数；θe(t)＝θ1(t)－θ2(t)，表示两个输入信号之间的相位差。函数f【·】表示鉴相特性，它反映鉴相器的输出电压ud(t)与相位差的关系。常见的鉴相特性有余弦型、锯齿型与三角型等。 鉴相器-分类 鉴相器可以分为模拟鉴相器和数字鉴相器两种。 二极管平衡鉴相器是一种模拟鉴相器。两个输入的正弦信号的和与差分别加于检波二极管，检波后的电位差即为鉴相器的输出电压。其鉴相特性通常为余弦型的。鉴频鉴相器是一种数字鉴相器。两个输入信号是脉冲序列，其前沿（或后沿）分别代表各自的相位。比较这两个脉冲序列的频率和相位即可得到与相位差有关的输出。这种鉴相器的鉴相特性为锯齿形。因它兼具鉴频作用，故称鉴频鉴相器 二极管平衡鉴相器 这是一种模拟鉴相器，原理电路如图1。二极管D1、D2和C1R1、C2R2构成两个峰值检波器。两个输入的正弦信号u1(t)=U1sin(ωt+θ1)、u2(t)＝U2sin(ωt+θ2)的和与差分别加于检波二极管D1和D2，检波后的电压差即为鉴相器的输出电压ud。当U2U1时,ud∝U1cos(θ1－θ2)。在这种情况下,它的鉴相特性是余弦型的(图2a)。 鉴频鉴相器 这是一种数字鉴相器。两个输入信号是脉冲序列，其前沿(或后沿)分别代表各自的相位。比较这两个脉冲序列的频率和相位即可得到与相位差有关的输出。图3是一种鉴频鉴相器的框图。比相器可由触发器构成。当两个输入信号u1和u2同频同相时,触发器没有输出,充电电流等于零。当u1脉冲序列超前于u2时，触发器产生一个其宽度与相位差成正比的正脉冲，充电电路被充电，其输出电压为正值，大小与充电脉冲宽度成正比。若u1落后于u2,则触发器输出一个负脉冲，充电电路的输出为负值。这种鉴相器的鉴相特性为锯齿形（图2b）。这种鉴相器兼具鉴频作用，故称鉴频鉴相器。
乘积型相位鉴频器的设计
一、电路原理 1．电路原理 （1）乘积型相位鉴频由移相网络、乘法器和低通滤波器三部分组成。调频信号一路直接加至乘法器，另一路经相移网络移相后(参考信号)加至乘法器。由于调频信号和参考信号同频正交，因此，称之为正交鉴频器。如图所示。 图1 正交鉴频原理图 （2）用LM1596构成的乘积型相位鉴频器电路如图所示。 图2 LM1596构成的相位鉴频器 其中C 1与并联谐振回路C 2L 共同组成线性移相网络，将调频波的瞬时频率的变化转变成瞬时相位的变化。分析表明，该网络的传输函数的相频特性)(ωφ的表 达式为： )]1(arctan[2)(20 2 --=w w Q w π φ 当 <
或 )2arctan(2 )(0 f f Q f ?-= ?π φ 式中f 0—回路的谐振频率，与调频的中心频率相等。Q —回路品质因数。△ f —瞬时频率偏移。相移φ与频偏△f 的特性曲线如图所示。 图3 相移φ与频偏△f 的特性曲线 2．主要技术指标 相位鉴频法的原理框图如下图所示。图中的变换电路具有线性的频率—相位转换特性，它可以将等幅的调频信号变成相位也随瞬时频率变化的、既调频又调相的FM-PM 波。把此FM-PM 波和原来输入的调频信号一起加到鉴相器上，就可以通过鉴相器解调此调频信号。相位鉴频法的关键是相位检波器，相位检波器或鉴相器就是用来检出两个信号之间的相位差，完成相位差—电压变换作用的部件或电路。设输入鉴相器的两个信号分别为： 把它们同时加于鉴相器，鉴相器的输出电压o u 是瞬时相位差的函数，即： 在线性鉴相时，o u 与输入位相差21()()()e t t t ???=-成正比。信号2u 中引入/2π固 定相移的目的在于当输入相位差21()()()e t t t ???=-在零附近正负变化时，鉴相器输出电压也相应地在零附近正负变化。 图4 相位鉴频器的框图 11122222cos ()cos ()sin ()2c c c u U t t u U t t U t t ω?πω?ω?=+???? ?? =-+=+???????? 21()()o u f t t ??=-????
正交鉴频器实验报告
正交鉴相鉴频器 实验报告 一. 设计方案: 1. 实验原理： 先将调频波经过一个移相网络变换成调相调频波，然后再与原调频波一起加到一个相位检波器进行鉴频。 利用模拟乘法器的相乘原理可以实现乘积型相位检波: 输入信号 ()cos(sin )s sm c f v t V t m t ω=+Ω 移相后的信号为: ''' ()cos{sin [ ()]} 2 sin[sin ()] s sm c f sm c f v t V t m t V t m t π ω?ωω?ω=+Ω++=+Ω+ 得到的输出信号 '' 1()KV sin[2(sin )()] 2 1 V sin () 2 o sm sm c F sm sm v t V t m t K V ω?ω?ω=+Ω++ 其中第一项为高频分量,可以用滤波器滤掉，第二项是所需的频率分量。只要线性移相网络的相频特性()?ω在调频波的频率变化范围内是线性的，当 ()0.4rad ?ω≤时，sin ()()?ω?ω≈。因此，鉴频器的输出电压()o v t 的变化规 律与调频波瞬时频率的变化规律相同，从而实现了相位鉴频。 2. 各部分电路具体实现： 鉴相鉴频器主要由三部分组成：移相网络，模拟相乘器和低频放大器。具体电路实现如下： (1) 移相网络： v D (t)
用LC 谐振回路实现移相网络，使输入信号移相90°。谐振回路的谐振频率为中频频率2.455MHz 。 (2) 模拟相乘器 用MC1496构成相乘器，使输入的两路正交信号相乘。1,4管脚和8,10管脚间分别接有电位器R2和R5用来调节输入直流平衡。电源处C7,C8和L2构成 型滤波网络，R12和C9起级间去耦作用。 (3) 低频放大器: 用LM741运放来放大输入调制信号，同时运放还能起到低通滤波以及隔离的作用。通过调节相应的电阻值可以改变放大的倍数。在运放的两个输入端2脚和3脚加上两个隔直电容，可以滤去直流分量，以保证运放的工作点正确。R21和C15构成低通滤波器。 L2 R13R12
实验三 模拟锁相环与载波同步
实验三 模拟锁相环与载波同步 一、实验目的 1.掌握模拟锁相环的工作原理，以及环路的锁定状态、失锁状态、同步带、捕捉带等基本概念。 2.掌握用平方环法从 2DPSK 信号中提取相干载波的原理及模拟锁相环的设计方法。 3.了解2DPSK 相干载波相位模糊现象产生的原因。 二、实验原理 通信系统常用平方环或同相正交环（科斯塔斯环）从 2DPSK 信号中提取相干载波。本实验使用平方环提取想干载波，其载波同步原理方框图如图 l 所示。 图1 载波同步方框图 锁相环由鉴相器（PD ）、环路滤波器（LF ）、及压控振荡器（VCO ）组成，如图2所示。 图2 锁相环方框图 模拟锁相环中，PD 是一个模拟乘法器，LF 是一个有源或无源低通滤波器。锁相环路是一个相位负反馈系统，PD 检测 u i (t)与 u o (t)之间的相位误差并进行运算形成误差电压 u d (t),LF 来滤除乘法器输出的高频分量（包括和频及其他的高频噪声）形成控制电压 u c (t)，在 u o (t)的作用下、u o (t)的相位向u i (t)的相位靠近。设u i (t)=U i sin [ωi t+θi (t)]，u o (t)=U o sin [ωo t+θo (t)]，则 ud(t) =Udsin θe (t)，θe (t) =θi (t)- θo (t)，故模拟锁相环的 PD 是一个正弦PD 。设u c (t)=u d (t)F (P)，F （P ）为LF 的传输算子，VCO 的压控灵敏度为K ，则环路的数学模型如图 3 所示。 图3 模拟环数学模型 当6)(π θ≤t e 时，U d sin =)(t c θU d e θ，令d d U K =为PD 的线性化鉴相灵敏度、单位为V/rad ，则环路线性化数学模型如图4所示。
高频课程2设计
目录 摘要............................................................... I Abstract........................................................... I I 1绪论. (1) 2 鉴频及方法原理 (2) 2.1 鉴频 (2) 2.2 鉴频方法 (3) 2.3 乘积型相位鉴频器 (4) 2.3.1 移相网络 (5) 2.3.2 低通滤波器 (5) 3 MC1496芯片的介绍 (7) 3.1 内部结构 (7) 3.2 静态工作点设置 (8) 3.2.1 静态偏置电压的设置 (8) 3.2.3 静态偏置电流的确定 (8) 4 设计内容 (9) 4.1总体设计电路 (9) 4.2电路图 (12) 4.3鉴频特性曲线的测量方法 (13) 4.3静态工作点测量 (13) 5心得体会 (16) 参考文献 (17)
摘要 鉴频是调频的逆过程，广泛采用的鉴频电路是相位鉴频。其鉴频原理是：先将调频波经过一个线性移相网络变换成调频调相波，然后再与原调频波一起加到一个相位检波器进行鉴频。因此实现鉴频的核心部件是相位检波器。相位检波器又分为叠加型相位检波和乘积型相位检波，利用模拟乘法器的相乘原理可实现乘积型相位检波。 乘积型相位鉴频器实际上是一种正交鉴频器，它由移相网络、乘法器和低通滤波器三部分组成。调频信号一路直接加至乘法器，另一路经相移网络移相后(参考信号)加至乘法器。由于调频信号和参考信号同频正交，因此，称之为正交鉴频器。这个设计采用乘积型相位鉴频器 MC1496芯片完成一个相位鉴频器的设计。 关键词：鉴频、调频、乘积型相位鉴频器、MC1496芯片
简述锁相环
南京机电职业技术学院 毕业设计(论文) 题目 40MHz简易锁相环的设计 系部电子工程系专业电子信息技术工程 姓名王鑫学号 G1210145 指导教师吕彬森 2015 年 04 月09日
摘要 在无线收发信机电路中，除了发射机和接收机外，还有一个非常重要的部分就是本地振荡电路。为了保证本地振荡模块输出信号的频率稳定性和较低的相位噪声，通常本振采用锁相环技术来实现，特别在无线通信领域。 本文阐述了锁相环的基本结构和工作原理，从锁相环稳定性的角度出发，给出了无线通信电路中使用40MHz 锁相环的电路设计，并且将方案中锁相环电路进行了仿真，最终满足40MHz 锁相环的设计要求。 关键词：锁相环；鉴相器；压控振荡器
Abstract（外语专业的需要） 【英文摘要正文输入】 In the wireless transceiver circuit, in addition to the transmitter and the receiver, there is a very important part of the local oscillator circuit is. In order to ensure the stability of the local oscillator module, output signal frequency and low phase noise, the vibration by using phase locked loop technique, especially in the field of wireless communications. This paper introduces the basic structure and working principle of the phase-locked loop PLL, starting from the stability of the 40MHz PLL circuit design is given of the use of wireless communication circuit, and the scheme of PLL circuit simulation, and ultimately meet the design requirements of 40MHz phase locked loop. Keywords: Attenuation network; Attenuation quantity; Amplifier; broadband
实验12 斜率鉴频与相位鉴频器
实验12 斜率鉴频与相位鉴频器 —、实验准备 1．做本实验时应具备的知识点： FM波的解调 斜率鉴频与相位鉴频器 2．做本实验时所用到的仪器： 变容二极管调频模块 斜率鉴频与相位鉴频器模块 双踪示波器 万用表 二、实验目的 1．了解调频波产生和解调的全过程以及整机调试方法，建立起调频系统的初步概念； 2．了解斜率鉴频与相位鉴频器的工作原理； 3．熟悉初、次级回路电容、耦合电容对于电容耦合回路相位鉴频器工作的影响。 三、实验内容 1．调频-鉴频过程观察：用示波器观测调频器输入、输出波形，鉴频器输入、输出波形； 2．观察初级回路电容、次级回路电容、耦合电容变化对FM波解调的影响。 四、基本原理 从FM信号中恢复出原基带调制信号的技术称为FM波的解调，也称为频率检波技术，简称鉴频。鉴频器的解调输出电压幅度应与输入FM波的瞬时频率成正比，因此鉴频器实际上是一个频率—电压幅度转换电路。实现鉴频的方法有很多种，本实验介绍斜率鉴频和电容耦合回路相位鉴
频。 1．斜率鉴频电路 斜率鉴频技术是先将FM波通过线性频率振幅转换网络，使输出FM波的振幅按照瞬时频率的规律变化，而后通过包络检波器检出反映振幅变化的解调信号。实践中频率振幅转换网络常常采用LC并联谐振回路，为了获得线性的频率幅度转换特性，总是使输入FM波的载频处在LC并联回路幅频特性曲线斜坡的近似直线段中点，即处于回路失谐曲线中点。这样，单失谐回路就可以将输入的等幅FM波转变为幅度反映瞬时频率变化的FM波，而后通过二极管包络检波器进行包络检波，解调出原调制信号以完成鉴频功能。 图12-1为斜率鉴频与相位鉴频实验电路，图中13K02开关打 向“3”时为斜率鉴频。13Q01用来对FM波进行放大，13C2、13L02为频率振幅转换网络，其中心频率为9MHZ左右。13D03为包络检波二极管。13TP01、13TP02为输入、输出测量点。 2．相位鉴频器 本实验采用平衡叠加型电容耦合回路相位鉴频器，实验电路如图12-1所示，开关13K02拨向“1”时为相位鉴频。 相位鉴频器由频相转换电路和鉴相器两部分组成。输入的调频信号加到放大器13Q01的基极上。放大管的负载是频相转换电路，该电路是通过电容13C3耦合的双调谐回路。初级和次级都调谐在中心频率上。初级回路电压直接加到次级回路中的串联电容13C04、13C05的中心点上，作为鉴相器的参考电压；同时，又经电容13C3耦合到次级回路，作为鉴相器的输入电压，即加在13L02两端用表示。鉴相器采用两个并联二极管检波电路。检波后的低频信号经RC滤波器输出。
任务4-6 鉴频与鉴相
任务4-7 鉴频与鉴相 4-6-1资讯准备 任务描述 1．了解鉴频的概念、方法及鉴频的主要技术要求； 2．理解各类鉴频电路的组成、工作原理、分析方法及主要特点。 资讯指南 导学材料 一、鉴频方法综述 调频信号解调又称为频率检波，是从调频波中取出原调制信号，即输出电压与输入信号的瞬时频率偏移成正比，又称为鉴频器，简称鉴频。它是把调频信号的频率 )()(t t c ωωω?+=与载波频率c ω比较，得到频差)()(t f t m ωω?=?，从而实现频率检波。 1．鉴频的方法 鉴频的方法很多，其工作原理都是将输入的调频信号进行特定的变换，使变换后的波形包含反映瞬时频率变化的量，再通过低通滤波器滤波就可以得到原调制信号。常用的鉴频方法有以下几种： (1)斜率鉴频器 它先将输入等幅的调频波通过线性网络进行频率-幅度变换，得到振幅随瞬时频率变化的调频波，然后用包络检波器将信号的振幅变化取出来；其输出信号就是原调制信号。 (2)相位鉴频器 它先将输入等幅的调频波通过线性网络进行频率-相位变换，得到附加相位随瞬时频率变化的调频波，然后用鉴相器将它的附加相移变化取出来，其输出信号就是原调制信号。
(3)脉冲计数式鉴频器 它先将输入等幅的调频波通过非线性变换网络进行波形变换，得到数目与瞬时频率成正比、但幅度和形状相同的调频脉冲序列，然后将信号通过低通滤波器，其输出信号就是原调制信号。 2．鉴频器的主要技术要求 鉴频器的输出电压u o随输入调频的瞬时频率f的变化特性称为鉴频特性。为了实现不失真的解调，u o应与f成线性关系，即鉴频特性曲线应为一条直线。但是，实际的鉴频特性往往是一条曲线，所以它只能在有限频率范围内实现线性鉴频。图4-6-1为一典型的鉴频特性曲线，由于该曲线与英文字母“S”相似，故又称为S曲线。由图可以看出，对应于调频波的中心频率f c，输出电压u o=0；当信号频率向左右偏离时，u o分别为正负值。 图4-6-1 鉴频特性曲线 对鉴频器主要技术要求有： (1)鉴频特性为线性 鉴频电路输出低频解调电压与输入调频信号瞬时频偏的关系称为鉴频特性，理想的鉴频特性应是线性的。实际电路的非线性失真应该尽量减小。 (2)鉴频线性范围要宽 由于输入调频信号的瞬时频率是在载频附近变化，故鉴频特性曲线位于载频附近，其中线性部分称为鉴频线性范围。要求其鉴频线性范围足够宽。 (3)鉴频灵敏度要高 在鉴频线性范围内，单位频偏产生的解调信号电压的大小称为鉴频灵敏度S d。S d越大，鉴频效率就越高。 二、鉴频电路 1．斜率鉴频器 斜率鉴频器是利用频幅转换网络将调频信号转换成调频-调幅信号，然后再经过检波电路取出原调制信号，这种方法称为斜率鉴频，因为在线性解调范围内，解调信号电压与调频信号瞬时频率之间的比值和频幅转换网络特性曲线的斜率成正比。斜率鉴频的电路模型如图4-6-2所示。
锁相环PLL的组成和工作原理
锁相环的组成和工作原理#1 1．锁相环的基本组成 许多电子设备要正常工作，通常需要外部的输入信号与内部的振荡信号同步，利用锁相环路就可以实现这个目的。 锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环（PLL）。锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。 因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。 锁相环通常由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡 器（VCO）三部分组成，锁相环组成的原理框图如图8-4-1 所示。 锁相环中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入 信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成uD（t）电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压uC（t），对振荡器输出信号的频率实施控制。 2．锁相环的工作原理 锁相环中的鉴相器通常由模拟乘法器组成，利用模拟乘法器组成的鉴相器电 路如图8-4-2所示。 鉴相器的工作原理是：设外界输入的信号电压和压控振荡器输出的信号电压 分别为： （8-4-1） （8-4-2） 式中的ω0为压控振荡器在输入控制电压为零或为直流电压时的振荡角频率，称为电路的固有振荡角频率。则模拟乘法器的输出电压uD为： 用低通滤波器LF将上式中的和频分量滤掉，剩下的差频分量作为压控振荡器的输入控制电压uC（t）。即uC（t）为： （8-4-3） 式中的ωi为输入信号的瞬时振荡角频率，θi（t）和θO（t）分别为输入信号和输出信号的瞬时位相，根据相量的关系可得瞬时频率和瞬时位相的关系为： 即（8-4-4） 则，瞬时相位差θd为 （8-4-5）
(相位鉴频器)电子测量实验指导书(科)
Xb08610209 陆斌 08电子信息（2）班 相位鉴频器 一、实验目的 1、熟悉相位鉴频电路的基本原理。 2、了解鉴频特性曲线（S 曲线）的正确调整方法。 3、将变容二极管调频器与相位鉴频器两实验板进行联机调试，进一步了解调频和解调全过程及整机调试方法。 二、实验原理 相位鉴频器是模拟调频信号解调的一种最基本的解调电路，它具有鉴频灵敏度高，解调线性好等优点。 1、鉴频概述 调频波的解调称为频率解调，简称鉴频；调相波的解调称为相位检波，简称 鉴相。它们的作用都是从已调波中检出反映在频率或相位变化上的调制信号。但是采用的方法不尽相同。由于在调频接收机中，当等幅调频信号通过鉴频前各级电路时，因电路频率特性不均匀而导致调频信号频谱结构的变化，从而造成调频信号的振幅发生变化。如果存在着干扰，还会进一步加剧这种振幅的变化。鉴频器解调这种信号时，上述寄生调幅就会反映在输出解调电压上，产生解调失真。因此，一般必须在鉴频前加一限幅器以消除寄生调幅，保证加到鉴频器上的调频电压是等幅的。限幅与鉴频一般是连用的，统称为限幅鉴频器。 鉴频器输出电压u 0随输入频率f （或频偏 ）变化的特性称为鉴 频特性。在线性解调的理想情况下，鉴频特性为一直线，实际上会弯曲，呈“S”型，称为“S”曲线。 2、鉴频器指标 1）鉴频跨导（效率、灵敏度）S D ：鉴频特性在f c 处的斜率，用它来评价鉴频能力。 单位为V/Hz 。S D 越大，表明鉴频器将输入瞬时频偏变换为输出解调电压的能力越强。 c f f f -=?
一般情况下，S D 为调制角频率的复值函数，即()D S j Ω，要求它的通频带大于调制信号的最高频率 m ax Ω 2）峰值带宽max B ：鉴频器输出电压两峰值点所对应的频率差，即 max 21B f f =-，它近似表明鉴频器鉴频线性区的宽度。为了减小鉴频器的非线性 失真，要求鉴频特性近似线性的范围 m ax 2f ?大于2m f ?。 ③ 最大输出电压0m ax U ：鉴频器输出的最大电压。 ④ 线性度要好与失真要小。 3.电容耦合双调谐回路相位鉴频器： 相位鉴频器的组成方框图如3-3示。图中的线性移相网络就是频—相变换网络，它将输入调频信号u1 的瞬时频率变化转换 为相位变化的信号u2，然后与原输入的调频信号一起加到相位检波器，检出反映频率变化的相位变化，从而实现了鉴频的目的。 图3-4的耦合回路相位鉴频器是常用的一种鉴频器。这种鉴频器的相位检波器部分是由两个包络检波器组成，线性移相网络采用耦合回路。为了扩大线性鉴频的范围，这种相位鉴频器通常都接成平衡和差动输出。 图3-4 耦合回路相位鉴频器 图3-5（a ）是电容耦合的双调谐回路相位鉴频器的电路原理图，它是由调 o
相位鉴频器
课程名称通信电子线路 实验项目相位鉴频器成绩 学院信息专业通信工程学号20141060149姓名李越 实验时间2016.06.04实验室3501指导教师谢汝生 1.实验目的 1.熟悉变容二级管调频器和相位鉴频器电路原理及构成。 2.了解调频器调制特性和相位鉴频器的鉴相特性及测量方法。 3.将变容二极管调频器与相位鉴频器两实验板进行联机试验，进一步了解调 频和解调全过程及整机调试方法。 2.实验设备 1.双踪示波器（RIGOL DS5062CA数字存储示波器） 2.频率计（AT-F1000-C数字频率计） 3.万用表（DT9205数字万用表） 4.扫频仪（BT3C宽带扫频仪）
5.清华科教TPE-GP2型高频电路实验箱及G4实验板 6.高频信号发生器（前锋QF1055A/1056A信号发生器） 3.实验电路及基本原理分析 从调频波中取出原来的调制信号，称为频率检波，又称为鉴频。在调频波中，调制信号包含在高频振荡频率的变化量中，所以调频波的解调任务就是要求鉴频器输出信号与输入调频波的瞬时频移成线性关系。 鉴频器电路是先借助谐振电路将等幅的调频波转换为幅度随瞬时频率变化的调幅调频波，再用二极管检波器进行幅度检波，以还原出调制信号。由于信号的最后检出还是利用高频振幅的变化，为了避免寄生调幅干扰检出的调制信号，一般都将输入鉴频器的调频波进行限幅去干扰，使其幅度恒定后再进行鉴频。
相位鉴频器是利用回路的相位-频率特性来实现调频波变换为调幅调频波的。它是将调频信号的频率变化转换为两个电压之间相位变化，再将这相位变化转换为对应的幅度变化，然后利用幅度检波器检出幅度变化。 本实验所用电路如图，该电路为电容耦合回路叠加型相位鉴频器。电路中V1/V2构成差分对振幅限幅电路，对输入信号进行去干扰限幅。同时在V2的集电极负载回路中设置了由CT1、C6、L1组成的并联谐振回路，与由CT2、C10、i 为调幅调频波。再通过后面两只检波二极管D1、D2组成的对称幅度检波器分别对上下两个调幅包络进行检波，最后得到调制信号。 4.实验步骤及内容记录（包括数据、图表、波形、程序设计等） 1.用扫频仪调整相位鉴频器的S型鉴频特性。 将实验电路中E、F、G三个接点分别与半可调电容C T1、C T2、C T3连接。
乘积型相位鉴频器的设计
课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目：乘积型相位鉴频器的设计 初始条件： 具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式有一定的了解；具备晶体管电路的基本设计及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测；使用适当的软件进行仿真和制作PCB板图。 主要内容： 本题目为集成模拟乘法器应用设计之一，即设计一个乘积型相位鉴频器。通过本次电路设计，掌握集成模拟乘法器的基本原理及其所构成的相位鉴频电路的设计方法、电路调整及测试技术。加深对高频电子线路课程理论知识的理解，提高电路设计及电子实践能力。 基本要求： (1) 采用集成模拟乘法器设计乘积型相位鉴频器，电路的工作中心频率 为f=6.5MHz。 (2) 绘制电路原理图，并给出鉴频特性曲线。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 1 原理说明与电路分析 (3) 1.1电路原理及用途.........................................................................................错误！未 定义书签。 2.2 模拟乘法器MC1496 (4) 2.3 低通滤波器 (5) 2.4主要技术指标 (5) 3 乘积型相位鉴频器 (8) 3.1 乘积型相位鉴频器的原理图....................................................................错误！未 定义书签。 3.2电路工作状态或元件参数的确定 (9) 3.3仿真结果 (11) 3.4 调试及静态工作点的测量 (14) 4 元件清单 (16) 5 心得体会 (17) 6参考文献 (18)
基于锁相环的时间同步机制与算法
ISSN 1000-9825, CODEN RUXUEW E-mail: jos@https://www.360docs.net/doc/d74361689.html, Journal of Software, Vol.18, No.2, February 2007, pp.372?380 https://www.360docs.net/doc/d74361689.html, DOI: 10.1360/jos180372 Tel/Fax: +86-10-62562563 ? 2007 by Journal of Software. All rights reserved. 基于锁相环的时间同步机制与算法 ? 任丰原 +, 董思颖 , 何滔 , 林闯 (清华大学计算机科学与技术系 , 北京 100084 A Time Synchronization Mechanism and Algorithm Based on Phase Lock Loop REN Feng-Yuan+, DONG Si-Ying, HE Tao, LIN Chuang (Department of Computer Science and Technology, Tsinghua University, Beijing 100084, China + Corresponding author: Phn: +86-10-62772487, Fax: +86-10-62771138, E-mail: renfy@https://www.360docs.net/doc/d74361689.html, Ren FY, Dong SY, He T, Lin C. A time synchronization mechanism and algorithm based on phase lock loop. Journal of Software, 2007,18(2:372?380. https://www.360docs.net/doc/d74361689.html,/1000- 9825/18/372.htm Abstract : In this paper, the analysis model of computer clock is discussed, and the characteristic of the existing
高频实验九 电容耦合相位鉴频器实验报告
实验九 电容耦合相位鉴频器实验 一．实验目的 1. 进一步学习掌握频率解调相关理论。 1. 了解电容耦合回路相位鉴频器的工作原理。 3. 了解鉴频特性（S 形曲线的调试与测试方法）。 二、实验使用仪器 1．电容耦合相位鉴频器实验板 2．100MH 泰克双踪示波器 3. FLUKE 万用表 4. 高频信号源 三、实验基本原理与电路 1. 实验基本原理 从调频波中取出原来的调制信号，称为频率检波，又称鉴频。完成鉴频功能的电路，称为鉴频器。在调频波中，调制信息包含在高频振荡频率的变化量中，所以调频波的解调任务就是要求鉴频器输出信号与输入调频波的瞬时频移成线性关系。 本实验采用的是相位鉴频器。相位鉴频器是利用回路的相位-频率特性来实现调频波变换为调幅调频波的。它是将调频信号的频率变化转换为两个电压之间的相位变化，再将这相位变化转换为对应的幅度变化，然后利用幅度检波器检出幅度的变化。 鉴相器采用两个并联二极管检波电路。假设二极管D3的检波电路和二极管D4的检波电路完全对称，两个检波电路的电压传输系数完全相等，检波后的输出信号为两个检波电路的输出电压差。即034D D U U U =- 当瞬时频率0f f =时, 2U 比1U 滞后90°，但|3D U |＝|4D U |，这时，鉴频器输出为零。当0f f >时, 2U 滞后于1U 的相角小于90°，|3D U |>|4D U |，鉴频器的输出大于零。当0f f <时，2U 滞后于1U 的相角大于90°，
|3D U |<|4D U |，鉴频器的输出小于零。相位鉴频器鉴频特性的线性较好，鉴频灵敏度也较高。 图9-1频率电压转换原理图。 (ω<ω0)U 2(ω=ω0) (ω>ω0) . U 1.. U 2 .2U 2. 2 .. U 1 .U 2 .2 U 2. 2 . . U 2 .2 U 2. 2 (a) (b)(ω=ω0)(c)(ω>ω0) (d)(ω<ω0) 图9-1频率电压转换原理图。 鉴频器的主要参数： （1） 鉴频跨导 鉴频器的输出电压与输入调频波的瞬时频率偏移成正比，其比例系数称为鉴频跨导。图9-3为鉴频器输出电压V 与调频波的瞬时频偏f ?之间的关系曲线，称为鉴频特性曲线。它的中部接近直线部分的斜率即为鉴频跨导。它代表每单位频偏所产生的输出电压的大小，希望鉴频器的鉴频跨导应该尽可能的大。 （2）鉴频灵敏度 指鉴频器正常工作时，所需要输入调频波的最小幅度。其值越小，鉴频器灵敏度越高。 （3）鉴频器频带宽度 从上图的鉴频特性曲线中可以看出，只有特性曲线中间一部分的线性度较好，我们称2m f ?为频带宽度。一般，要求2m f ?大于输入调频波频偏的两倍，并
实验十二 斜率鉴频与相位鉴频器
实验十二斜率鉴频与相位鉴频器 一、实验目的 1. 了解调频波产生和解调的全过程以及整机调试方式，建立起调频系统的初步概念； 2. 了解斜率鉴频与相位鉴频器的工作原理 3. 熟悉初、次级回路电容、耦合电容变化对FM波解调的影响。 二、实验项目 1. 调频—鉴频过程观察：用示波器观测调频器输入、输出波形，鉴频器输入、输出波形； 2. 观察初级回路电容、次级回路电容、耦合电容变化对FM波解调的影响。 三、实验步骤 1.模块上电 插装好斜率鉴频与相位鉴频、变容二极管调频器模块，接通电源，即可开始实验。 2.相位鉴频实验（该实验与实验11的内容有部分重复） （1）以实验10中的方法产生FM波，即音频调制信号频率为1KHZ，电压峰—峰值500mv，加到1P01音频输入端，并将调频输出中心频率调至8.2MHZ左右，然后将其输出连接到鉴频单元的输入端1P01，将鉴频器单元开关1K01拨向相位鉴频。 用示波器观察鉴频输出1TP02波形，此时可观察到频率为1KHZ的正弦波。如果没有波形或波形不好，应调整调频单元1W01和鉴频单元1W01。建议采用示波器作双线观察：CH1接调频器输入端1TP01，CH2接鉴频器输出端1TP02，并作比较。 （2）若改变调制信号幅度，则鉴频器输出信号幅度，则鉴频器输出信号幅度亦会随之变大，但信号幅度过大时，输出将会出现失真。 （3）改变调制信号的频率，鉴频器输出频率应随之变化，将调制信号改成三角波和方波，再观察鉴频输出。 3.斜率鉴频实验 （1）将鉴频单元开关1K01拨向斜率鉴频。 （2）信号连接和测试方法与相位鉴频完全相同。 四、实验报告要求 1.画出调频—鉴频系统正常工作时的调频器输入、输出波形和鉴频器输入、输出波形。
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。锁相环由失锁到锁定的过程，人们称为捕捉过程。系统能捕捉的最大频率范围或最大固有频带称为捕捉带或捕捉范围。 当锁相环路锁定后，由于某些原因引起输入信号或压控振荡器频率发生变化，环路可以通过自身的反馈迅速进行调节。结果是VCO 的输出频率、相位又被锁定在基准信号参数上，从而又维持了环路的锁定。这个过程人们称为环路的跟踪过程。系统能保持跟踪的最大频率范围或最大固有频带称为同步带或同步范围，或称锁定范围。 捕捉过程与跟踪过程是锁相环路的两种不同的自动调节过程。 由此可见，自动频率控制（AFC ）电路，在锁定状态下，存在着固定频差。而锁相环路控制（PLL ）电路，在锁定状态下，则存在着固定相位差。虽然锁相环存在着相位差，但它和基准信号之间不存在频差，即输出频率等于输入频率．这也表明，通过锁相环来进行频率控制，可以实现无误差的频率跟踪．其效果远远优于自动频率控制电路． 3．锁相环路的基本部件 1）鉴相器（PD —Phase Detector ） 鉴相器是锁相环路中的一个关键单元电路，它负责将两路输入信号进行相位比较，将比较结果从输出端送出。 鉴相器的电路类型很多，最常用的有以下三种电路． （1）模拟乘法器鉴相器，这种鉴相器常常用于鉴相器的两路输入信号均为正弦波的锁相环电路中。 （2）异或门鉴相器，这种鉴相器适合两路输入信号均为方波信号的锁相环电路中，所以异或门鉴相器常常应用于数字电路锁相环路中。 （3）边沿触发型数字鉴相器，这种鉴相器也属于数字电路型鉴相器，对输入信号要求不严，可以是方波，也可以是矩形脉冲波．这种电路常用于高频数字锁相环路中。 图2 是异或门鉴相器的鉴相波形与鉴相特性曲线。
鉴相器
数字鉴相器电路(图1) 鉴相器，使输出电压与两个输入信号之间的相位差有确定关系的电路。表示其间关系的函数成称为鉴相特性。鉴相器是锁相环的基本部件之一，也用于调频和调相信号的解调。常见的鉴相特性有余弦型、锯齿型与三角型等。鉴相器可以分为模拟鉴相器和数字鉴相器两种。二极管平衡鉴相器是一种模拟鉴相器。两个输入的正弦信号的和与差分别加于检波二极管，检波后的电位差即为鉴相器的输出电压。其鉴相特性通常为余弦型的。鉴频鉴相器是一种数字鉴相器。两个输入信号是脉冲序列，其前沿（或后沿）分别代表各自的相位。比较这两个脉冲序列的频率和相位即可得到与相位差有关的输出。这种鉴相器的鉴相特性为锯齿形。因它兼具鉴频作用，故称鉴频鉴相器。 PLL的概念 我们所说的PLL。其实就是锁相环路，简称为锁相环。许多电子设备要正常工作，通常需要外部的输入信号与内部的振荡信号同步，利用锁相环路就可以实现这个目的。锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环（PLL）。锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。 因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。 目前锁相环主要有模拟锁相环，数字锁相环以及有记忆能力（微机控制的）锁相环。 PLL的组成 锁相环通常由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分组成。
锁相环组成的原理框图 锁相环中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成uD（t）电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压uC（t），对振荡器输出信号的频率实施控制。 编辑本段原理 使输出电压与两个输入信号之间的相位差有确定关系的电路。表示其间关系的函数称为鉴相特性。鉴相器是锁相环的基本部件之一，也用于调频和调相信号的解调。常见的鉴相特性有余弦型、锯齿型与三角型等。 鉴相器特性用ud（t）＝kdf【θe（t）】表示。式中kd为鉴相器的增益系数；θe（t）＝θ1（t）－θ2（t），表示两个输入信号之间的相位差。函数f【·】表示鉴相特性，它反映鉴相器的输出电压ud（t）与相位差的关系。常见的鉴相特性有余弦型、锯齿型与三角型等。编辑本段分类 模拟鉴相器 二极管平衡鉴相器是一种模拟鉴相器。两个输入的正弦信号的和与差分别加于检波二极管，检波后的电位差即为鉴相器的输出电压。其鉴相特性通常为余弦型的。鉴频鉴相器是一种数字鉴相器。两个输入信号是脉冲序列，其前沿（或后沿）分别代表各自的相位。比较这两个脉冲序列的频率和相位即可得到与相位差有关的输出。这种鉴相器的鉴相特性为锯齿形。因它兼具鉴频作用，故称鉴频鉴相器 二极管平衡鉴相器 这是一种模拟鉴相器。二极管D1、D2和C1R1、C2R2构成两个峰值检波器。两个输入的正弦信号u1（t）=U1sin（ωt+θ1）、u2（t）＝U2sin（ωt+θ2）的和与差分别加于检波二极管D1和D2，检波后的电压差即为鉴相器的输出电压ud。当U2U1时，ud∝U1cos（θ1－θ2）。在这种情况下，它的鉴相特性是余弦型的（图2a）。 频鉴相器 数字鉴相器 这是一种数字鉴相器。两个输入信号是脉冲序列，其前沿（或后沿）分别代表各自的相位。比较这两个脉冲序列的频率和相位即可得到与相位差有关的输出。比相器可由触发器构成。当两个输入信号u1和u2同频同相时，触发器没有输出，充电电流等于零。当u1脉冲序列超前于u2时，触发器产生一个其宽度与相位差成正比的正脉冲，充电电路被充电，其输出电压为正值，大小与充电脉冲宽度成正比。若u1落后于u2,则触发器输出一个负脉冲，充电电路的输出为负值。这种鉴相器的鉴相特性为锯齿形。这种鉴相器兼具鉴频作用，故称鉴频鉴相器。 样鉴相器 由取样器和保持电路两部分组成。图4是原理电路，4个二极管构成取样器，电容器Cd构成保持电路。当被鉴相信号u0（f0,θ0）的频率f0正好等于取样脉冲ui（fi,θi）的频率fi的整数倍时，每次取样的电压值相等。鉴相器的输出电压ud为保持电容器Cd上的直流电压。当f0厵nfi时，每次取样的电压值不等，输出电压ud为阶梯形的交流电压。取样鉴相器输出的电压和相位差成正弦关系。