1、a,1,鎖相環(huán)PLL原理與應(yīng)用,第一部分：鎖相環(huán)基本原理 一、鎖相環(huán)基本組成 二、鑒相器（PD） 三、壓控振蕩器（VCO） 四、環(huán)路濾波器（LPF） 五、固有頻率n和阻尼系數(shù) 的物 理意義 六、同步帶和捕捉帶,a,2,第二部分：鎖相環(huán)實驗 實驗一、PLL參數(shù)測試 一、壓控靈敏度KO的測量 二、鑒相靈敏度Kd的測量 三、環(huán)路開環(huán)增益（KH）的測量 四、同步帶和捕捉帶的測量 五、 n、的測量,a,3,實驗二、PLL應(yīng)用實驗,一、PLL頻率合成器實驗 二、PLL調(diào)頻（FM）解調(diào) 三、鎖相式雙音多頻信號（DTMF）解碼器 四、 PLL 數(shù)字調(diào)諧實驗 五、設(shè)計5 / 6分頻器,a,4,實驗?zāi)康?通過上述

2、實驗，使大家對由模擬電路、數(shù)字電路組成的硬件系統(tǒng)的設(shè)計、電路的搭接、故障的分析判斷、故障的排除得到一次鍛煉。,a,5,第一部分：鎖相環(huán)基本原理（P1）,一、鎖相環(huán)基本組成 一個典型的鎖相環(huán)（PLL）系統(tǒng)，是由鑒相器（PD），壓控蕩器（VCO）和低通濾波器（LPF）三個基本電路組成,Ud = Kd (io),UF = Ud F（s）,a,6,二鑒相器（PD） Ud = Kd * Kd 為鑒相靈敏度 三壓控振蕩器（VCO） （P2） o（t）= om + K0 UF（t） K0VCO控制特性曲線的斜率，常稱為VCO的控制靈敏度，或稱壓控靈敏度。,a,7,四、環(huán)路濾波器，這里僅討論無源比例積分濾波器

3、,其傳遞函數(shù)為： 式中：1 = R1 C 2 = R2 C,a,8,當鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)時，鑒相器（PD）的兩輸入端一定是兩個頻率完全一樣但有一定相位差的信號。如果它們的頻率不同，則在壓控振蕩器（VCO）的輸入端一定會產(chǎn)生一個控制信號使壓控振蕩器的振蕩頻率發(fā)生變化，最終使鑒相器（PD）的兩輸入信號（一個是鎖相環(huán)的輸入信號Vi, 一個是壓控振蕩器的輸出信號Vo）的頻率完全一樣，則環(huán)路系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。,a,9,五、系統(tǒng)的固有頻率n和阻尼系數(shù) 的物理意義 （P3）,一個串聯(lián)電路，當輸入端加一個階躍電壓時，輸出端電壓變化有三種可能,a,10,當鎖相環(huán)的輸入信號的相位有一個階躍跳變時，輸出信號相位的變

4、化也有三種情況,a,11,n、就是指欠阻尼振蕩時的振蕩頻率和和阻尼系數(shù),a,12,六、鎖相環(huán)的同步和捕捉,同步狀態(tài)：鎖相環(huán)的輸出頻率（或VCO的頻率）o能跟蹤輸入頻率i的工作狀態(tài)，稱為同步狀態(tài)（或鎖定狀態(tài)），在同步狀態(tài)下，始終有o = i。這時如果用示波器觀察Vi與Vo,即使單路觸發(fā)，兩個波形都是清晰穩(wěn)定的。,a,13,同步帶：在鎖相環(huán)保持同步的條件下，輸入頻率i的最大變化范圍，稱為同步帶寬，用H 表示。超出此范圍，環(huán)路則失鎖。,a,14,捕捉帶,失鎖時，oi，如果從兩個方向設(shè)法改變i，使i向o靠攏，進而使o =（io），當o小到某一數(shù)值時，環(huán)路則從失鎖進入鎖定狀態(tài)。這個使PLL經(jīng)過頻率牽引最

5、終導致入鎖的頻率范圍稱為捕捉帶p。,a,15,同步帶H，捕捉帶p 和VCO 中心頻率o的 關(guān)系,a,16,實驗原理及步驟 P（4）,CD4046原理圖,a,17,實驗一、PLL參數(shù)測試（P5）,一、壓控靈敏度KO的測量,a,18,二、鑒相靈敏度Kd的測量。,a,19,三、環(huán)路開環(huán)增益（KH）的測量,當鑒相器比較兩同相信號時，UF = 0，VC0振蕩于fmin; 當鑒相器比較兩反相信號時，UF = VDD，VCO振蕩于fmax 在理想情況下 KH = 2(fmax - fmin),a,20,同步帶的測量,調(diào)信號源（圖11）頻率約為的中心頻率。示波器分別測Ui和Uo，并以Ui作為示波器的觸發(fā)同步信

6、號，頻率計測Ui，這時示波器可顯示兩個穩(wěn)定的波形，即Ui和Uo是鎖定的。在一定范圍內(nèi)緩慢改變信號源頻率，可看到兩個波形的頻率同時變化，且都保持穩(wěn)定清晰，這就是跟蹤。,a,21,但當信號源頻率遠大于（高端）或遠小于（低端）的中心頻率時，Ui波形還保持穩(wěn)定清晰，但Uo不能保持穩(wěn)定清晰，這就是失鎖。記下剛出現(xiàn)失鎖時的Ui頻率即高端頻率fHH和低端頻率fHL，則同步帶fHfHHfHL。由于我們用的是PD1，是異或門相鑒器，當Ui和Uo為分數(shù)倍數(shù)關(guān)系時，也可能出現(xiàn)兩個穩(wěn)定的波形，這種情況應(yīng)認為是“失鎖”。只有出現(xiàn)兩個同頻的穩(wěn)定波形時才認為是“鎖定,a,22,捕捉帶的測量,環(huán)路失鎖后，緩慢改變信號源頻率，

7、 從高端或低端向的中心頻率靠近，當信號源頻率分別為fH和fL時，環(huán)路又鎖定。則環(huán)路捕捉帶fPfPHfPL。,a,23,n、的測量 P（8）,當信號源的頻率突然改變時（即對應(yīng)Uj方波的前后沿），UF都產(chǎn)生一次阻尼振蕩。從阻尼振蕩波形可測出A1、A2、T，并由 A1、A2、T求出PLL的n 和,a,24,n、的實際測量波形,a,25,實驗二、PLL應(yīng)用實驗P（9）,當PLL處于鎖定狀態(tài)時，PD兩個輸入信號的頻率一定精確相等, 所以可得： f0 = N *fi fi為晶振標準信號,通過改變分頻比N，便可獲得同樣精度的不同頻率信號輸出,一、PLL頻率合成器實驗,a,26,1）1KHZ標準信號源,用CM

8、OS與非門和4M晶體組成 4MHz振蕩器。圖中Rf 使F1工作于線性放大區(qū)。晶體的等效電感，C1、C2構(gòu)成諧振回路。C1 、C2可利用器件的分布電容不另接。F1、F2、F3使用CD4069。,a,27,測量 CD4518時序圖,根據(jù)講義后面的CD4518管腳圖 ,測量并畫出Q1，Q2、Q3、Q4及 CP之間的相位關(guān)系圖 (時序圖)(BCD碼計數(shù)器),a,28,4000分頻器制作,根據(jù)上面測出的4518的波形圖，用二片CD4518（共4個計數(shù)器）組成一個4000分頻器，也就是一個四分頻器，三個十分頻器 。,a,29,2）用一片CD4017作分頻器組成2-9KHZ頻率合成器 （P10）,4017（

9、十進制計數(shù)分配器）功能測試,a,30,29KHZ頻率合成器,a,31,3）撥盤開關(guān)式1999KHZ頻率合成器 （P10）,單片4522分頻器,a,32,用三片4522組成1999HHZ頻率合成器 （P11）,a,33,4）健盤置數(shù)式1999KHZ頻率合成器 （P12）,就是用數(shù)字健盤以及一些數(shù)字IC替代撥盤開關(guān)組成1999KHZ頻率合成器。最終應(yīng)做到：當順序按鍵盤的任意三個健（如5.9.2）時，則輸出信號的頻率就為592KHz。置數(shù)部分的框圖如圖,a,34,號碼脈沖發(fā)生器,根據(jù)HM9102D資料，請用HM9102D自己設(shè)計一個號碼脈沖發(fā)生器，要求： 1) VDD = 5V； 2) 斷續(xù)比為1.

10、5 ：1 3) 號碼脈沖輸出幅度為0到9V（注意：DP輸出端是OC電路，上拉電阻取100K。另外，為安全起見，輸出和負載之間應(yīng)串一個10K電阻 ),a,35,開門脈沖和記數(shù)脈沖發(fā)生器,為了使后面的控制引導電路能正常工作，還需一種開門脈沖。也就是每按一次鍵，即每輸出一列脈沖（不管這一列含有幾個號碼脈沖）就要產(chǎn)生一個開門脈沖。同時為了使后面的記數(shù)電路能正確記數(shù)，還應(yīng)保證“先開門后送計數(shù)脈沖”。也就是要求開門脈沖要比送到計數(shù)器的號碼脈沖超前一點。所以開門脈沖和號碼脈沖的時間關(guān)系應(yīng)如圖,a,36,開門脈沖和號碼脈沖,HM9102D輸出，作單穩(wěn)的CP,單穩(wěn)2輸出，開門脈沖,單穩(wěn)1輸出，號碼脈沖,a,37

11、,控制引導電路及計數(shù)、置數(shù)電路,a,38,PLL調(diào)頻（FM）解調(diào) （P15）,a,39,鎖相式雙音多頻信號（DTMF）解碼器,雙音多頻信號（DTMF） P（16）,每個按紐各由H和L中的一個頻率組成,a,40,鎖相式雙音多頻信號（DTMF）解碼器,用5087構(gòu)成雙音多頻信號（DTMF）發(fā)生器 （P17）,a,41,用LM567進行單一頻率檢測電路（P18）,如567的中心頻率(由5,6腳外圍的R,C決定)為fo , 當Vin中包含有fo成分時，則8腳輸出低電平，否則高電平 。,a,42,1組DTMF信號解碼器（P18）,當輸入信號同時包含兩個頻率(697,1209)時， 可輸出或邏輯“0”。,

12、a,43,6組DTMF信號解碼器（P19） （如用7個LM567和12個或非門則可解調(diào)12組DTMF信號。）,a,44,PLL 數(shù)字調(diào)諧實驗（P20）,現(xiàn)代的接收機（如電視機、收音機）大多采用超外差接收方式。如要接收的信號的載波頻率為fC，則接收機要產(chǎn)生一個本振信號，其頻率fL=fC+fI，其中fI為中頻。,a,45,在模擬調(diào)諧方式中，本振信號一般是由LC振蕩回路產(chǎn)生的。調(diào)諧（調(diào)臺）時，一般是用改變LC振蕩回路中電容的容量（如改變變?nèi)荻O管的反向偏壓），來改變本振信號的頻率，從而達到選臺的目的,a,46,在數(shù)字調(diào)諧(頻率合成)方式中，本振信號則是用鎖相環(huán)的方法來產(chǎn)生。即由晶振電路產(chǎn)生頻率高穩(wěn)定

13、的標準信號，再用鎖相環(huán)倍頻的方法產(chǎn)生本振信號，通過改變鎖相環(huán)反饋回路分頻比的方法來改變本振信號頻率，,a,47,就象前面實驗中用一片4046和三片4522以及1KHz標準信號就可獲得1999KHz信號一樣。要獲得某一準確的本振頻率，只要在4522的置數(shù)端置入相應(yīng)的數(shù)值（BCD碼）即可。,a,48,所以數(shù)字調(diào)諧的關(guān)鍵就是解決如何置數(shù)的問題。在這個實驗中我們是用鍵盤通過DTMF編解碼的方法來置數(shù)。最終應(yīng)做到：如要接收某一載波信號（如fC=345KHz）,則只要在鍵盤上按該載波的數(shù)值（即3，4，5三個鍵），就可得到fL=fC+fI=345+455=800 KHz的本振信號。（這里中頻fI為455 K

14、Hz）。,a,49,最后信號發(fā)生器輸出的載波信號(345KHz正弦波)和本振信號（4046的4腳輸出的800 KHz方波）經(jīng)混頻濾波后應(yīng)得到455 KHz的中頻信號（用示波器觀察）。,a,50,置數(shù)電路方框圖,a,51,鍵盤和5087（或HM9102D）組成DTMF編碼電路。 MT8870是DTMF解碼電路。當輸入某個DTMF編碼信號（即按鍵盤的某個鍵）時，8870的數(shù)據(jù)輸出端D01-D04就輸出相應(yīng)的二進碼，同時其15腳（CID）輸出高電平。即每按一次鍵，CID就輸出一個正脈沖可作為百、十、個位選擇電路的CP信號。,a,52,4017為百、十、個位選擇電路，作用是按第一次鍵時，8870的D0

15、1-D04輸出的BCD碼應(yīng)鎖存到“百”位的鎖存器，二、三次則分別為“十”、“個”位。,a,53,三片74LS175（或CD40175）分別為“百”、“十”、“個”位鎖存器。每片74LS175含有4個D觸發(fā)器（D1D4），分別對應(yīng)BCD碼的1，2，4，8位。三片的D1端應(yīng)都接到MT 8870的D01輸出端，D2、D3、D4也類似。4017的“1”、“2”、“3”輸出端（即2、4、7腳）的輸出信號分別作為三片74LS175的CP信號。這樣，當對4017清零后，8870再順序輸出三個數(shù)字（如：3，4，5），則相應(yīng)的二進碼（0011，0100，0101）就鎖存在三片74LS175的輸出端。,a,54,

16、三片74LS175的輸出信號（如：3，4，5）輸入到加法器（三片4560）A輸入端，和固定中頻數(shù)值455（由B輸入端輸入）相加后的和的數(shù)值（如：8，0，0）就作為4522的置數(shù)信號。即這時鎖相環(huán)輸出的是800KHz的方波，作為本振信號。,a,55,根據(jù)上述工作原理、方框圖以及附錄1，自己設(shè)計、搭接具體電路。要求當信號發(fā)生器輸出123KHz的正弦波（即Us）時，如順序按“1”、“2”、“3”三鍵，則用示波器可看到455KHz的中頻信號UI，而且要求“上電清零”。,a,56,混頻電路（MC1496）（P21）,輸入信號Us的幅度為15mV , 本振信號UL為TTL電平。,a,57,混頻電路（MC1

17、496）調(diào)試步驟(1),455KHz諧振回路調(diào)整 Us開路，電位器W旋到任一極端位置，示波器探頭（X10檔）測1496（12）腳，UL為200mVp-p的455KHz附近的正弦信號，微調(diào)UL的頻率，觀察LC回路的選頻作用，其中心頻率應(yīng)為455KHz。如不是455KHz,則固定UL的頻率為455KHz，調(diào)線圈的磁芯，使（12）腳輸出信號的幅度最大，即可。,a,58,混頻電路（MC1496）調(diào)試步驟(2),平衡電位器的調(diào)整 在步驟（1）的基礎(chǔ)上，調(diào)電位器W，使（12）腳輸出信號的幅度為零，即可。,a,59,講義訂正,P5,圖10 RW 10K P6 , 第3行 , 接實驗圖,4046A的6 、7 、11 、 12腳外圍元件應(yīng)留著,9腳外的電位器應(yīng)去掉. P6 , 第4行 , 工作電壓為12V P6 ,第14行 , 5 UjUi P7 ,第1行 , KH=/=KdKoKF(0) P7 ,第8行 , KH=/=2f / =2(fmax fmin) / =2 (fmax fmin) P9 ,第13行 , 等數(shù)等效 P9 ,倒第5行, 記數(shù)器計數(shù)器,a,60,P10 ,圖18 ,4 、 8 、 10腳應(yīng)接地 P12 ,第4行 , 如圖34如圖20 , 去45