實(shí)驗(yàn)六集成電路構(gòu)成的頻率調(diào)制器和頻率解調(diào)器

1、實(shí)驗(yàn)六 集成電路構(gòu)成的頻率調(diào)制器和頻率解調(diào)器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.了解VCO壓控振蕩器集成電路和PLL鎖相環(huán)集成電路的工作原理。2.掌握使用VCO壓控振蕩器集成電路實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制器的工作原理。 3.了解用PLL鎖相環(huán)構(gòu)成調(diào)頻波解調(diào)電路的原理。4.學(xué)習(xí)掌握集成電路實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制器/解調(diào)器系統(tǒng)的工作原理。二、實(shí)驗(yàn)原理 VCO壓控振蕩器集成電路，其正向觸發(fā)電平定義為VSP，反向觸發(fā)電平定義為VSM，當(dāng)電容C充電使其電壓V7 (566管腳對地的電壓)上升至VSP，此時幅度鑒別器翻轉(zhuǎn)，輸出為高電平，從而使內(nèi)部的控制電壓形成電路的輸出電壓,該電壓V0為高電平；當(dāng)電容C放電時，其電壓V7下降，降至VSM時幅度鑒別器

2、再次翻轉(zhuǎn)，輸出為低電平從而使V0也變?yōu)榈碗娖剑肰0的高、低電平控制S1和S2兩開關(guān)的閉合與斷開。V0為低電平時S1閉合，S2斷開，這時I6=I7=0，I0全部給電容C充電，使V7上升，由于I0為恒流源，V7線性斜升，升至VSP 時V0跳變?yōu)楦唠娖?，V0高電平時控制S2閉合，S1斷開，恒流源I0全部流入A支路，即I6=I0，由于電流轉(zhuǎn)發(fā)器的特性，B支路電流I7應(yīng)等于I6，所以I7 =I0，該電流由C放電電流提供，因此V7線性斜降，V7降至VSM時V0跳變?yōu)榈碗娖?產(chǎn)生方波和三角波565鎖相環(huán)(PLL單片集成電路) 的框圖及管腳排列,鎖相環(huán)內(nèi)部電路由相位鑒別器、壓控振蕩器、放大器三部分構(gòu)成，相位

3、鑒別器由模擬乘法器構(gòu)成，它有二組輸入信號，一組為外部管腳、輸入信號e1，其頻率為f1；另一組為內(nèi)部壓控振蕩器產(chǎn)生信號e2，經(jīng)腳輸出，接至腳送到相位鑒別器，其頻率為f2，當(dāng)f1和f2差別很小時，可用頻率差代表兩信號之間的相位差，即f1-f2的值使相位鑒別器輸出一直流電壓，該電壓經(jīng) 腳送至 VCO 的輸入端，控制VCO, 使其輸出信號頻率f2發(fā)生變化，這一過程不斷進(jìn)行，直至f2=f1為止，這時稱為鎖相環(huán)鎖定。三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備 1.數(shù)字雙蹤示波器 TDS1002B 一臺2.DDS函數(shù)信號發(fā)生器 DG1022 一臺3.數(shù)字萬用表 VC88E 一臺4.實(shí)驗(yàn)電路板 G5 一塊四、實(shí)驗(yàn)電路說明圖6-1為 5

4、66型單片集成VCO的框圖及管腳排列 圖6-1中幅度鑒別器，其正向觸發(fā)電平定義為VSP，反向觸發(fā)電平定義為VSM，當(dāng)電容C充電使其電壓V7 (566管腳對地的電壓)上升至VSP，此時幅度鑒別器翻轉(zhuǎn)，輸出為高電平，從而使內(nèi)部的控制電壓形成電路的輸出電壓,該電壓V0為高電平；當(dāng)電容C放電時，其電壓V7下降，降至VSM時幅度鑒別器再次翻轉(zhuǎn)，輸出為低電平從而使V0也變?yōu)榈碗娖?，用V0的高、低電平控制S1和S2兩開關(guān)的閉合與斷開。V0為低電平時S1閉合，S2斷開，這時I6=I7=0，I0全部給電容C充電，使V7上升，由于I0為恒流源，V7線性斜升，升至VSP 時V0跳變?yōu)楦唠娖?，V0高電平時控制S2閉

5、圖6-1 566(VCO)的框圖及管腳排列 合，S1斷開，恒流源I0全部流入A支路，即I6=I0， 由于電流轉(zhuǎn)發(fā)器的特性，B支路電流I7應(yīng)等于I6，所以I7 =I0，該電流由C放電電流提供，因此V7線性斜降，V7降至VSM時V0跳變?yōu)榈碗娖?，如此周而?fù)始循環(huán)下去，V7及V0波形如圖6-2。 566輸出的方波及三角波的載波頻率(或稱中心頻率）可用外加電阻R和外加電容C來確定。其值為： 其中: R 為時基電阻 C 為時基電容 為566管腳至的電壓 為至的電壓 圖6-2 載波信號圖6-3為 565鎖相環(huán)(PLL單片集成電路) 的框圖及管腳排列,鎖相環(huán)內(nèi)部電路由相位鑒別器、壓控振蕩器、放大器三部分構(gòu)成

6、，相位鑒別器由模擬乘法器構(gòu)成，它有二組輸入信號，一組為外部管腳、輸入信號e1，其頻率為f1；另一組為內(nèi)部壓控振蕩器產(chǎn)生信號e2，經(jīng)腳輸出，接至腳送到相位鑒別器，其頻率為f2，當(dāng)f1和f2差別很小時，可用頻率差代表兩信號之間的相位差，即f1-f2的值使相位鑒別器輸出一直流電壓，該電壓經(jīng) 腳送至 VCO 的輸入端，控制VCO, 使其輸出信號頻率f2發(fā)生變化，這一過程不斷進(jìn)行，直至f2=f1為止，這時稱為鎖相環(huán)鎖定。 圖6-3 565(PLL)的框圖及管腳排列五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 （一）566型單片集成VCO實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制的實(shí)驗(yàn)電路見圖6-4 圖6-4 566構(gòu)成的調(diào)頻器 圖6-5 輸入信號電路1. 考察R、

7、C1對頻率的影響(其中R=R3+RP1)。 按圖6-4接線，將C1接入566集成芯片管腳，RP2及C2接至566管腳；接通電源(±5V)。 (1).調(diào)Rp2使V5=3.5V，將數(shù)字示波器接至566管腳out1的輸出，改變RP1觀察方波輸出信號頻率，記錄當(dāng)R為最大和最小值時的輸出頻率（從數(shù)字示波器顯示屏右下角的觸發(fā)頻率讀取，取四位數(shù)）。 (2).用數(shù)字雙蹤示波器觀察（注意：示波器信號輸入耦合要設(shè)置為直流的狀態(tài)）并記錄當(dāng)RRmin時方波載波out1及三角波載波out2的輸出波形，讀取波形的最大值和最小值（注意：不是峰峰值），并計(jì)算出這兩種載波的直流分量各是多少。 2. 觀察輸入電壓對輸出

8、頻率的影響 (1).直流電壓控制：先調(diào)RP1至最大（最右端），然后改變RP2調(diào)整輸入電壓，測量當(dāng)V5在2.2V4.2V變化時方波out1輸出頻率f的變化，V5按0.2V遞增。將測得的結(jié)果填入表6.1，并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。表6.1V5(V)2.22.42.62.833.23.43.63.844.2 f（KHz） (2).用交流電壓控制：RP1仍處于最右端，斷開腳所接C2、RP2，將圖6-5（即輸入信號電路，接+5V電源）的輸出OUT接至圖6-4中566的腳。.從DG1022函數(shù)信號發(fā)生器輸出一個頻率f =1KHz、VP-P = 0.7V的正弦波，把它當(dāng)做調(diào)制信號Vs(t)接至圖6-5電路的IN端，然

9、后用數(shù)字雙蹤示波器同時觀察輸入調(diào)制信號Vs(t)和 OUT1的方波調(diào)頻(FM)輸出信號，觀察并記錄波形，記錄峰峰值；接著用雙蹤示波器同時觀察記錄輸入調(diào)制信號Vs(t)和OUT2的三角波調(diào)頻(FM)輸出信號，記錄峰峰值，并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 注意:為了得到穩(wěn)定的顯示波形，在調(diào)整好波形的顯示狀態(tài)之后，按下數(shù)字示波器的“運(yùn)行/停止”按鈕，在固定顯示的情況下記錄波形。注意輸出波形的變化要與輸入波形的變化相對應(yīng)。為了看清楚調(diào)頻波的變化特征，我們先在數(shù)字示波器的一個通道設(shè)置好一個周期的輸入調(diào)制信號，再按下數(shù)字示波器的“運(yùn)行/停止”按鈕，這樣就可以獲得對應(yīng)的一個周期的輸出調(diào)頻波，并可以比較好的看清楚調(diào)頻波的變化

10、特征。 . 輸入調(diào)制信號Vs(t)改為方波信號，頻率fm=1KHz，VP-P =0.7V，用數(shù)字雙蹤示波器觀察并記錄輸入調(diào)制信號Vs(t)和OUT1的方波調(diào)頻(FM)輸出信號，記錄峰峰值，并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。（二）565型單片集成PLL實(shí)現(xiàn)調(diào)頻解調(diào)實(shí)驗(yàn)電路見圖6-6 圖6-6 565(PLL)構(gòu)成的頻率解調(diào)器3.正弦波調(diào)制信號的解調(diào) (1).解調(diào)電路的IN輸入端先不接輸入，調(diào)RP使565中VCO的輸出頻率f0約為50KHz（用數(shù)字示波器從A點(diǎn)測量，從數(shù)字示波器顯示屏右下角的觸發(fā)頻率讀取）。 (2).將按實(shí)驗(yàn)步驟2.(2).的要求獲得的OUT1調(diào)頻方波輸出信號,接至565型單片集成PLL鎖相環(huán)解調(diào)電

11、路的IN輸入端，調(diào)節(jié)566的電位器RP1使R最小(逆時針旋至最左端)，用數(shù)字雙蹤示波器（注意此時通道信號的輸入耦合要設(shè)置成交流的狀態(tài)，以屏蔽比較大的直流分量，才能看清解調(diào)信號及其與原輸入調(diào)制信號的比較）觀察并記錄566的輸入調(diào)制信號Vs(t)和565“B”點(diǎn)的解調(diào)輸出信號，在同一坐標(biāo)上畫出波形，記錄信號幅度，并分析解調(diào)的結(jié)果，得出結(jié)論。 4.方波調(diào)制信號的解調(diào) 把輸入調(diào)制信號改為方波，方波的頻率保持1KHz不變，但是電壓必需調(diào)小至VP-P =0.2V，從565的“B”點(diǎn)觀察并記錄解調(diào)輸出信號，并與輸入方波調(diào)制信號相比較，在同一坐標(biāo)上畫出波形，記錄信號幅度，并分析解調(diào)的結(jié)果，得出結(jié)論。 注意：1

12、、數(shù)字示波器的采樣設(shè)置為16次的平均值采樣模式，大約顯示23個周期的信號，信號在屏幕上的顯示大一些，使到波形的特征比較明顯。 2、解調(diào)輸出波形有失真，解調(diào)信號電壓比原信號要小，可用數(shù)字示波器的光標(biāo)功能測量。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1.（1）R最大時：輸出頻率 35.79kHZ R最小時：輸出頻率 27.43Khz(2) 波形波形的最大值（V）波形的最小值（V）方波4-0.96三角波0.2-1.522、（1）VS（V）2.22.42.62.833.23.43.63.844.2f(Khz)62.7661.2155.4151.5745.5139.4132.5826.0018.559.603.09(2)方波 OUT1：0.428V VS=0.752V三角波OUT2：1.6V VS=0.732V方波OUT1：2.03V VS:0.848V3(2)輸出信號：