鎖相實(shí)驗(yàn)
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鎖相實(shí)驗(yàn)（基礎(chǔ)部分）
一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
1．深入對(duì)鎖相環(huán)基礎(chǔ)作業(yè)原理的理解。
2．掌控把握鎖相環(huán)同步帶、捕捉帶的測(cè)量試驗(yàn)方法，多加對(duì)鎖相環(huán)捕捉、跟蹤和鎖定等概念的理解。
3．掌控把握包括鎖相環(huán)CD4046的使用方法。
二、實(shí)驗(yàn)原理
鎖相環(huán)由鑒相器( PD)、環(huán)路濾波器( LF)和電壓（V）控制振蕩器( VCO)三個(gè)基礎(chǔ)部位件構(gòu)成。
鎖相環(huán)路是一個(gè)相位誤差控制系統(tǒng)，它將參考信號(hào)與輸出信號(hào)之間的相位實(shí)行對(duì)比，產(chǎn)生相位誤差電壓（V）來(lái)調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的相位，以達(dá)到與參考信號(hào)同頻的目的。鎖相環(huán)路由于設(shè)定有良好的跟蹤特性、窄帶濾波特性和良好的門(mén)限特性等一些特殊的功能，而廣泛應(yīng)用來(lái)電子技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。
鑒相器是相位對(duì)比器，用來(lái)對(duì)比寫(xiě)入信號(hào)ui(t)與壓控振蕩器輸出信號(hào)uo(t)的相位，輸出電壓（V）對(duì)應(yīng)于這兩個(gè)信號(hào)相位差的函數(shù)。環(huán)路濾波器是濾除ud(t)高頻分量及噪聲，以保證環(huán)路所要求的功能。 壓控振蕩器受環(huán)路濾波器輸出電壓（V）uc(t)的控制,使振蕩頻率向?qū)懭胄盘?hào)的頻率靠攏，直至兩者的頻率相同，使得VCO輸出信號(hào)的相位和寫(xiě)入信號(hào)的相位保持某種特定的關(guān)系，達(dá)到相位鎖定的目的。
設(shè)寫(xiě)入信號(hào)和本振信號(hào)（壓控振輸出信號(hào)）分別是正弦和余弦信號(hào)，它們?cè)阼b相器內(nèi)實(shí)行對(duì)比，鑒相器的輸出是一個(gè)與兩者的相位差成比例的的電壓（V），一般把它稱(chēng)為誤差電壓（V）。環(huán)路低通濾波器濾除鑒相器中的高頻分量，然后把輸出電壓（V）加到VCO的寫(xiě)入端，VCO送出的本振信號(hào)頻率隨著寫(xiě)入電壓（V）的改變而改變。如果二者頻率不一致，則鑒相器的輸出將產(chǎn)生低頻改變分量并經(jīng)過(guò)低通濾波器使VCO的頻率發(fā)生改變。最后如果本振信號(hào)的頻率和寫(xiě)入信號(hào)的頻率保持一致，兩者的相位差保持某一恒定值，則鑒相器的輸出將是一個(gè)恒定直線DC電壓（V），環(huán)路低通濾波器的輸出也是一個(gè)直線DC電壓（V），這時(shí)，環(huán)路 處于"鎖定狀態(tài)"。
與鎖相環(huán)有關(guān)的幾個(gè)基礎(chǔ)概念：
環(huán)路鎖定： 如果環(huán)路有一個(gè)寫(xiě)入信號(hào) u(t) ，開(kāi)始時(shí)寫(xiě)入頻率總是不等于VCO的自由振蕩頻率，即ωi ≠ ωo 。如果ωi 與ωo 相差不大，在適當(dāng)?shù)慕缦迌?nèi)，鑒相器輸出一誤差電壓（V），經(jīng)環(huán)路濾波器變換后控制VCO的頻率，使其輸出頻率改變接近到ωi ，ωi=ωo ，而而且兩信號(hào)的相位差為常數(shù) ，這種狀態(tài)稱(chēng)為環(huán)路鎖定。
設(shè)壓控振蕩器的自由振蕩頻率fo與寫(xiě)入基準(zhǔn)信號(hào)頻率 fi 相差較遠(yuǎn) 。隨著基準(zhǔn)頻率fi向壓控振蕩頻率fo 靠攏，達(dá)到某一頻率 ，這時(shí)環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)，該過(guò)程稱(chēng)為環(huán)路捕獲。一旦入鎖以后，壓控頻率就等于基準(zhǔn)頻率，而且fo 隨 fi 而改變，這就稱(chēng)為跟蹤。
*判別環(huán)路是否鎖定的方法
1）在有雙蹤示波器的現(xiàn)象下
開(kāi)始，環(huán)路處于失鎖狀態(tài)，加大寫(xiě)入信號(hào)頻率，用雙蹤示波器查看壓控振蕩器的輸出信號(hào)和環(huán)路的寫(xiě)入信號(hào)，當(dāng)兩個(gè)信號(hào)由不一樣步變成同步，而且fi=fo時(shí)，表示環(huán)路已經(jīng)進(jìn)入鎖定狀態(tài)。
2）單蹤──普通示波器
在沒(méi)有雙蹤示波器的現(xiàn)象下，在單蹤示波器上可以用李沙育圖形來(lái)判定環(huán)路是否處于鎖定狀態(tài)。把鑒相器的寫(xiě)入信號(hào)ui(t)加到示波器的垂直偏轉(zhuǎn)板上，把uo(t)加到水平偏轉(zhuǎn)板（或者相反），并使兩信號(hào)幅度相等。如果環(huán)路已鎖定，而且在理想現(xiàn)象下，即李沙育圖形應(yīng)是一個(gè)圓。
圖10-3 未鎖定時(shí)波動(dòng)線及李沙育圖形
圖10-4 鎖定時(shí)波動(dòng)線及李沙育圖形
CD4046含有相位對(duì)比器、壓控振蕩器兩部分，使用時(shí)需外接低通濾波器（阻、容元件）形成完整的鎖相環(huán)。 內(nèi)部 6.2V的齊納穩(wěn)壓管 在需要用的時(shí)候作為輔助電源。
CD4046有16個(gè)管腳，作業(yè)頻率為1MHz。 1 ¾¾相位脈沖 2 ¾¾對(duì)比器I輸出 3 ¾¾對(duì)比器II寫(xiě)入 4¾¾壓控振蕩器輸出端（VCOO） 5 ¾¾禁止端（INH） 6 ¾¾VCO外接電容端（C1）7 ¾¾C2 8¾地（VSS） 9 ¾¾壓控振蕩器寫(xiě)入端（VCOI ） 10 ¾¾解調(diào)器輸出 11 ¾¾ VCO外接電阻端（R1） 12 ¾¾ VCO外接電阻端（R2） 13 ¾¾對(duì)比器II輸出 14 ¾¾對(duì)比器I寫(xiě)入 15 ¾¾齊納管 16 ¾¾電源（VDD）
2. 實(shí)驗(yàn)電子回路
本實(shí)驗(yàn)用電子回路模型塊為：鎖相環(huán)調(diào)頻與測(cè)量試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛪K。見(jiàn)圖10-7
圖10-7鎖相環(huán)調(diào)頻與測(cè)量試驗(yàn)電子回路
三、實(shí)驗(yàn)儀表器具
1．鎖相環(huán)調(diào)頻與測(cè)量試驗(yàn)電子回路實(shí)驗(yàn)板
2．20MH雙蹤示波器
3. 萬(wàn)用表
四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
1.壓控振蕩器的測(cè)量試驗(yàn)。
2.同步帶和捕捉帶的測(cè)量。
五、實(shí)驗(yàn)步驟
1.壓控振蕩器的測(cè)量試驗(yàn)
（1） 在實(shí)驗(yàn)箱主板上插上鎖相環(huán)調(diào)頻與測(cè)量試驗(yàn)電子回路實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛪K。接通實(shí)驗(yàn)箱上電源開(kāi)關(guān)，電源指標(biāo)燈點(diǎn)亮。
（2） 斷開(kāi)J1，連接J2左，J3左，J4形成壓控振蕩器的測(cè)量試驗(yàn)電子回路。
（3） 用示波器查看VCO波動(dòng)線（TP1點(diǎn)），調(diào)節(jié)電位器RW1，使其自由振蕩頻率為500KHz（參考值）。
（4） 調(diào)動(dòng)電位器RW2，改變壓控振蕩器的控制電壓（V）（TP3點(diǎn)），記錄VCO頻率在表10-1中。
（5） 畫(huà)出控制電壓（V）¾¾頻率關(guān)系彎彎曲線。
表10-1 壓控振蕩器測(cè)量試驗(yàn)數(shù)值 自由強(qiáng)振蕩頻率 f KHz
2。同步帶和捕捉帶的測(cè)量
連接J1、J2右，J3左，J4，寫(xiě)入500KHz、5V方波信號(hào)由低頻源提供，從IN1入。
（1）用示波器查看VCO波動(dòng)線，調(diào)節(jié)電位器RW1，使其自由振蕩頻率為500KHz（參考值）[此步可省略]。
（2） 同步帶和捕捉帶的測(cè)量
可按定義來(lái)測(cè)量，方法如下：調(diào)基準(zhǔn)頻率fi ，使fi < fvco ，環(huán)路處于失鎖狀態(tài)，然后緩緩多加寫(xiě)入信號(hào)頻率fi ，用雙蹤示波器仔細(xì)查看相位對(duì)比器兩寫(xiě)入信號(hào)之間的關(guān)系。當(dāng)發(fā)現(xiàn)兩寫(xiě)入信號(hào)由不一樣步變?yōu)橥?，而且fi= fvco，表示環(huán)路已進(jìn)入到鎖定狀態(tài)，用頻率計(jì)記下此時(shí)的頻率為f1，這就是捕捉帶的下限頻率，繼續(xù)多加fi，此時(shí)壓控振蕩器頻率fvco將隨fi而變。但當(dāng)fi多加到f2’時(shí)，f0不再隨fi而變，這個(gè)f2’就是環(huán)路同步帶的上限頻率，然后再逐步降低fi。由上述判別方法，即可測(cè)出捕捉帶的上限頻率f2及同步帶的下限頻率f1’，從而可求出：
捕捉帶
同步帶
（6）查看鎖定后的經(jīng)經(jīng)典型波動(dòng)線
實(shí)驗(yàn)中，是使用CD4046鎖相環(huán)的相位對(duì)比器I，其頻率鎖定在fvco 0現(xiàn)象下的經(jīng)經(jīng)典型波動(dòng)線如圖10-8 所示：
六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求
1．測(cè)量并計(jì)算鎖相環(huán)同步帶和捕捉帶；
2．查看并畫(huà)出鎖相環(huán)鎖定后的經(jīng)經(jīng)典型波動(dòng)線；
3．畫(huà)出控制電壓（V）¾¾頻率關(guān)系彎彎曲線。
4．總結(jié)由本實(shí)驗(yàn)所獲取的體會(huì)。
常見(jiàn)問(wèn)題：
1、如果我要購(gòu)買(mǎi)鎖相實(shí)驗(yàn)，是否有安裝、培訓(xùn)服務(wù)呢？
答：我們的設(shè)備如果沒(méi)有特別注明“不含安裝”“裸機(jī)價(jià)”“出廠”等字樣的，都是提供安裝、培訓(xùn)服務(wù)的。
2、你們的鎖相實(shí)驗(yàn)是否能開(kāi)增值稅專(zhuān)用發(fā)票？
答：可以的，我們是正規(guī)企業(yè)，并且已經(jīng)升級(jí)到一般納稅人，可以開(kāi)具增值稅專(zhuān)用發(fā)票，如果您需要開(kāi)鎖相實(shí)驗(yàn)的發(fā)票，您需要提供開(kāi)票資料。
3、你們的鎖相實(shí)驗(yàn)都是自己生產(chǎn)的嗎？都有什么產(chǎn)品資質(zhì)？
答：我們公司是專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)教學(xué)設(shè)備的企業(yè)，完全自主生產(chǎn)，并通過(guò)了最新版ISO9001認(rèn)證，擁有多項(xiàng)專(zhuān)利與著作權(quán)。
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