双踪数字示波器； 数字万用表。
图7-3 XR2206实验电路图
五、实验内容与步骤
在实验箱上找到本次实验所用的单元电路，了解各个切换开关的功能与使用。然后按前述的实验步骤开启相应的电源开关。
(一)、输出正弦波的调整与测量
1、取某一频段的正弦波输出，用示波器观测输出端（TP701）的波形。
2、用数字示波器测量三个频段的频率调节范围和各频段的输出频响特性V=f(f)：
①从最低频段开始，调节频率细调电位器RW702(100K)，测定本频段的频率调节范围和输出电压（在最高与最低频率之间选取相应的）。 频率f 电压V
②切换到中间频段，重复①的步骤。 频率f 电压V
③切换到最高频段，重复①的步骤。 频率f 电压V （二）、输出三角波的观察
通过调节频率和幅度，观测输出的波形。 （三）、观察输出的方波信号
通过调节频率和幅度，观测输出的波形。 六、实验注意事项
1、正弦波的波形调整是一项较细致的实验步骤，往往需要反复多次调整相关的电位器，以获得一个失真度最小的正弦波形。
2、经实验（三）的第2项步骤后，要想重新恢复正弦波输出，则必须重新调整电位器W2。 七、预习思考题
1、如果采用单电源或不对称的双电源供电，对输出有何影响？
非线性电路实验指导书 - 19 -
2、本电路输出的最高频率与最低频率受哪些因素的影响？ 3、要想同时输出三种不同波形的信号，有否可能？如何实现？ 4、在实验的实际电路中后两级的运放有何作用？去除它行吗？ 八、实验报告
1、 作出各频段的频响特性曲线。
2、回答预习中的思考题。 附：函数信号发生实验电路
W7034.7KR701430 C70610uR7145.6KR7043.6KR7086.2K R70915KR7053.6KD701LEDU701ICL8038 R71010K2R712100KW70110KR70310KC7010.33u685492W70210KTP701频率调节U702ALF35315U702BLF353410K7013K702112345幅度调节波型选择信号输出7J701频率范围123451112R71110K8
36R71320K+12vK700R70610KW705100KR70230KC7040.33uC7030.033uC7023300PW704100KR70710KC70510uR7155.6K-12v200Hz2KHz20KHzD702LED非线性电路实验指导书 - 20 -
实验八 锁相式数字频率合成器实验
一、实验目的
1、加深对基本锁相环工作原理的理解。
2、熟悉锁相式数字频率合成器的电路组成与工作原理。 二、实验预习要求
实验前，预习相关教材中的“反馈控制电路”有关章节内容。 三、实验原理说明
锁相式数字频率合成器电路原理框图如图8-1所示：
1KHZ方波输入电路相 位比 较 器低 通滤 波 器V C OVCO输出百 位``十 位N分频器电路个 位 图8-1、锁相式数字频率合成器电路框图
1、锁相式数字频率合成器的组成与基本工作原理
图8-1中的相位比较器与压控振荡器VCO由锁相环LM4046组成。1/N分频电路是一个三级可预置数分频器，各级都采用可预置数BCD码同步1/N制计数器MC14522，每级的分频比可由单片机去控制，也可用4 位小型拨动开关以8421BCD码形式对该级计数器进行预置数，分频比可选择的范围为0——999，总共可生成999个频率点，它是构成锁相式数字频率合成器的主要单元电路之一，称之为程序分频器TN。
按所需的分频比N，预先输入百位、十位和个位的数据后，给4046锁相环相位比较器Ⅱ（第14引脚PD11），输入频率为fR的方波信号UR；压控振荡器产生频率为f0的输出信号U0，经程序分频器TN后，得到频率为fV的比较信号UV，送至相位比较器Ⅱ（第3 引脚PDI2）。这两个信号在相位比较器Ⅱ中进行比较，当锁相环锁定后，可得到： f R = f V 其中： f V= f 0/N 代入得： f R= f 0/N 即： f 0=N*f R
由此可知，当f R固定不变时，改变三级程序分频器的分频比N，VCO的输出振荡频率（也就是频率合成器的输出频率）f 0就会得到相应地改变。
这样，只要输入一个固定信号频率fR，即可得到一系列所需要的频率，其频率间隔等于fR，对于选择不同的fR，则可以获得不同的fR频率间隔。 例如：设输入的f R =1.024KHz，N取为132，则 f 0= N* f R =132*1.024KHz=135.168 KHz。
2、实际使用的相位比较器与环路低通滤波器
4046锁相环集成电路内部含有两个相位比较器，其中相位比较器I为异或门（即模二和结构）比较器，为使锁相范围最大，通常要求两个输入信号PD11和PD12的占空比必须为50%的方波，而相位比较器Ⅱ为过沿控制式比较器，它只由两个信号的上升沿作用，因此不要求波形占空比为50%。
由于本实验系统电路基本锁相环实验电路与锁相式数字频率合成器实验电路二者均组合在一起，基于相位比较器的比较信号来自程序分频器电路，占空比非50%，因而本实验电路选用相位比较器Ⅱ。该比较器不仅具有鉴相功能，而且具有鉴频功能，当两个输入信号UR和UV频差很大时，环路从鉴相工作状态自动转入鉴频工作状态，迫使fV接近fR等到fV=fR时，环路比鉴频器工作状态自动转入鉴相工作状态，这
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种数字鉴相器把鉴频与鉴相密切结合在一起，使用较为方便。
相位比较器Ⅱ输出的相位误差电压是周期性脉冲波形，需要使用环路低通滤波器将它平滑后输出一个直流控制电压，去控制VCO 频率和相位，使之向减小误差方向变化，以消除频差与相差，从而达到锁定状态。对于高频噪声及其它交流谐波分量，它们将受到滤波器的抑制。
环路低通滤波器由外接的R、C元件组成无源比例积分滤波器。 四、实验仪器设备
TKGD系列电子线路综合实验箱； 双踪数字示波器； 数字万用表 五、实验内容与步骤 （一）、准备工作
1、在实验箱上找到本次实验所用的单元电路，并认清各个器件的功能与作用。其中SW801、SW802、SW803
分别为程序分频器的预置数的拨动开关（向上置“1”，向下置“0”），开关SW804用以选择R、C元件，以确定自由振荡的频率。
2、按前述的实验步骤开启电源，按下＋5V 总电源开关K2，数字信号发生器实验单元电源开关K000和本实验单元电源开关K800。 （二）、基本锁相环的观察
短接K8011-2，将数字信号发生器单元的1K方波信号输入至锁相环U801的输入端，通过开关SW804接入适当的电阻和电容。用示波器和频率计监视输入方波波形，并记录之。
在TP801 和TP802处应能观测到同频同宽、但不一定同相的波形。 （三）、观察锁相式数字频率合成器
1、通过对SW801、SW802、SW803三个拨动开关的操作，设置任意一个分频比N，并适当接入部分阻容值，可观测到基本锁相环压控振荡器输出的跟踪波形，记录并绘出波形图。
2、改变分频比N，并通过开关SW804接入适当的电容，以保持适当的时间常数。再重复1的步骤。 六、实验注意事项
1、实验板上用的是微型拨动开关，因此在拨动时要多加小心不要用力过度，以免损坏。
2、用双踪示波器观察锁相环的跟踪波形时，可通过开关K800的通断，以使电路复位后作再次观察。 3、通过实验的摸索，使所选的R 、C组合，能获得一个最佳的实验效果。 七、预习思考题
1、本实验中用到数字电路中的计数器MC14522，试述MC14522集成电路各引脚的功能及其逻辑功能。 2、若要求频率合成器的输出范围为0~9999，则程序分频器应作如何设计？ 八、实验报告
1、根据观察结果，绘出基本锁相环的跟踪波形。
2、在做锁相式数字频率合成器实验时，分别令分频比N=1，N=7，N=13，记录实验结果，并分析之。
附：锁相环与锁相式频率合成器实验电路
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K801J801123P21KHz
EXT1KHz654321011111119 SW80412345678 R806C802C803C804C805R807R80851p10p20p39p10K100K510K
RR801116T1 215T2314T3413T4512T5611T6710T789T88-470KRR802A116T9 2B15T103C14T114D13T124-470K
非线性电路实验指导书 K802123TP801TP802R803100KU801143AINPCP1R804BIN51K9PC12TP8035VCININHPC2136C8017CA0068uCBVCOUT4VCO+5v+5v1112R1R2SF10K800ZEN154046R801R80210K300KC806R80501u1KD801LED252525U80211197U80311197U80411197452245224522\03210\3210\3210QQQQ0\\QQQQ0\QQQQKHKRHKRHRLNEF3210LNEF3210LEF3210CMNPCPPPPCMPCPPPPCMPCPPPP640332415640332415640332415111111111111VCO+5v012123456789111TTTTTTTTTTTTVCO+5v876587658765SW802SW801SW803123412341234 - 23 -