调节频率，直到环路由锁定到失锁，该点频率记作f4。将信号源频率由此点往低调节，调到再次锁定时，此点频率记作f3。继续向低调节频率直到失锁时，此点频率记作f1。为提高测量精度，上述过程可反复进行几次。
图5-17是根据环路电压Ud与频率的关系画出的同步带和捕捉带示意图。图中 f1、f2、f3、
f4与实验中测得的f1、f2、f3、f4一一对应。这样，
同步带 ?f1?f4?f1 捕捉带 ?f2?f3?f2 Ud
f4ff2Udf1f2f3f1f图5-17 同步带和捕捉带示意图
（5）环路在失锁状态fi?fv。误差电压为不对称交变信号，其中所包含的直流分量将使VCO的振荡频率不再是Ud?0时的固有频率f0，而是来回改变的fv(t)，并且其平均频率向着fi靠近了一个值，这就是fi对于VCOfv 的频率牵引现象，VCO的平均频率与参考输入信号频率的关系曲线如图5-18所示。其中：45°线表示锁定状态；箭头表示fi变化的方向。
fv f 0
图5-18 牵引特性曲线图 fi 4．解调器
调制跟踪的锁相环路本身就是一个调频解调器，从压控振荡器输入端得到解调输出。系统的框图如图5-19。当输入为调频波时，若环路滤波器的通频带设计得足够宽，能使鉴相器的输出解
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调电压顺利通过，而环路的捕捉带又大于输入调频波的最大频偏，则VCO就能精确地跟踪输入调频信号中反映调制规律的瞬时频率变化，产生具有相同调制规律的调频波，显然，只要VCO的频率控制特性是线性的，VCO的控制电压uc(t)就是所需的不失真解调输出电压。假设输入解调信号，环路处于线性跟踪状态，且信号载频?c等于VCO自由振荡频率，则可得到输入
êêê÷êêêê êà ê÷ê ê··ê ê¨ ê÷ê êêê êê ê÷U (t)cêêê÷êêê图5-19 调频解调器电路组成方框图 相位?1(t)??t0??sin(?t??)dt????cos(?t??) ?现以VCO控制电压uc(t)作为输出，那么可先求得环路的输出相位?2?t?，再根据VCO控制特性，则输出相位为 ?2(t)?K0uc(t)p,不难求得解调输出uc(t)。设锁相环的闭环频率响应为H（JΩ）
?2(t)????H(j?)cos??t???Arg[H(j?)]? ?因而解调输出电压为
uc(t)?1?o?d1?2(t)???H(j?)sin??t???Arg[H(j?)]? dt?o解调输出是调制信号经H(j?)过滤再乘以常数???o。
在解调电路中，为了实现不失真解调，环路的捕捉带必须大于输入调频信号的最大频偏，环路的带宽必须大于输入调频信号的频谱宽度。
解调器的实验框图如图5-20所示。
êê÷êê÷êêê÷êêêêê ê·ú ê÷D?o?ê?è?P DL FY2êêêêY1êê¨ê÷
êêê·ê V C OVCOêêê
图5-20 解调器实验框图
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四、实验步骤
（一）压控振荡器各频段的测试：
将J1、J4、“反馈输入”悬空，定时电容选择分别接在C5、C7、C8三个频段。调节“定时电容选择”，测出压控振荡器的最高频率和最低频率，填入下表。
频率粗调 频段 1 2 3 最低频率（KHz） 典型数据 最高频率（KHz） （二）压控振荡器两种输出信号的观察：
用20MHz双踪示波器分别观察4脚“VCO输出”端和9脚TP2“三角波输出”端的波形。并画出对应的波形图。“三角波输出”和“VCO输出”的频率是由误差电压控制的，与鉴相器、放大器等构成基本锁相环电路。 （三）滤波器带宽的测试：
1．6脚“带宽选择”悬空（正常工作时“带宽选择”和“正弦波输入”短接）。
2．从“正弦波输入”端输入音频正弦信号，在“控制输出”端观察输出波形，并根据滤波器带宽的定义，分别测出两种滤波器的带宽，将得到的数据填入下表。
带宽选择 宽 中 窄 RC滤波 滤波器类型 比例积分滤波 （四）调频器实验：
1．先选择适当的定时电容和定时电阻，从J1端输入音频信号（正弦波，幅度为1VP-P，频率为音频的频率范围），当输入信号改变时，用20MHz双踪示波器观察TP1端和TP3端的波形，可清晰地观察到调频波频率渐变的波形。
2．将J1端悬空，用频率计测量TP3端的频率，并用示波器观察TP3输出波形。该频率称为压控振荡器的固有频率。
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（五）同步带和捕捉带的测试：
1．先选择适当的定时电容和定时电阻，将“VCO输出”与“反馈输入”用导线短接。 2．将直流电压表和示波器按图5-14连接好。
3．从TP4端输入高频正弦信号，调节高频信号源的频率使环路分别处于锁定和失锁状态，用20MHz双踪示波器分别观察TP4和TP3的波形，并且记录波形。在TP1观察ud(t)的波形并记录。
4．用频率计测量TP3端的频率，调节高频信号源的频率，测定环路的同步带和捕捉带范围。 5．在测定牵引特性曲线时，为了保证环路处于相对静止状态，应缓慢地改变fi，另外为使特性对称，首先将VCO的固定频率f0置于所工作频段中点，即
?? f0?f0ma?xf0min
2当参考输入电平ui?0时，系统处于开环状态，VCO的振荡频率即为f0，改变频率细调电位器可测得所选择频段的f0max、f0min及f0。
（六）解调器实验：先选择适当的定时电容和定时电阻
1．按图5-20连接好示波器和调频信号源。(可选用一块FM2或高讯仪作调频信号源，但高讯仪信号幅度较小)
2．用20MHz双踪示波器同步观察参与调频的正弦信号和解调输出的正弦信号（TP1）。 3．注意调频信号的频率必须落在调频器单元的固有频率附近。 五、实验报告
1．整理并记录以上六个部分的实验数据。将实验结果和计算值进行比较。 2．说明调频器和解调器的工作原理。
3．写出对锁相环的心得体会。
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实验六 集成锁相环调频实验 FM3
一、实验目的
1．了解压控振荡器及其构成频率调制的原理。
2．掌握由集成锁相环电路4046构成频率调制器的工作原理和调试方法。 二、实验仪器与设备
1．THEX-1型实验平台、函数信号发生器实验（FUT）、集成锁相环调频实验（FM3） 2．20MHz双踪示波器、万用表 三、实验原理
（一）集成锁相环调频与鉴频
调频是用反映信息的低频信号（调制信号）去控制高频振荡的输出频率，并使之随调制信号的变化规律而变化。它的逆过程称为频率解调也称为频率检波或鉴频。
本实验模块是采用LM4046数字集成锁相环（PLL）来实现调频与鉴频。锁相环的内部电路主要由鉴相器和压控振荡器VCO两部分组成。详细内容可参考有关课程的相关内容。
（二）LM4046简介 1．锁相环调频原理
锁相环调频原理框图如图6-1所示。
图6-1 锁相环调频原理框图
将低频调制信号加到压控振荡器的控制端，使压控振荡器的输出频率在自由振荡频率（中心频率）fO上下随调制信号而变化，即生成了调频波。当高频载波频率与自由振荡频率相近时，压控振荡器的振荡频率与载波频率锁定。图6-1中的低通滤波器只保证压控振荡中心振荡频率与载波频率锁定时所产生的相位误差电压通过，它与调制信号经由加法电路，去控制压控振荡器的频率，从而获得与载波频率具有同样频率稳定度的调频波。
1．锁相环4046逻辑图与引出端功能图如图6-2所示。
（三）锁相环的自由振荡频率f0、同步带与捕捉带的测量方法。 以图6-3所示的4046锁相环电路为例作简要说明。
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