VDDPHI1
图6-2 锁相环4046逻辑图与引出端功能图
PHO3PHO1PHI2VCOOINHC1C1VSS12345678161514131211109VDDZ.PHI21614PDI3+PHO12131PHI1PHO2R2R1DEMOVCOI.NVCOOC1C1C1R1R2PDIIPHO2R3PHO346VCO71112VCOI9úêêê÷DEMO10C3INH5Rs8VSS15ZVSSVSS图中，PD为相位比较器（鉴相器）； VCO为压控振荡器；
C1、R1、R2决定自由振荡频率f0； R3、C3为低通滤波器；
14端为高频输入端，要求输入方波信号； 4端为VCO输出端。 1．自由振荡频率f0测量
用示波器观测4端的波形应为方波，测量
其周期即可换算出自由振荡频率f0。 图6-3 锁相环典型电路 2．锁定的判断
在14端输入方波信号，观察2端的波形，如已锁定，可得一个稳定的矩形脉冲；若14端输入信号频率与压控振荡器的振荡频率相等，则2端将呈现两倍频的稳定方波信号。 3．同步带和捕捉带的测量
14端输入一个方波（或正弦）信号，变化输入信号频率从中心频率f0（VCO自由振荡频 率）附近逐渐上升，至4端或2 端输出方波出现不稳定时，即环路失锁时，测出此时的失锁频率fH2。
改变14端输入信号频率，由fH2下降至4或2端输出方波再次稳定时，测其频率fH2′。
改变14端输入信号频率由fO下降至4或2端输出方波出现不稳定时，测其失锁频率fL1。 改变14端输入信号频率由fL1上升至4或2端输出方波又重新出现稳定时，测其频率fL1′。 由以上测试可计算得：
同步带为：fH2 - fL1
捕捉带为：fH2′ - fL1′
同步带和捕捉带的示意图如图6-4所示。 图6-4 同步带与捕捉带 （四）实验线路分析
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实际线路如图6-5所示。
基本线路在前面已分析清楚。这里需要进一步说明的是K1可短路外载波，以便测量压控振荡 器的自由振荡的频率。K2可短路外加音频信号，以便测量压控振荡器的同步带和捕捉带。由于是环路锁相，改变滤波器时间常数可改变VCO自由振荡的频率。因此，调节R8，可改变VCO自由振荡频率。当改变VCO的C1、R5、R6可在较大范围内改变输出频率。
D2LED(R)TP5+12V-12VTP1R15.6KU1LM31823-12VTP25TP3J1416R45.6KU2143AINBINVCININHCACBR1R2PCPPC1PC21213载波输入 K1D105W159571238+12VC12200P671112VCOUT4R25.6KR3100KJ3SFZEN1015调频波输出R510KR6100KLM4046TP6-12VTP7U341MC1741D3LED(B)C30.33uR145.6KR1530KJ2C20.15uC40.33uK2123
R7100KR82.2KR947K263TP4R10100KE110uR115.6KR124.3K+12V7R13100K音频输入图6-5 锁相环调频电原理图 四、实验步骤 （一）锁相环自由振荡频率f0的测量
调节自由振荡频率的微调电位器R8至适中位置，令锁相调频的高低频输入端对地短接，测量TP7（即U2的9脚）直流电压（约为5.3V，近似电源电压的1/2），用示波器观察锁相环的输出。记录波形性质、频率和幅度。 TP3锁 相 环 自由振荡波形 性质（波形） 性质（波形） 37
频率（KHz） 频率（KHz） 幅度（Vp-p） 观察相位比较器输出端（U2的2脚）的波形，并记录之。 TP5鉴相器的 输出波形 幅度（Vp-p） 相 位 观察（TP6）鉴相器输出预积分波形，并记录之。
5TP6鉴 相 器 输出预积分波形 性质（波形） 频率（KHz） 幅度（Vp-p） 相 位 相 位 观察压控振荡器输入控制端（即加法器输出端TP7）的波形，并记录之。 TP7鉴 相 器 输出积分波形 （二）．锁定的判断
短接K1 1-2和K2 2-3，将函数信号发生器输出的方波信号（幅度为3.5VP-P，频率为自振荡频率）加到载波输入端（J1），用20MHz双踪示波器同时观测锁相环14脚和4脚的波形。若波形稳定则表示锁定。注意：观察双踪波形锁定时，应保持同频同步，允许不同相。改变函数信号发生器的输出信号频率，可发现在较大范围内锁相环均能锁定。观察TP2和TP3的波形，并记录。
TP2 TP3 性质（波形） 频率（KHz） 幅度（Vp-p） 相 位 性质（波形） 频率（KHz） 幅度（Vp-p） 锁定时，同时观测TP5和TP3(即锁相环的2脚和4脚)，会发现什么现象？作何解释？ （三）．测量同步保持范围（同步带）和同步引入范围（捕捉带）
令载波输入端的方波输入信号从自振荡频率开始缓慢下调，直至双踪波形失步抖动（不锁定），测得此时的载波输入信号频率f1。
令输入信号从自振频率缓慢向上调，直至双踪波形失步抖动（不锁定），测得此时的输入信号频率f2，即可算得同步保持范围（同步带）f2-f1。
令输入信号频率从f1以下缓慢向上调，直至双踪波形同步（锁定），测得此时的输入信号频率f3。
令输入信号频率从f2以上缓慢向下调，直至双踪波形同步（锁定），测得此时的输入信号频率f4。即可算得同步引入范围（捕捉带）f4~f3。 （四）观察系统的调频情况
短接K1 1-2，在J1输入3.5VP-P自振频率的正弦波。（可取自函数信号发生器）
短接K21-2，在J2输入1VP-P频率400Hz的正弦波（可取自函数信号发生器实验模块，即FUT）。用20MHz双踪示波器跟踪观察TP4和TP3，就能清晰地观看到调频波的稀密变化。 五、实验报告
1．整理所观测到的波形与数据，并绘制相应的波形图。 2．通过实验，对集成数字锁相环的应用有何认识？ 3．总结实现锁相调频的方法。
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实验七 分立元件相位鉴频实验 FMDEM1
一、实验目的
1．学习相位鉴频器的电路组成和工作原理。 2．掌握相位鉴频器的调整方法和性能测试。 二、实验仪器与设备
1．THEX-1型实验平台、变容二极管调频实验（FM1）、分立元件相位鉴频实验（FMDEM1） 2．20MHz双踪示波器、BT5频率扫频仪、万用表 三、实验原理
相位鉴频器的组成方框图如图7-1示。图中的线 性移相网络就是频—相变换网络，它将输入调频信号 u1uuêêêêàêê2êàêêìê¨ê÷ou1的瞬时频率变化转换为相位变化的信号u2，然后 与原输入的调频信号一起加到相位检波器，检出反
映频率变化的相位变化，从而实现了鉴频的目的。 图7-1 相位鉴频器的组成框图
图7-2的耦合回路相位鉴频器是常用的一种鉴频器。这种鉴频器的相位检波器部分是由两个包络检波器组成，线性移相网络采用耦合回路。为了扩大线性鉴频的范围，这种相位鉴频器通常都接成平衡和差动输出。
u2+êêêê·üêê°ìê¨ê÷
u1u1 êêêêà-uoêêìê¨ê÷
u2 êêêê·-üêê°ìê¨ê÷
图7-2 耦合回路相位鉴频器
图7-3（a）是电容耦合的双调谐回路相位鉴频器的电路原理图，它是由调频—调相变换器和相位检波器两部分所组成。调频—调相变换器实质上是一个电容耦合双调谐回路谐振放大器，耦合回路初级信号通过电容Cp耦合到次级线圈的中心抽头上，L1C1为初级调谐回路，L2C2为次级调谐回路，初、次级回路均调谐在输入调频波的中心频率fc上，二极管D1、D2和电阻R1、R2分别构成两个对称的包络检波器。鉴频器输出电压uo由C5两端取出，C5对高频短路而对低频开路，再考虑到L2、C2对低频分量的短路作用，因而鉴频器的输出电压uo等于两个检波器负载电阻上电压的变化之差。电阻R3对输入信号频率呈现高阻抗，并为二极管提供直流通路。图7-3（a）中初次级回路之间仅通过Cp与Cm进行耦合，只要改变Cp和Cm的大小就可调节耦合的松紧程度。由于Cp的容量远大于Cm，Cp 对高频可视为短路。基于上述，耦合回路部分的交流等效电路如图7-3（b）所示。初级电压u1经Cm耦合，在次级回路产生电压u2，经L2中心抽头分成两个相等的电压 1 2 u 2 ，由图可见，加到两个二极管上的信号电压分别 u D 1 ? u 1 ? 1 2 u 2 和为：u D 2 ? u 1 ? 1 2 u 2 ，随着输入信号频率的变化。u1和u2之间的相位也发生相应的变化，从而使它们的合成电压发生变化，由此可将调频波变成调幅—调频波，最后由包络检波器检出调制信号。
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CpR3D1
uoD1
-++u22R1C2C5++L2-u22+-u1C1L1-L2+C2C5u22-D2R2u1D2Cm_Cm图7-3 电容耦合双调谐回路相位鉴频器
实际电路原理图如图7-4所示。 ++12V
J1TP1R151kC20.01uR620KC6T406-120PR522KC72200P+D12AP9TP3C130.1uE210uD3LED(R)C35.1PC53-15PR851KC1020PR722KD22AP9C120.01uR951KJ3音频输出R105.6K调频波输入 (10MHz)
R3100BG13DG6BBG23DG6BT401-1C83-15PC120PR215kC40.1uE110uR4330C93-15P+C1120P图7-4 分立元件相位鉴频电原理图 J1为相位鉴频器调制波的输入端，C1提供合适的容性负载；BG1和BG2接成共集—共基电
路，以提高输入阻抗和展宽频带，R1和R2提供公用偏置电压，C3用以改善输出波形。BG2集电极负载以及之后的电路在原理分析中都已阐明，这里不再重复。 四、实验步骤
1．相位鉴频器的调整
扫频输出探头接TP1，扫频输出衰减30db，Y输入用开路探头接TP3，Y衰减10（20db），Y增幅最大，扫频宽度控制在0.5格/MHz左右，使用内频标观察和调整10MHz鉴频S曲线，可调器件为L406-1，T401-1，C5，C8，C9五个元件。其主要作用为：
T401-1、C8 调中心10MHz至X轴线。
L406-1、C5 调上下波形对称。
C9 调中心10MHz附近的的线性。
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