实验三 锁相环应用电路实验 一、 实验目的 1. 掌握锁相环的组成及基本工作原理； 2. 了解锁相环应用电路的设计方法。 二、 实验原理 1． 锁相环的仿真模型 首先在 Multisim 软件中构造锁相环的仿真模型(图 1) 。基本的锁相环由鉴相器( PD) 、环路滤波器(L P) 和压控振荡器(VCO) 三个部分组成。图 1中,鉴相器由模拟乘法器 A1 实现,压控振荡器为 V 3 ,环路滤波器由 R1 、C1 构成。环路滤波器的输出通过 R2 、R3 串联分压后加到压控振荡器的输入端, 直流电源 V2 用来调整压控振荡器的中心频率。仿真模型中,增加 R2 、R3 及 V2 的目的就是为了便于调整压控振荡器的中心频率。 图 1 锁相环的仿真模型 2. 锁相环调频的仿真电路 直接调频电路的振荡器中心频率稳定度较低,而采用晶体振荡器的调频电路,其调频范围又太窄。采用锁相环的调频器可以解决这个矛盾。其结构原理如图2 所示。 图 2 锁相环调频电路的原理框图 实现锁相调频的条件是调制信号的频谱要处于低通滤波器通带之外,也就是说,锁相环路只对慢变化的频率偏移有响应,使压控振荡器的中心频率锁定在稳定度很高的晶振频率上。而随着输入调制信号的变化,振荡频率可以发生很大偏移。 图 3 锁相环调频的仿真电路 根据图2 建立的仿真电路如图3 所示。图中,设置压控振荡器V 1 在控制电压为0 时,输出频率为0 ;控制电压为5V 时,输出频率50kHz 。这样,实际上就选定了压控振荡器的中心频率为25kHz ,为此设定直流电压V 3 为2.5V 。调制电压V 4 通过电阻R5 接到VCO 的输入端, R5 实际上是作为调制信号源V 4 的内阻,这样可以保证加到VCO 输入端的电压是低通滤波器的输出电压和调制电压之和,从而满足了原理图的要求。本电路中,相加功能也可以通过一个加法器来完成,但电路要变得相对复杂一些。 VCO 输出波形和输入调制电压V 4 的关系如图4 所示。由图可见,输出信号频率随着输入信号的变化而变化,从而实现了调频功能。 图4 锁相环调频实验结果波形 3 锁相环鉴频的仿真电路 用锁相环可实现调频信号的解调,其原理框图如图5 所示。为了实现不失真的解调,要求锁相环的捕捉带必须大于调频波的最大频偏,环路带宽必须大于调频波中输入信号的频谱宽度。 图5 锁相环鉴频电路的原理框图 图6 为相应锁相鉴频电路的仿真电路。图中的压控振荡器的设置与锁相环调频电路相同。为了进一步改善低通滤波器的输出波形,在R1 、C1 的输出...
