調頻通信系統測試與設計綜合課程設計報告-資料下載頁

　　

【正文】 920 mv440 mv mv mv940 mv440 mv9 集成鎖相環調頻實驗（FM3） 電路工作原理 集成鎖相環調頻與鑒頻調頻是用反映信息的低頻信號（調制信號）去控制高頻振蕩的輸出頻率，并使之隨調制信號的變化規律而變化。它的逆過程稱為頻率解調也稱為頻率檢波或鑒頻。 本實驗模塊是采用LM4046數字集成鎖相環（PLL）來實現調頻與鑒頻。鎖相環的內部電路主要由鑒相器和壓控振蕩器VCO兩部分組成。詳細內容可參考有關課程的相關內容。 LM4046簡介1．鎖相環調頻原理鎖相環調頻原理框圖如圖91所示。圖91 鎖相環調頻原理框圖將低頻調制信號加到壓控振蕩器的控制端，使壓控振蕩器的輸出頻率在自由振蕩頻率（中心頻率）fO上下隨調制信號而變化，即生成了調頻波。當高頻載波頻率與自由振蕩頻率相近時，壓控振蕩器的振蕩頻率與載波頻率鎖定。圖91中的低通濾波器只保證壓控振蕩中心振蕩頻率與載波頻率鎖定時所產生的相位誤差電壓通過，它與調制信號經由加法電路，去控制壓控振蕩器的頻率，從而獲得與載波頻率具有同樣頻率穩定度的調頻波。鎖相環4046邏輯圖與引出端功能圖如圖92所示。圖92 鎖相環4046邏輯圖與引出端功能圖 鎖相環的自由振蕩頻率f0、同步帶與捕捉帶的測量方法以圖93所示的4046鎖相環電路為例作簡要說明。圖93 鎖相環典型電路圖中，PD為相位比較器（鑒相器）；VCO為壓控振蕩器；CRR2決定自由振蕩頻率f0；RC3為低通濾波器；14端為高頻輸入端，要求輸入方波信號；4端為VCO輸出端。 1．自由振蕩頻率f0測量 用示波器觀測4端的波形應為方波，測量其周期即可換算出自由振蕩頻率f0。 2．鎖定的判斷 在14端輸入方波信號，觀察2端的波形，如已鎖定，可得一個穩定的矩形脈沖；若14端輸入信號頻率與壓控振蕩器的振蕩頻率相等，則2端將呈現兩倍頻的穩定方波信號。3．同步帶和捕捉帶的測量14端輸入一個方波（或正弦）信號，變化輸入信號頻率從中心頻率f0（VCO自由振蕩頻率）附近逐漸上升，至4端或2 端輸出方波出現不穩定時，即環路失鎖時，測出此時的失鎖頻率fH2。改變14端輸入信號頻率，由fH2下降至4或2端輸出方波再次穩定時，測其頻率fH2′。改變14端輸入信號頻率由fO下降至4或2端輸出方波出現不穩定時，測其失鎖頻率fL1。改變14端輸入信號頻率由fL1上升至4或2端輸出方波又重新出現穩定時，測其頻率fL1′。由以上測試可計算得： 同步帶為：fH2 fL1捕捉帶為：fH2′ fL1′ 同步帶和捕捉帶的示意圖如圖94所示。圖94 同步帶與捕捉帶 實驗線路分析實際線路如圖95所示?；揪€路在前面已分析清楚。這里需要進一步說明的是K1可短路外載波，以便測量壓控振蕩器的自由振蕩的頻率。K2可短路外加音頻信號，以便測量壓控振蕩器的同步帶和捕捉帶。由于是環路鎖相，改變濾波器時間常數可改變VCO自由振蕩的頻率。因此，調節R8，可改變VCO自由振蕩頻率。當改變VCO的CRR6可在較大范圍內改變輸出頻率。圖95 鎖相環調頻電原理圖 測量項目與方法（一）鎖相環自由振蕩頻率f0的測量調節自由振蕩頻率的微調電位器R8至適中位置，令鎖相調頻的高低頻輸入端對地短接，測量TP7（即U2的9腳）直流電壓（，近似電源電壓的1/2），用示波器觀察鎖相環的輸出。記錄波形性質、頻率和幅度于表91中 觀察相位比較器輸出端（U2的2腳）的波形，并記錄于表92中。 觀察（TP6）鑒相器輸出預積分波形，并記錄于表93中。 觀察壓控振蕩器輸入控制端（即加法器輸出端TP7）的波形，并記錄于94中。（二）．鎖定的判斷短接K1 12和K2 23，將函數信號發生器輸出的方波信號（，頻率為自振蕩頻率）加到載波輸入端（J1），用20MHz雙蹤示波器同時觀測鎖相環14腳和4腳的波形。若波形穩定則表示鎖定。注意：觀察雙蹤波形鎖定時，應保持同頻同步，允許不同相。改變函數信號發生器的輸出信號頻率，可發現在較大范圍內鎖相環均能鎖定。觀察TP2和TP3的波形，并記錄于表95中。鎖定時，同時觀測TP5和TP3(即鎖相環的2腳和4腳)，會發現什么現象？作何解釋？ （三）．測量同步保持范圍（同步帶）和同步引入范圍（捕捉帶） 令載波輸入端的方波輸入信號從自振蕩頻率開始緩慢下調，直至雙蹤波形失步抖動（不鎖定），測得此時的載波輸入信號頻率f1。 令輸入信號從自振頻率緩慢向上調，直至雙蹤波形失步抖動（不鎖定），測得此時的輸入信號頻率f2，即可算得同步保持范圍（同步帶）f2f1。 令輸入信號頻率從f1以下緩慢向上調，直至雙蹤波形同步（鎖定），測得此時的輸入信號頻率f3。 令輸入信號頻率從f2以上緩慢向下調，直至雙蹤波形同步（鎖定），測得此時的輸入信號頻率f4。即可算得同步引入范圍（捕捉帶）f4~f3。 測量結果與分析（一）鎖相環自由振蕩頻率f0的測量表91TP3鎖 相 環自由振蕩波形性質（波形）頻率（KHz）幅度（Vpp）方波表92TP5鑒相器的輸出波形性質（波形）頻率（KHz）幅度（Vpp）相 位方波180表93TP6鑒 相 器輸出預積分波形性質（波形）頻率（KHz）幅度（Vpp）相 位方波180表94TP7鑒 相 器輸出積分波形性質（波形）頻率（KHz）幅度（Vpp）相 位三角波180（二） 鎖定的判斷表95性質（波形）頻率（KHz）幅度（Vpp）相 位TP2方波0TP3方波90鎖定時，同時觀測TP5和TP3(即鎖相環的2腳和4腳)，會發現什么現象？作何解釋？圖96 TP5和TP3處的波形（三）．測量同步保持范圍（同步帶）和同步引入范圍（捕捉帶） 測得此時的載波輸入信號頻率f1 = ， 測得此時的輸入信號頻率f2 = ，即可算得同步保持范圍（同步帶）f2f1= ； 測得此時的輸入信號頻率f3 =， 測得此時的輸入信號頻率f4 = ，即可算得同步引入范圍（捕捉帶）f4~f3 =結果分析：鎖相環調頻的原理主要是將低頻調制信號加到壓控振蕩器的控制端，使壓控振蕩器的輸出頻率在自由振蕩頻率（中心頻率）fo上下隨調制信號而變化，即生成了調頻波。當高頻載波頻率與自由振蕩頻率相近時，壓控振蕩器的振蕩頻率與載波頻率鎖定。本實驗電路中的低通濾波器只保證壓控振蕩中心振蕩頻率與載波頻率鎖定時所產生的相位誤差電壓通過，它與調制信號經由加法電路，去控制壓控振蕩器的頻率，從而獲得與載波頻率具有同樣頻率穩定度的調頻波。10 集成鎖相環鑒頻實驗（FMDEM3） 電路工作原理 調頻是用反映信息的低頻信號（調制信號）去控制高頻振蕩的輸出頻率，并使之隨調制信號的變化規律而變化。它的逆過程稱為頻率解調也稱為頻率檢波或鑒頻。 本實驗模塊是采用LM4046數字集成鎖相環（PLL）來實現調頻與鑒頻。鎖相環的內部電路主要由鑒相器和壓控振蕩器VCO兩部分組成。詳細內容可參考有關課程的相關內容。實際線路如圖101所示?；揪€路在前面已分析清楚。這里需要進一步說明的是由于是環路鎖相，改變濾波器時間常數可改變VCO自由振蕩的頻率。因此，調節R4，可改變VCO自由振蕩頻率。當改變VCO的CRR2可在較大范圍內改變輸出頻率。圖101 集成鎖相環鑒頻實驗電原理圖 測量項目與方法（一）鎖相環自由振蕩頻率f0的測量調節自由振蕩頻率的微調電位器R4至適中位置，令鎖相調頻的高低頻輸入端對地短接，測量TP4（即U1的9腳）直流電壓，用示波器觀察鎖相環的輸出(TP2)。并把波形的性質、頻率和幅度填入表101中。 觀察相位比較器輸出端（U1的2腳）的波形，并記錄于表102中。觀察U1的9腳的波形，并記錄于表103中。（二）鎖定的判斷將函數信號發生器輸出的方波信號（，頻率為自振蕩頻率）加到FM3的輸入端（J1），連接FM3的TP2和本模塊的TP1，用20MHz雙蹤示波器同時觀測TP1和TP2，即鎖相環14腳和4腳的波形，若波形穩定則表示鎖定。注意：觀察雙蹤波形鎖定時，應保持同頻同步，允許不同相。改變函數信號發生器的輸出信號頻率，可發現在較大范圍內鎖相環均能鎖定。鎖定時觀察TP2和TP3，即鎖相環2腳和4腳的波形，有何結論，如何分析？（三）測量同步保持范圍（同步帶）和同步引入范圍（捕捉帶）觀測TP1和TP2，改變函數信號發生器的輸出信號頻率（載波信號）。 令載波輸入端的方波輸入信號從自振蕩頻率開始緩慢下調，直至雙蹤波形失步抖動（不鎖定），測得此時的載波輸入信號頻率f1。 令輸入信號從自振頻率緩慢向上調，直至雙蹤波形失步抖動（不鎖定），測得此時的輸入信號頻率f2，即可算得同步保持范圍（同步帶）f2f1。 令輸入信號頻率從f1以下緩慢向上調，直至雙蹤波形同步（鎖定），測得此時的輸入信號頻率f3。 令輸入信號頻率從f2以上緩慢向下調，直至雙蹤波形同步（鎖定），測得此時的輸入信號頻率f4。即可算得同步引入范圍（捕捉帶）f4~f3。 測量結果與分析（一）鎖相環自由振蕩頻率f0的測量表101TP2鎖 相 環自由振蕩波形性質（波形）頻率（KHz）幅度（Vpp）方波表102TP3鑒相器的輸出波形性質（波形）頻率（KHz）幅度（Vpp）相 位方波0表103TP7鑒 相 器輸出積分波形性質（波形）頻率（KHz）幅度（Vpp）相 位三角波90（二）鎖定的判斷TP2是TP3的二分頻（三）測量同步保持范圍（同步帶）和同步引入范圍（捕捉帶）測得此時的載波輸入信號頻率f1 =，測得此時的輸入信號頻率f2 =，即可算得同步保持范圍（同步帶）f2f1 = KHz； 測得此時的輸入信號頻率f3 = KHz，測得此時的輸入信號頻率f4 = KHz，即可算得同步引入范圍（捕捉帶）f4~f3 = KHz。課程設計總結： 通過本次專業綜合課程設計，我對調頻通信系統測試與設計中很多的知識點有了更深入的了解，不僅在理論上有所鞏固，在實踐中電路測試與設計能力也逐步加強。通過對THEX1型綜合實驗平臺的使用，深入了解了通信電路的原理，學習了很多關于其應用的理論，在測試與設計中一一得到驗證，感覺其樂無窮。 此次課程設計激發了我的創新潛能，讓我逐漸找到自己解決問題的方法。每一個實驗既相對獨立又有其相關性，通過查閱相關書籍資料使我在做實驗的過程中掌握了通信電路的測試方法和設計實驗的方法，以及學習了構造簡單通信系統的方法。更為重要的是，這次課程設計暴露了我一些的問題，首先是對元器件特性掌握不足，使得在測試時還要上網查其特性；其次是在試驗過程由于實驗室條件有限，有些實驗步驟沒有很好的完成，如有關掃描的實驗。最后就是通過這次實驗，我發現自己對某些實驗的原理和操作不是很熟練，所以在實驗過程中浪費了很多時間，走了一些彎路，雖然最后基本完成課設設計，但還是應該從中吸取教訓。參考文獻[1] 劉泉,《通信電子線路》(第二版).武漢：武漢理工大學出版社,2005[2] 張厥盛，《鎖相技術》.西安：西安電子科技大學出版社，2003.[3] 康華光，《電子技術基礎數字部分》（第五版）.北京：高等教育出版社，2005.[4] 康華光，《電子技術基礎模擬部分》（第五版）.北京：高等教育出版社，2005.[5] 邱關源，《電路》（第五版）.北京：高等教育出版社. 2006 [6] 李建東，《移動通信》.西安：西安電子科技大學出版社. 2007[7] Milos D. Ercegovac, TomasLang, Jaime H. Moreno. Introduction To Digital System. John Wiley Son, 1989.專業綜合課程設計成績評定表姓 名性 別專業、班級學 號題 目：答辯或質疑記錄：成績評定依據：最終評定成績（以優、良、中、及格、不及格評定） 指導教師簽字： 年 月