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高频课设 锁相频率合成电路设计

高频课设  锁相频率合成电路设计
高频课设  锁相频率合成电路设计

课程设计任务书

学生姓名:专业班级:

指导教师:旷海兰工作单位:

题目:锁相频率合成电路设计

初始条件:

具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力;对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解;具备高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力;能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。

要求完成的主要任务:

1. 集成电路构成锁相频率合成电路;

2. 额定电源电压5.0V ,输出频率512KHz~1023 KHz ;

3. 通过跳线或拨码开关设置频率;

4. 输出频率准确度高;

5. 完成课程设计报告(应包含电路图,清单、调试及设计总结)。

时间安排:

1.2013年1月4日分班集中,布置课程设计任务、选题;讲解课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求;课设答疑事项。

2.2013年1月5日至2013年1月10日完成资料查阅、设计、制作与调试;完成课程设计报告撰写。

3. 2013年1月11日提交课程设计报告,进行课程设计验收和答辩。

指导教师签名:年月日系主任(或责任教师)签名:年月日

目录

摘要......................................................... I Abstract....................................................... II

1、绪言 (1)

2、设计的主要基本原理 (2)

2.1 锁相环的构成及基本原理 (2)

2.1.1 鉴相器 (2)

2.1.2 环路滤波器 (3)

2.1.3 压控振荡器 (5)

2.2 PLL频率合成器的原理 (5)

3、总电路原理图设计 (7)

3.1 锁相环集成电路CD4046 (7)

3.2 分频计数器部分 (8)

4、硬件安装与调试 (10)

5、测试数据分析 (11)

6、结束语 (13)

7、参考文献 (14)

附录 (15)

Ⅰ总原理图 (15)

Ⅱ元件清单 (15)

本科生基础强化训练成绩评定表

摘要

本文介绍锁相频率合成器的结构和工作原理,并用通常使用的锁相集成电路CD4046实现了一种锁相频率合成器。其中锁相环由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器组成。频率合成一个或少量的高准确度高稳定的标准频率作为参考频率,由此导出多个或大量的输出频率.这些输出频率的准确度和稳定度与参考频率是一致的,频率合成器就是用来产生这些频率的部件.

此种设计方法具有结构简单、稳定性好、精度高、易实现等特点。

关键词:锁相环,CD4046, 频率合成器,鉴相器

Abstract

The paper mainly introduce PLL frequency synthesizer’s structure and operating principle,and this time I applicate a PLL frequency synthesizer by using CD4046 .Phase-locked loop is componented by the phase detector, loop filter and VCO. Synthesis is that one or a small number of high-accuracy high-stability frequencys standard as a reference frequency, which derived more than a large number of output frequencys. The accuracy and stability of these output frequencys is consistented with the reference frequency, the frequency synthesizer is used to generate these frequency.

The frequency synthesizer has the structure simplicity , stability regards , accuracy characteristics such as high , easy to come true.

Key words: Phase-locked loop ,CD4046 ,Frequency synthesizer ,Phase detector

1、绪言

频率合成技术是现代通信和电子技术的重要组成部分,它是将一个高稳定度和高准确度的基准频率经过四则运算,产生同样稳定度和准确度的任意频率。这种锁相环频率合成器的稳定度和准确度与基准频率相当,不产生额外的误差。

锁相环简称PLL,是实现相位自动控制的一门技术,早期是为了解决接收机的同步接收问题而开发的,后来应用在电视机的扫描电路中。由于锁相技术的发展,该技术已逐渐应用到通信、导航、雷达、计算机到家用电器的各个领域。自从20世纪70年代起,随着集成电路的发展,开始出现集成的锁相环器件、通用和专用集成单片锁相环,使锁相环逐渐变成一个低成本、使用简便的多功能器件。

如今,PLL技术主要应用在调制解调、频率合成、彩电色幅载波提取、雷达、FM立体声解码等各个领域。随着数字技术的发展,还出现了各种数字PLL器件,它们在数字通信中的载波同步、位同步、相干解调等方面起着重要的作用。随着现代电子技术的飞快发展,具有高稳定性和准确度的频率源已经成为科研生产的重要组成部分。高性能的频率源可通过频率合成技术获得。随着大规模集成电路的发展,锁相式频率合成技术占有越来越重要的地位。由一个或几个高稳定度、高准确度的参考频率源通过数字锁相频率合成技术可获得高品质的离散频率源。

2、设计的主要基本原理

2.1 锁相环的构成及基本原理

锁相环(PLL )是一个相位跟踪系统。图1显示了最基本的锁相环方框图。它包括三个基本部件,鉴相器(PD ) 环路滤波器(LF )和压控振荡器(vco )。

图1 锁相环的基本组成框图

2.1.1 鉴相器

鉴相器,顾名思义,就是能够鉴别出输入信号的相差的器件。是一个相位比较环节,它把输入信号()i u t 与压控振荡器输出信号()o u t 的相位进行比较,产生对应两信号相位差的误差电压()e u t 。

()[()],e e u t f t θ= ()e t θ是两信号相位差

鉴相器特性[()]e f t θ可以是多种多样的,有正弦形、方波、三角形、锯齿形特性。

它的电路有各种形式,主要有两类:

1) 相乘器电路

2) 序列电路:它的输出电压是输入信号过零点与反馈电压过零点之

间时间差的函数。这类鉴相器的输出只与波形的边沿有关,适用于方波,通常用模拟乘法器构成。

参考信号PD u r (t )LF u d (t )VCO u c (t )u o (t )输出信号

设输入信号为:

()sin[()]i i i i u t u t t ωθ=+

VCO 的输出信号:

()cos[()]o o o o u t u t t ωθ=+

其中o ω是VCO 的自由振荡频率,是环路的一个重要参数。()o t θ以o t ω为参考的最小时相位。

从鉴相角度分析:都把它们看成相位。由于()i t θ与()o t θ的参考相位不同,不便直接比较,故需改用统一的参考相位o t ω,这样一来,可将入,出改写为:

1()sin[()()]sin[()]i i o i o i i o u t u t t t u t t ωωωθωθ=+-+=+

2()cos[()]o o o u t u t t ωθ=+

将上面两式相乘:

∴环路的瞬时相位差:

12()()()()()()e i o i o t t t t t t θθθωωθθ=-=-+-

2.1.2 环路滤波器

环路滤波器的作用是滤除误差电压ud(t)中的高频成分和噪声,以保证环路所要求的性能,提高系统的稳定性。

低通滤波器的频率特性为:

1212(){sin[2()()]sin[()()]}2

m e i o o K u t u u t t t t t ωθθθθ=+++-LF u e (t)

u d (t)

u o (t)u i (t)

图2 低通滤波器特性

c ω为截止频率:即将大c ω的频率成分衰减;而将小c ω的频率成分保留。所以当LF 的c ω有下列关系时:

c i o c

i o ωωωωωω-+><同时时

则乘法器的输出信号经过LF 之后,LF 的输出信号()d u t 为:

()sin[()()()]sin ()d i o i o e u t K t t t K t ωωθθθ=-+-=

这就是鉴相器滤波特性,因呈现正弦特性,∴称为正弦鉴相特性。

图3 正弦鉴相器的鉴相特性

其中,

1()()()()()()e i o i o o t t t t t t θωωθθθθ=-+-=-

1()()()i o i t t t θωωθ=-+

∴相位差为:1()()()e o t t t θθθ=-

()o t θ应包括[(())]v o t t ωω-的相位。

从这一点(相位)看,鉴相器鉴别的是输入、输出信号的相位差,∴称它为鉴相器。

LF

ωc ω

2π?e (t)

u d (t)

2m i o K K u u =

常用的环路滤波器有:RC 积分滤波器、无源比例积分滤波器和有源比较积分滤波器。

2.1.3 压控振荡器

它是一个电压—频率转换器,由()d u t 控制产生相应频率,使其频率朝着输入信号的频率靠拢,由于相位负反馈的作用直至消除频差实现环路锁定。一经锁定VCO 的频率与输入信号的频率趋于一致。当入与出存在频差时,PD 鉴出的相差就是消除频差使o ω朝着i ω变化所需的控制电压。

其频率(瞬时)()v t ω是控制电压()d u t 的函数。电路不同,控制特性也不同,但在环路锁定点附近,总可以近似为直线。即可得到如下控制方程:

()()()v o o d t t K u t ωω=+ o K 是VCO 的控制灵敏度或增益/sec rad v ?

2.2 PLL 频率合成器的原理

PLL 频率合成器是由参考频率源、参考分频器、相位比较器、环路滤波器、压控振荡器、可变分频器构成。

在锁相环路的反馈通路中接入分频器,便可得到锁相倍频电路,如图2所示。图中ui 可来源于石英晶体振荡器,其振荡频率为fi ;uo 为输出电压,其振荡频率为fo ;uo 经Ⅳ分频后与ui 进行相位比较。本环路锁定后,鉴相器输入的两个信号的频率相等,即fi =fo/N,所以输出信号的频率为fo =Nfi ,改变N的数值,就可以得到fi 不同倍数的输出频率fo 。

图4 锁相倍频电路

在锁相环路的反馈通路中接入倍频器,便可得到锁相分频电路,如图3所示。图中ui可来源于石英晶体振荡器,其振荡频率为fi,。为输出电压,其振荡频率为fo;经1/N分频后与ui进行相位比较。当环路锁定后,鉴相器输入两个信号的频率相等,即fi=Nfo,所以输出信号的频率为fo=fi/N。

图5 锁相分频电路

3、总电路原理图设计

本次设计的主要电路是由通用的CMOS锁相环集成电路CD4046及两块加法计数器74LS161芯片、一块反相器74LS04芯片组成。

3.1 锁相环集成电路CD4046

CD4046是通用的CMOS锁相环集成电路,其特点是电源电压范围宽(为3V-18V),输入阻抗高(约100MΩ),动态功耗小,在中心频率f0为10kHz下功耗仅为600μW,属微功耗器件。

其内部电路如下图所示。

图6 CD4046内部电路图

输入信号Ui从14脚输入后,经放大器A1进行放大、整形后加到相位比较器Ⅰ、Ⅱ的输入端,图3开关K拨至2脚,则比较器Ⅰ将从3脚输入的比较信号Uo与输入信号Ui作相位比较,从相位比较器输出的误差电压UΨ则反映出两者的相位差。UΨ经R3、R4及C2滤波后得到一控制电压Ud加至压控振荡器VCO

的输入端9脚,调整VCO的振荡频率f2,使f2迅速逼近信号频率f1。VCO的输出又经除法器再进入相位比较器Ⅰ,继续与Ui进行相位比较,最后使得f2=f1,两者的相位差为一定值,实现了相位锁定。若开关K拨至13脚,则相位比较器Ⅱ工作,过程与上述相同,不再赘述。

压控振荡器需要外接电阻R1、R2和电容C1。R1、C1是充放电元件,电阻R2起频率补偿作用。VCO的振荡频率不仅和R1、R2以及C1的取值有关,还和电源电压有关,电源电压越高振荡频率越高。由CD4046的datasheet中电阻电容的阻值与输出频率范围的曲线图可大致确定其外围参数如下:R1=10KΩ,R2=100KΩ,R3=5KΩ,R5=100KΩ,C1=100pF,C2=1nF。

锁相频率合成器的外围电路如下图所示。

图7 CD4046外围电路图

3.2 分频计数器部分

对于74LS161,当清零端CR=“0”,计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”,这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时,在CP信号上升沿作用后,74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3,D2,D1,D0的状态一样,为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后,计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO,其逻辑关系

是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能,一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。

本次设计中利用该芯片与反相器构成可变分频器。

74LS161芯片的的CLK输入端接入固定频率的信号1MHz,进位输出端RCO 的值接入锁相集成电路CD4046的信号输入端。连接图如图7 所示。

图8 分频计数器

本次设计是在锁相环路的反馈通路中接入分频器,便可得到锁相倍频电路,其信号来源是CD4046的信号输出端得到的信号,将其进位信号接入锁相集成电路CD4046作为比较信号输入。其反馈通路的电路如图所示。

图9 倍频反馈电路

4、硬件安装与调试

根据设计完成的电路原理图,将各芯片,集成电路,贴片电阻,电容焊接好。

全部完成后,再检查是否有虚焊或者漏焊,对照电路图仔细检查一遍。

检查无误之后便可接上电源和信号源,以及示波器来观察。

其中,给74LS161和74LS04供电的电源为+5V,给CD4046的供电电源为+7V,接入的固定频率信号为1MHz,示波器显示的为CD4046的输出。

在调试的过程中需注意R1、R以及C1的选取,选取不同的R1、R2、C1并通过拨码开关合理设置可变分频系数N就可获得不同频率范围的输出信号,同时根据所需情况选取合适的滤波器,设置不同的参考分频系数即可改变频率间隔。并要通过调节可变电阻使输出稳定。

刚开始检查的时候发现输出的频率在一百多千赫兹到五百多千赫兹,并不是在要求的512KHz到1023KHz中间。就这样,我检查了几次我板子的焊接问题和连线等情况,发现都是好的,只好再回过头去检查原理图,然后在看CD4046的Datasheet的时候发现,有一个电容的值和一个电阻的值选得不是很对,然后把这两个元件换上后还是发现达不到一兆赫兹,这时,听到有个同学说,应该调一下CD4046这个集成电路的供电电压。于是,我又把电路改了一下,由于之前的供电电压都是5v的,现在得把CD4046拿出来单独供电。果然,问题得到了实质性的解决,当Vcc调到7V左右时,CD4046的输出范围便可以达到两百多千赫兹到1.08MHz左右了。

5、测试数据分析

图10 fo=279.3KHz 图11 fo=561.8KHz

图12 fo=628.9KHz 图13 fo=787.4KHz

图14 fo=943.4KHz 图15 fo=1.028MHz

通过调节拨码开关可以得到从两百多千赫兹到1.08MHz左右,记下的其中六个输出状态如上图所示。

该电路的输出频率f o理论值为输入的固定频率值f 经过第一个74LS161分频后的频率f1=f / n1,其中n1为其分频系数,最大为16分频,与第二个74LS161的分频系数的乘积。

即f o =(f / n1)* n2 n2为反馈通道上74LS161的分频系数。

但是由于电路焊接等引起了一些误差,结果并不是很精准,经过多次调试仍然改进效果很微小,但是输出的频率范围能实现要求的512KHz~1023KHz。

6、结束语

经过将近一周的焊接和调试,终于完成了此次锁相环的设计任务。第一天的时候,主要是弄清楚整个设计要涉及到的原理然后确定好基本的方案,几经斟酌,最后选择了比较通用的锁相集成电路CD4046,然后用proteus软件进行了原理图的设计及仿真。

虽然整个过程中遇到了一些问题,但是在同学热心的帮助下,我基本完成了本次课程设计的任务。通过这次设计,使我了解到自己的理论知识学得还不够扎实,虽然本次设计中的锁相环部分上课时老师还并没有讲到,但是涉及到前边的一些知识时,印象也已经模糊了,所以应该努力学好课本中的知识。以后如果再制作电路图,我应该好好复习相关的知识,把电路原理理解好。本次课程设计也让我知道了要养成严谨的科学态度。

然后,还有一些细节性的问题,比如说焊接一定要有耐心,连线时,要仔细些。在遇到不懂的问题时,也要认真查阅课外资料,懂得请教同学、老师,懂得得利用网络资源。针对这些问题,还得继续加强学习。

7、参考文献

[1]曾兴文. 高频电子线路.. 北京:高等教育出版社,2006.

[2]张厥胜.Motorola集成电路应用丛书.锁相环频率合成器. 电子工业出版社,2006.

[3]王卫东.高频电子电路.北京:电子工业出版社,2009.03

[4]曾兴雯,刘乃安,陈健.高频电路原理与分析.西安电子科技大学出版社.2002.8

[5]康华光.电子技术基础.数字部分.北京:高等教育出版社,2006.1.

附录

Ⅰ总原理图

Ⅱ元件清单

名称型号数量备注锁相集成电路CD4046BE 1

计数芯片74LS161 2

反相芯片74LS04 1

贴片电阻10KΩ9

100KΩ 2

贴片电容100pF 1

1nF 1

拨码开关4位 2

变阻器5KΩ 1

芯片底座16脚,14脚 4

焊锡焊锡若干

高频电路设计与制作

《高频电路设计与制作》[转] 第一章高频电路基本常识第一部分 为何要学习高频电路的知识 电子电路可以分为模拟电路与数字电路,而模拟电路又可以分类为低频率电路与高频电路。 一般的电子技术人员,首先尝试设计或制作的,大多以数位电路或低频率电路为主,此较少从高频电路开始的。其主要原因是,高频电路较难去理解,往往所制作出的电路无法如预期的设计目标动作。 但是,如果忽略了高频电路的基本常识,也可能使所设计出的数位电路或低频率电路不能成为最适当,甚至於可能会造成动作的不稳定。 相反地,如果能够熟悉高频电路,也可以提高数位电路或低频率电路的设计水准。近些年,无论是数位电路或以直流为主的测试仪器电路,对於处理系要求高速化,结果也使得高频电路的基本常识相当重要。 低频率电路与高频电路的区别 为了了解高频电路的特征,在此,对低频率电路与高频电路作一此较。如下图1所示的为低频率电路与高频电路的此较。图(a)为低频率电路,图(b)为高频电路。首先,说明信号的流通。由於在低频率电路的信号其波长较长,一般可以忽略时间因素。因此,振荡器的输出端舆放大器的输入端可视为同一信号。也即是,在低频率电路中的信号流通如箭头的方向所示,成为闭回路,此也称的为集中常数的考虑方法。而在高频电路中,由於波长较短,不可以忽略时间的要素。在同一时间的振荡器输出端,中途的电缆线上,放大器的输入端的信号就非同一信号,也就是说信号像电波一样传输着,这种考虑电路问题的方法称为分布常数。 一般地,在集中常数电路中的低频电路中,对於电缆线的限制较少,可以使用一般的隔离线,重视杂讯兴频率特性。而在分布常数电路中的高频电路中,为了不使信号发生传送路径上的失真,使用同轴电缆线,重视特性阻抗。 在放大器的输出端所连接的负载如下: 图1-(a)低频电路图1-(b)高频电路 图(a)低频率电路为定电压驱动……即图b高频电路为功率驱动……信号的单

锁相技术与频率合成器(讲座复习资料)

222 锁相技术与频率合成器 第一节 教学主要内容 一、反馈控制电路 (一)基本概念 1.采用反馈控制电路的目的是提高通信系统的技术性能,或者实现某些特殊的高指标要求。 2.通信系统中常用的有自动振幅控制、自动频率控制和自动相位控制。 3.反馈控制电路是由被控对象和反馈控制器两部分组成。 图10-1 反馈控制电路的组成方框图 4.反馈控制电路中X o 为系统的输出量,X R 为系统的输入量,是反馈控制器的比较标准。 5.根据实际工作的需要,每个反馈控制电路的X o 和X R 之间都具有确定的关系,例如X o =g (X R )。若这一关系受到破坏,则反馈控制器就能够检测出输出量与输入量的关系偏离X o =g (X R )的程度,产生相应的误差量X e , 加到被控对象上对输出量X o 进行调整,使X o 与X R 之间的关系接近或恢复到预定的关系X o =g (X R )。 (二)自动相位控制电路(锁相环路) 1.用途:在通信系统中能实现频率合成、频率跟踪等许多功能。 2.锁相环路的被控量是相位,被控对象是压控振荡器(VCO)。在反馈控制器中对振荡相位进行比较。利用误差量对VCO 的输出相位进行调整。 图10-4 自动相位控制方框图

223 3. VCO 输出电压的相位受u c 控制。而u c 是VCO 的输出电压的相位θV 与环路输入相位θR 经鉴相器产生的误差电压u e 经环路滤波器后得到的控制电压。 4.控制环路的输入量为θR ,输出量为θV 。 二、自动相位控制电路(锁相环路) (一)锁相环路的基本原理 1.鉴相器及其相位模型 (1)功能:比较输入信号相位和VCO 输出信号的相位,其输出电压与两信号的相位差成正比。 (2)实现电路:模拟乘法器 图10-5 等效鉴相器 (3)鉴相特性 鉴相器的输入信号分别为 u V (t )=U Vm cos [ωo t +θV (t )] u R (t )=U Rm sin [ωR t +θR (t )]=U Rm sin [ωo t +(ωR -ωo )t +θR (t )]=U Rm sin [ωo t +θ1(t )] 式中,θ1(t )=(ωR -ωo )t +θR (t )称为输入信号以相位ωo t 为参考的瞬时相位。 经相乘器,其输出电压 ()()M R V u K u t u t 为 K M u R (t )u V (t )=K M U Rm sin [ωo t +θ1(t )]U Vm cos [ωo t +θV (t )] = 1 2K M U Rm U Vm sin [2ωo t +θ1(t )+θV (t )] +1 2 K M U Rm U Vm sin [θ1(t )-θV (t )] 式中,K M 为乘积系数,单位1/V 。由于环路有低通滤波,起作用的是低频分量,即 u d (t )= 1 2 K M U Rm U Vm sin [θ1(t )-θV (t )]=K d sin θe (t ) 式中,K d =K M U Rm U Vm /2为鉴相器的最大输出电压。θe (t )=θ1(t )-θV (t )为鉴相器输入信号的瞬时相差。可见,乘法器作为鉴相器的鉴相特性是正弦特性。 (4)鉴相器的相位模型

锁相环电路设计

锁相环的原理 2007-01-23 00:24 1.锁相环的基本组成 许多电子设备要正常工作,通常需要外部的 输入信号与部的振荡信号同步,利用锁相环 路就可以实现这个目的。 锁相环路是一种反馈控制电路,简称锁相环(PLL)。锁相环的特点是:利用外部输入的参考信号控制环路部振荡信号的频率和相位。 因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪,所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中,当输出信号的频率与输入信号的频率相等时,输出电压与输入电压保持固定的相位差值,即输出电压与输入电压的相位被锁住,这就是锁相环名称的由来。 锁相环通常由鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)和压控振荡器(VCO)三部分组成,锁相环组成的原理框图如图8-4-1所示。 锁相环中的鉴相器又称为相位比较器,它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差,并将检测出的相位差信号转换成u D(t)电压信号输出,该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压u C(t),对振荡器输出信号的频率实施控制。 2.锁相环的工作原理 锁相环中的鉴相器通常由模拟乘法器组成,利用模拟乘法器组成的鉴相器电路如图8-4-2所示。鉴相器的工作原理是:设外界输入的信号电压和压控振荡器输出的信号电压分别为: (8-4-1) (8-4-2) 式中的ω0为压控振荡器在输入控制电压为零或为直流电压时的振荡角频率,称为电路的固有振荡角频率。则模拟乘法器的输出电压u D为: 用低通滤波器LF将上式中的和频分量滤掉,剩下的差频分量作为压控振荡器的输入控制电压u C (t)。即u C(t)为: (8-4-3) 式中的ωi为输入信号的瞬时振荡角频率,θi(t)和θO(t)分别为输入信号和输出信号的瞬时位相,根据相量的关系可得瞬时频率和瞬时位相的关系为:

锁相频率合成器

《高频电子线路》课程设计 设计题目:锁相频率合成器的组装及调试专业: 班级: 学生姓名: 学号: 起止日期: 指导教师: 2012年6月 9日

锁相频率合成器的安装及调试 王威 09通信工程 摘要:通过对晶体振荡器,参考分频器,鉴相器,环路滤波器,压控振荡器,分频器这些元器件进行组装构成锁相频率合成器,阐述了锁相频率合成器的工作原理,分析了锁相环的组装和工作过程,仔细设计了仿真电路图,通过对环路滤波器的重点设计,改善了环路的捕获性能,进一步抑制鉴相器输出电压中的载频分量和高频噪声,降低由VCO控制电压的不纯而引起的寄生输出以及其他各种杂散噪声,在试验中采用了集成锁相环路来简化电路的设计,最后对设计及实验结果进行了分析总结。 关键词:锁相环路;分频器;VCO;环路滤波;鉴相器 Abstract: based on the crystal oscillator, reference prescaler, the phase discrimination, loop filter, VCO, prescaler these components to assembly made phase-locked frequency synthesizer, expounds the phase-locked frequency synthesizer work principle, analyzes the phase locked loop assembly and work process, carefully designed the simulation diagram, through the loop of the filter key design, improve the loop of capture performance, further restrain phase discrimination of output voltage transmits the weight and high frequency noise, reduce the VCO control by the voltage of the not pure and is caused by the parasitic output and all kinds of other stray noise, used in the test in the integrated phase lock loop to simplify the circuit design, the design and the experimental results were analysed. Keywords: phase lock loop; Prescaler; VCO; The loop filtering; Phase discrimination is 1.设计要求: (1)测量频率合成输出频率范围。 (2)频率分辨率。 (3)测量频率合成器输出频率和分频比的关系。 (4)调测频率合成器的输出波形。

《电子设计基础》课程设计报告模板

课程设计报告册格式(本页不打印) 一、设计任务(四号、黑体,不加粗) 例如:十字路口交通灯控制系统设计(正文全部为宋体、小四,下同) 二、设计要求 教师下达的设计基本要求…… 三、设计内容 1.设计思想(宋体、小四、加粗) 对题目的理解,计划采用的实现方法 2.设计说明 对设计方案的简单综述,建议增加方案对比内容; 3.系统方案或者电路结构框图 包含对各个单元电路的详细分析; 保留详细的参数计算、卡诺图、状态转换图等设计内容; 4.设计方案 一个模块电路结构对应一个仿真波形和一段文字说明; 仿真及分析时,请捕捉关键点的波形数据,以确保设计结果具有良好的说服力; 5.电路原理总图 A4纸整张打印,打印出图纸边框 绘制原理图时,应注意加入电源、信号输入与输出端口; 芯片内部具有多个相同功能单元时,注意充分利用; 元器件在电路原理图中的布局应规范、紧凑; 6.PCB分层打印图 按照相同比例分别打印出顶层、底层、丝印层,并尽可能打印在同一张A4纸中; 在保证布通率的前提下,尽量选择较大的线宽、安全间距; 四、设计总结 个人真实的总结体会,不低于100字。 五、参考资料 包括网站、网页的资料;从网站上下载资料过多将被视为抄袭,一定要强调自己的设计思路,创新理念。 注: ——课程设计论文用A4纸打印,文中的计量单位、制图、制表、公式、缩略词和符号应遵循国家的有关规定。 ——实验报告采用A4纸双面打印,实验报告的内容全部手写,所有的打印图请牢固粘贴在实验报告上,不要使用QQ截图等低像素的截图工具。 ——封面与任务书双面打印在同一张A4纸;

1、设计题目 数字钟 2、设计内容和要求: 数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置,与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性,且无机械装置,具有更长的使用寿命,因此得到了广泛的使用。 设计要求采用中小规模集成器件完成具有以下技术指标的数字钟: (1)显示时、分、秒; (2)24小时制计数; (3)具有校时功能,可以对小时和分单独校时,对分校时的时候,停止分向小时进位。校时时钟源可以手动输入或借用电路中的时钟; (4)具有正点报时功能; (5)要求计时准确、稳定。 3、设计目的 (1)进一步熟悉各种进制计数器的功能及使用; (2)掌握译码器显示电路的应用; (3)熟悉集成芯片的内部结构及应用; (4)掌握数字电子钟的组成与工作原理; (5)提升对实际电路的设计和调试能力。 4、设计原理 数字钟实际上是一个对标准频率(1HZ)进行计数的计数电路,一般由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路等单元组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号,它直接决定计时系统的精度,在精度要求不高的时候,可选用555定时器构成的振荡器加分频器来实现,但精度要求高的电路中多采用晶体振荡器电路加分频器实现,在本设计中要求精度高,所以选用的是后者。将标准秒脉冲信号送入“秒计数器”,该计数器采用60进制计数器,每累计60秒发出一个“分脉冲”信号,该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器,每累计60分,发出一个“时脉冲”信号,该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”可采用12进制也可采用24进制计数器,本实验采用24进制。最终完成一天的计数过程。译码显示电路将“时、分、秒”计数器的输出状态经七段显示译码器译码,通过六位LED 显示器显示出来。整点报时电路是根据计时系统的输出状态产生一个脉冲信号,去触发音频发生器实现报时。校时电路是对“时、分”显示数字进行校正和调整。其数字电子钟系统框图如图1所示。

基于锁相环的频率合成器..

综合课程设计 频率合成器的设计与仿真

前言 现代通信系统中,为确保通信的稳定与可靠,对通信设备的频率准确率和稳定度提出了极高的要求. 随着电子技术的发展,要求信号的频率越来越准确和越来越稳定,一般的振荡器已不能满足系统设计的要求。晶体振荡器的高准确度和高稳定度早已被人们认识,成为各种电子系统的必选部件。但是晶体振荡器的频率变化范围很小,其频率值不高,很难满足通信、雷达、测控、仪器仪表等电子系统的需求,在这些应用领域,往往需要在一个频率范围内提供一系列高准确度和高稳定度的频率源,这就需要应用频率合成技术来满足这一需求。 本次实验利用SystemView实现通信系统中锁相频率合成器的仿真,并对结果进行了分析。 一、频率合成器简介 频率合成是指以一个或少量的高准确度和高稳定度的标准频率作为参考频率,由此导出多个或大量的输出频率,这些输出频率的准确度与稳定度与参考频率是一致的。用来产生这些频率的部件就成为频率合成器或频率综合器。频率合成器通过一个或多个标准频率产生大量的输出频率,它是通过对标准频率在频域进行加、减、乘、除来实现的,可以用混频、倍频和分频等电路来实现。其主要技术指标包括频率范围、频率间隔、准确度、频率稳定度、频率纯度以及体积、重量、功能和成本。 频率合成器的合成方法有直接模拟合成法、锁相环合成法和直接数字合成法。直接模拟合成法利用倍频、分频、混频及滤波,从单一或几个参数频率中产生多个所需的频率。该方法频率转换时间快(小于100ns),但是体积大、功耗大,成本高,目前已基本不被采用。锁相频率合成器通过锁相环完成频率的加、减、乘、除运算,其结构是一种闭环系统。其主要优势在于结构简化、便于集成,且频率纯度高,目前广泛应用于各种电子系统。直接式频率合成器中所固有的那些缺点,在锁相频率合成器中大大减少。 本次实验设计的是锁相频率合成器。

锁相环频率合成器

锁相频率合成器的设计 引言: 锁相频率合成器是基于锁相环路的同步原理,有一个高准确度、高稳定度的参考晶体振荡器,合成出许多离散频率。即将某一基准频率经过锁相环的作用产生需要的频率。 一. 设计任务和技术指标 1. 工作频率范围:300kHz —700kHz 2. 电源电压:Vcc=5V 3. 通过原理图确定电路,并画出电路图 4. 计算元件参数选取电路元件(R1,R2,C1及环路滤波器的配置) 5. 组装连接电路,并测试选取元件的正确性 6. 调试并测量电路相关参数(测量相关频率点,输出波形,频率转换时间t c ) 7. 总结并撰写实验报告 二. 设计方案 原理框图如下: 由上图可知,晶体振荡器的频率f i 经过M 固定分频后得步进参考频率f REF ,将f REF 信号作为鉴相器的基准与N 分频器的输出进行比较,鉴相器的输出U d 正比于两路输入信号的相位差,U d 经环路滤波得到一个平均电压U c ,U c 控制VCO 频率f 0的变化,使鉴相器的两路输入信号相位差不断减小,直到鉴相器的输出为零或某一直流电平。锁定后的频率为f i /M=f 0/N=f REF 即f 0=(N/M)f i =Nf REF 。当预置分频数N 变化时,输出信号频率f 0随着发生变化。 三. 电路原理与设计 (一) 晶体振荡器的设计 用2.5M 晶体和非门组成2.5MHz 振荡器。如下图所示: (二) M 分频电路

分频器选用74LS163,M=100 (三)锁相环的设计 CD4046压控振荡电路图如下: 数字锁相环CD4046有两个鉴相器、一个VCO、一个源极跟随器(本实验未用)和一个齐纳二极管组成。鉴相器有两个共用的输入端PCA IN和PCB IN,输入端PCA IN既可以与大信号直接匹配,又可间接与小信号相接。

2013-3-3高频电子线路课程设计指导书

高频电子线路课程设计指导书 赵海涛逄明祥孙绪保王立奎 山东科技大学信息与电气工程学院

目录 第一章概述3 1.1 何谓课程设计 3 1.2 课程设计的目的要求 4 1.3 课程设计的主要步骤 4 第二章线路板的组装与调试6 2.1 元器件的识别与应用 6 2.2 焊接技术9 2.3 调试技术9 第三章高频电路课程设计14课题一小型等幅(调幅)发射机的设计与制作14 课题二高频信号发生器的设计与制作22 附录:常用阻容元件性能与规格32

第一章概述 在高等学校课程设计是一个重要的教学环节,它与实验、生产实习、毕业设计构成实践性教学体系。由此规定了课程设计的三个性质:一是教学性,学生在教师指导下针对某一门课程学习工程设计;二是实践性,课程设计包括电路设计、印刷板设计、电路的组装和调试等实践内容;三是群众性或主动性,课程设计以学生为主体,要求人人动手,教师只起引导作用,主要任务由学生独立完成,学生的主观能动性对课程设计的完成起决定性作用。学生较强的动手能力就是依靠实践性教学体系来培养的。 1.1 何谓课程设计 所谓课程设计就是大型实验,是具有独立制作和调试的设计性实验,其基本属性体现在工程设计上。但课程设计毕竟不同于一般实验。 首先是时间和规模不同,一般实验只有两学时,充其量为四学时;而课程设计一般为一~两周。实验所要达到的目的较小。通常只是为了验证某一种理论、掌握某一种参数的测量方法、学习某一种仪器的使用方法等等;而课程没计则是涉及一门课程甚至几门课程的综合运用,所以课程设计是大型的。 其次,完成任务的独立性不同,一般实验学生采用教师事先安排好的实验板和仪器,实验指导书上详细地介绍了做什么和如何做,实验时还有教师现场指导,学生主要任务是搭接电路,用仪器观察现象和读取数据,因此实验是比较容易完成的;而课程设计不同,课程设计只给出所要设计的部件或整机的性能参数,由学生自己去设计电路、设计和制作印刷电路板,然后焊接和调试电路,以达到性能要求。 课程设计和毕业设计性质非常接近,毕业设计是系统的工程设计实践,

实验十一 锁相频率合成器新

频率合成器实验十一锁相 一、实验目的 1.了解接收机一本振及发射机振荡源——锁相频率合成器原理。 2.了解锁相调频原理。 3.了解锁相频率合成器性能指标。 二、实验内容 1.测量发射机锁相频率合成器输出频率与计算值比较,熟悉锁相频率合成原理及输出频率及频道间隔的计算。 2.测量发射机锁相频率合成作为锁相调频器的调制频率特性,熟悉锁相调频原理。 3.观察锁相频合频道切换捕捉过程,了解环路捕捉过程机理。 三、基本原理 1.锁相频率合成器原理及电路 移动通信系统必须配置多个无线频道,允许多个用户同时通话,这样系统才能容纳大量用户。因而移动通信系统中的收发信机工作频率(对应于接收机一本振及发射机的主振频率)必须能在系统配置的多个频率间切换。这些众多频率点的产生通常用频率合成技术来实现。 当前应用最广的是锁相频率合成器(简称锁相频合或PLL频合),常用的单环锁相频合方框图见图11.1。 图11.1 常用的单环锁相频率合成器方框图 图中,PD为鉴相器;LF为环路滤波器;VCO为压控振荡器,其振荡频率fv受控制电压u c的控制而改变,一般有 f V=f0+K0·u c(11-1) 式中,f0为VCO的固有振荡频率,K0为压控灵敏度(单位Hz/V或rad/S·V);÷N为程序分频器,其分频比由CPU程序设置可变;÷R为参考分频器,将稳定的晶体振荡器频率f R分频得到环路的参考频率f r(一般为5KHz、6.25KHz、12.5KHz或25KHz等)。环路锁定时,PD的两个输入信号相差为0或固定值,则频差为0,即 f r=f f=f v/N 故 f v=N·f r(11-2) 由式(11-2)可见,由CPU程序改变N的取值就改变了环路的输出频率,且所有频率都与晶振频率具有相同的准确度与稳定度。由式(11-2)还可见,频道间隔△f最小可以等于f r,其实际值由系统要求决定。一般模拟调频通信系统频道间隔△f =25KHz,若锁相频合的f r=5KHz,

锁相环CD4046设计频率合成器

通信专业课程设计——基于锁相环的频率合成器的设计 设 计 报 告 姓名:曾明 班级:通信工程2班 学号:2008550725 指导老师:粟建新

目录 一、设计和制作任务 (3) 二、主要技术指标 (3) 三、确定电路组成方案 (3) 四、设计方法 (4) (一)、振荡源的设计 (4) (二)、N分频的设计 (4) (三)、1KHZ标准信号源设计(即M分频的设计) (5) 五、锁相环参数设计 (6) 六、电路板制作 (7) 七、调试步骤 (8) 八、实验小结 (8) 九、心得体会 (9) 十、参考文献 (9) 附录:各芯片的管脚图 (10)

锁相环CD4046设计频率合成器 内容摘要: 频率合成是以一个或少量的高准确度和高稳定度的标准频率作为参考频率,由此导出多个或大量的输出频率,这些输出的准确度与稳定度与参考频率是一致的。在通信、雷达、测控、仪器表等电子系统中有广泛的应用, 频率合成器有直接式频率合成器、直接数字式频率合成器及锁相频率合成器三种基本模式,前两种属于开环系统,因此是有频率转换时间短,分辨率较高等优点,而锁相频率合成器是一种闭环系统,其频率转换时间和分辨率均不如前两种好,但其结构简单,成本低。并且输出频率的准确度不逊色与前两种,因此采用锁相频率合成。 关键词:频率合成器CD4046 一、设计和制作任务 1.确定电路形式,画出电路图。 2.计算电路元件参数并选取元件。 3.组装焊接电路。 4.调试并测量电路性能。 5.写出课程设计报告书 二、主要技术指标 1.频率步进 1kHz 2.频率稳定度f ≤1KHz 3.电源电压 Vcc=5V 三、确定电路组成方案 原理框图如下,锁相环路对稳定度的参考振动器锁定,环内串接可编程的分频器,通过改变分频器的分配比N,从而就得到N倍参考频率的稳定输出。 晶体振荡器输出的信号频率f1, 经固定分频后(M分频)得到 基准频率f1’,输入锁相环的相 位比较器(PC)。锁相环的VCO

高频电子线路设计

电子线路课程设计总结报告 学生姓名: 学号: 专业:电子信息工程 班级: 报告成绩: 评阅时间: 教师签字: 河北工业大学信息学院 2015年3月

课题名称:小功率调幅AM 发射机设计 内容摘要:小功率调幅AM 发射机在现代通信系统中应用广泛,小功率调幅AM 发射机的设计包括主振级、缓冲级、高频放大级、音频放大级、振幅调制级、高频功率放大级六个部分的电路设计和参数选择,且还考虑到各个单元电路之间的耦合关系,并结合Multisim 软件进行了各部分的调试与仿真,得到了整机电路。理论上满足了最基本的小功率调幅发射机的设计要求。 一、设计内容及要求 1、设计内容 小功率调幅AM 发射机的设计 2、设计的技术指标: 载波频率 Z MH 10=c f 载波频率稳定度 α≥3 -10 输出功率 mW 2000≥P 负载电阻 Ω=50A R 输出信号带宽 Z kH 9=BW (双边带) 残波辐射 dB 40≤ 单音调幅系数 8.0=a m 平均调幅系数 ≥m 0.3 发射效率 %50≥η 二、方案选择及系统框图 1、方案选择 (1)主振级 方案1:采用LC 三点式正弦波振荡器,由于电容三点式振荡器的输出波形比电感三点式振荡器的 输出波形好,最高工作频率一般比电感三点式振荡器的高。另外,在电容三点式振荡器中,极间电容与电容并联,频率变化不改变电抗的性质。因此振荡器的电路型式一般采用电容三点式。在频率稳定度要求不高的情况下,可以采用普通三点式电路、克拉泼电路、西勒电路。 方案2:采用晶体振荡器,晶体振荡器比普通的三点式振荡器具有更高的频率稳定度,频率稳定度可达到10 -10数量级,波形失真也比较小。在频率稳定度要求较高的电路中,可以采用晶体振荡器作为主 振级,比如石英晶体振荡器。 方案3:采用RC 正弦波振荡器,RC 振荡电路中没有谐振回路,主要有电阻和电容组成,因此一般不采用RC 正弦波振荡器作为主振器。

高频电子线路设计(三极管混频器的设计)

通信电子线路课程设计说明书 三极管混频器 院、部:电气与信息工程学院 学生姓名:蔡双 指导教师:俞斌职称讲师 专业:电子信息工程 班级:电子1002 完成时间:2012-12-20

摘要 随着社会的发展,现代化通讯在我们的生活中显得越来越重要。混频器在通信工程和无线电技术中,得到非常广泛的应用,混频器是高频集成电路接收系统中必不可少的部件。要传输的基带信号都要经过频率的转换变成高频已调信号,才能在空中无线传输,在接收端将接收的已调信号要进行解调得到有用信号,然而在解调过程中,接收的已调高频信号也要经过频率的转换,变成相应的中频信号,这就要用到混频器。其原理是运用一个相乘器件将本地振荡信号与调制信号相乘,经过选频回路选出差频项(中频),在超外差式接收机中,混频器应用十分广泛,如:AM广播接收机将已调振幅信号535K~1605KHZ要变成465KHZ的中频信号;还有移动通信中的一次混频、二次混频等。由此可见,混频电路是应用电子技术和无线电专业必须掌握的关键电路。 关键词混频器;中频信号;选频回路

ABSTRACT With the development of society, the modernization of communication in our life becomes more and more important. Mixer in communication engineering and radio technology, widely used, the mixer is high frequency integrated circuit receiving system essential components. To transmit baseband signal to go through frequency conversion into a high frequency modulated signal, can in the air, wireless transmission, at the receiving end receives the modulated signal to demodulate the received useful signal, however in the demodulation process, receives the modulated high frequency signal to go through frequency conversion, into the corresponding intermediate frequency signal, this will be used mixer. Its principle is to use a multiplication device will be local oscillation signal and modulated signal by frequency selective circuit multiplication, choose the difference frequency term (MF ), in a superheterodyne receiver, mixer, a wide range of applications, such as: AM radio receiver will be modulated amplitude signal 535K ~ 1605KHZ to become 465KHZ intermediate frequency signal; and mobile communication a mixer, a two mixer etc.. Therefore, the mixer circuit is the application of electronic technology and radio professional must grasp the key circuit. Key words mixer;intermediate frequency signal;frequency selective circuit

锁相环(PLL)频率合成调谐器

锁相环(PLL)频率合成调谐器 调谐器俗称高频头,是对接收来的高频电视信号进行放大(选频放大)并通过内部的变频器把所接收到的各频道电视信号,变为一固定频率的图像中频(38MHz)和伴音中频以利于后续电路(声表面滤波器、中放等)对信号进行处理。 调谐器(高频头)原理: 高频放大:把接收来的高频电视信号进行选频放大。 本机振荡器:产生始终高于高频电视信号图像载频38MHz的等幅载波,送往混频器。 混频器:把高频放大器送来的电视信号和本机振荡器送来的本振等幅波,进行混频产生38MHz的差拍信号(即所接收的中频电视信号)输出送往预中放及声表面滤波器。 结论:简单的说:只要改变本机振荡器的频率即可达到选台的目的) 一、电压合成调谐器:早期彩色电视接收机大部分均采用电压合成高频调谐器,其调谐器的选台及波段切换均由CPU输出的控制电压来实现(L、H、U波段切换电压及调谐选台电压),其中调谐选台电压用来控制选频回路和本振回路的谐振频率,调谐选台电压的任何变化都将导致本机振荡器频率偏移,选台不准确、频偏、频漂。为了保证本机振荡器频率频率稳定,必须加上AFT系统。由于AFT系统中中放限幅调谐回路和移相网络一般由LC谐振回路构成,这个谐振回路是不稳定的,这就造成了高频调谐器本机振荡器频率不稳,也极易造成频偏、频漂。

二、频率合成调谐器 1、频率合成的基本含义:是指用若干个单一频率的正弦波合成多个新的频率分量的方法(频率合成调谐器的本振频率是由晶振分频合成的)。 频率合成的方法有很多种。下图为混频式频率合成器方框图 以上图中除了三个基频外还有其“和频”及“差频”输出(还有各个频率的高次谐波输出)。 输出信号的频率稳定性由基准信号频率稳定性决定,而且输出信号频率误差等于各基准信号误差之和,因此要想减少误差除了要提高基准信号稳定度之外还应减少基准信号的个数。 2、锁相环频率合成器: 其方框图类似于彩色电视接收机中的副载波恢复电路,只是在输入回路插入了一个基准信号分频器(代替色同步信号输入)而在反馈支路插入一个可编程分频器(代替900移相)。当环路锁定时存在如下关系: ∵ fk=f0 / K 式中:fvco为压控振荡器输出信号频率。 fn=fvco / N f0 为晶振基准频率。 fk=fn K为分频系数。 ∴ fvco=N?fo / K N为可变分频器的分频系数(分频比) 彩色电视机幅载波恢复电路

振幅调制电路实验报告(DOC)

西南科技大学 课程设计报告 课程名称:高频电路课程设计 设计名称:振幅调制电路 姓名:李光伟 学号: 20105315 班级:电子1001 指导教师:魏冬梅 起止日期:2012.12.24-2013.1.6 西南科技大学信息工程学院制

课程设计任务书 学生班级:电子1001 学生姓名:李光伟学号:20105315 设计名称:振幅调制电路 起止日期:2012.12.24-2013.1.6指导教师:魏冬梅 设计要求:波信号为1MHz,低频调制信号为1kHz,两个信号均为正弦波信号。这两个输入信号可以采用实验室的信号源产生,也可以自行设计产生,采用乘法器1496设计调幅电路。 产生DSB信号,输出信号幅度>200mV。

课程设计学生日志时间设计内容

课程设计考勤表 周星期一星期二星期三星期四星期五 课程设计评语表指导教师评语: 成绩:指导教师: 年月日

振幅调制电路 一、 设计目的和意义 目的:实现抑制载波的双边带调幅。产生DSB 信号,输出信号幅度>200mV 。 意义:实现抑制载波的双边带调幅。 二、 设计原理 由集成模拟乘法器MC1496构成的振幅调制电路,可以实现普通调幅、抑制载波的双边带调幅以及单边带调幅。本次实验采用MC1496模拟乘法器是对两个模拟信号(电压或电流)实现相乘功能的有源非线性器件。主要功能是实现两个互不相关信号相乘.即输出信号与两输入信号相乘输出,总电路图如图1所示。 [1] 振幅调制就是使载波信号的振幅随调制信号的变化规律而变化的技术。通常载波信号为高频信号,调制信号为低频信号。设载波信号的表达式为: ()t U u c cm c ωcos =, 调制信号的表达式为t V t u cm Ω=Ωcos )(则调制信号的表达式 为:t t m V u c cm ωcos )cos 1(0Ω+= =t mV t t mV t V c cm c cm c cm )cos(21)cos(21cos Ω-+Ω++ ωωω错误!未找到 引用源。

锁相环频率合成技术及其应用

锁相环频率合成技术及其应用 在当今的调频广播发送技术中,为了适应对发射机输出频率稳定度和频率准确度的严格要求,以及方便更换发射机频率的需要,在固态调频发射机中普遍使用了锁相技术和频率合成技术。锁相环频率合成器成为固态调频发射机重要的组成部分。 锁相环频率合成器的优点在于其能提供频率稳定度很高的输出信号,能很好地抑制寄生分量,避免大量使用滤波器,因而有利于集成化和小型化。而频率合成器中的程序分频器的分频比可以使用微机进行控制,易于实现发射机频率的更换及其频率显示的程控和遥控,促进全固态调频发射机的数字化、集成化和微机控制化。 将一个标准频率(如晶振参考源),经过加、减、乘、除运算,变成具有同一稳定度和准确度的多个所需频率的技术,称为频率合成技术。 控制振荡器,使其输出信号和一个参考信号之间保持确定关系的技术,称为锁相技术。把由基准频率获得不同频率信号的组件或仪器,称为“频率合成器”。 频率合成的方法很多,但大致可分成两大类:直接合成法和间接合成法。 固态调频发射机中的频率合成器采用间接合成法。间接合成法一般可用一个受控源(例如压控振荡器)、参考源和控制回路组成一个系统来实现。即用一个频率源,通过分频产生参考频率,然后用锁相环(控制回路),把压控振荡器的频率锁定在某一频率上,由压控振荡器间接产生出所需要的频率输出。 1锁相环基本工作原理 一个基本的锁相环路由以下3个部件组成:压控振荡器(VCO)、鉴相器(PD)和环路滤波器(LF),如图1所示。 当锁相环开始工作时,输入参考信号的频率f i与压控振荡器的固有振荡频率f 0总是不相同的,即f i≠f 0,这一固有频率差△f=f i-f 0必然引起它们之间的相位差不断变化,并不断跨越2π角。由于鉴相器特性是以相位差2π为周期的,因此鉴相器输出的误差电压总是在某一范围内摆动。这个误差电压通过环路滤波器变成控制电压加到压控振荡器上,使压控振荡器的频率f 0趋向于参考信号的频率f i,直到压控振荡器的频率变化到与输入参考信号的频率相等,并满足一定条件,环路就在这个频率上稳定下来。两个频率之间的相位差不随时间变化而是一个恒定的常数,这时环路就进入“锁定”状态。 当环路已处于锁定状态时,如果输入参考信号的频率和相位发生变化,通过环路的控制作用,压控振荡器的频率和相位能不断跟踪输入参考信号频率的变化而变化,使环路重新进入锁定状态,这种动态过程称为环路的“跟踪”过程。而环路不处于锁定和跟踪状态,这个动态过程称为“失锁”过程。 从上述分析可知,鉴相器有两个主要功能:一个是频率牵引,另一个是相位锁定。 2锁相环频率合成器工作原理 锁相环路总是有可编程分频器加在压控振荡器VCO和鉴相器PD之间。在锁相环路中加入可编程分频器可以起到两个很关键的作用:首先是不改变输入参考频率就可以改变压控振荡器VCO的输出频率,为实际应用提供了方便;其次是提高输出频率的分辨率和降低鉴相器的参考频率,进一步提高输出频率的精确度和稳定度。 但是,在目前的技术条件下,可编程分频器的最高工作频率约30MHz。而调频广播频段为87~108MHz,显然,工作频率太高而不能直接使用可编程分频器。在这种情况下,通常在可编程分频器前端加入一个前置固定分频模数为M的ECL分频器,如图2所示。ECL固定分频器的工作频率可高达几GHz。当环路锁定时,这种频率合成器的输出频率为f o=N(Mf i)

第4章 数字频率合成器的设计分析

第4章数字频率合成器的设计 随着通信、雷达、宇航和遥控遥测技术的不断发展,对频率源的频率稳定度、频谱纯度、频率范围和输出频率的个数提出越来越高的要求。为了提高频率稳定度,经常采用晶体振荡器等方法来解决,但它不能满足频率个数多的要求,因此,目前大量采用频率合成技术。 频率合成是通信、测量系统中常用的一种技术,它是将一个或若干个高稳定度和高准确度的参考频率经过各种处理技术生成具有同样稳定度和准确度的大量离散频率的技术。频率合成的方法很多,可分为直接式频率合成器、间接式频率合成器、直接式数字频率合成器( DDS)。直接合成法是通过倍频器、分频器、混频器对频率进行加、减、乘、除运算,得到各种所需频率。该方法频率转换时间快(小于100ns),但是体积大、功耗大,目前已基本不被采用。 锁相式频率合成器是利用锁相环(PLL)的窄带跟踪特性来得到不同的频率。该方法结构简化、便于集成,且频谱纯度高,目前使用比较广泛。 直接数字频率合成器(Direct Digital Frequency Synthesis简称:DDS)是一种全数字化的频率合成器,由相位累加器、波形ROM,D/A转换器和低通滤波器构成,DDS技术是一种新的频率合成方法,它具有频率分辨率高、频率切换速度快、频率切换时相位连续、输出相位噪声低和可以产生任意波形等优点。但合成信号频率较低、频谱不纯、输出杂散等。 这里将重点研究锁相式频率合成器。本章采用锁相环,进行频率

合成器的设计与制作。 4.1 设计任务与要求 1.设计任务:利用锁相环,进行频率合成器的设计与制作 2.设计指标: (1)要求频率合成器输出的频率范围f0为1kHz~99kHz; (2)频率间隔 f 为1kHz; (3)基准频率采用晶体振荡频率,要求用数字电路设计,频率稳定度应优于10-4; (4)数字显示频率; (5)频率调节采用计数方式。 3.设计要求: (1)要求设计出数字锁相式频率合成器的完整电路。 (2)数字锁相式频率合成器的各部分参数计算和器件选择。 (3)画出锁相式数字频率合成器的原理方框图、电路图 (4)数字锁相式频率合成器的仿真与调试。 4.制作要求: 自行装配和调试,并能发现问题解决问题。测试主要参数:包括晶体振荡器输出频率;1/M分频器输出频率;1/N可编程分频器的测试;锁相环的捕捉带和同步带测试。 5.课程设计报告要求。 写出设计与制作的全过程,附上有关资料和图纸,有心得体会。 6.答辩要求

高频电子课程设计报告书新

《高频电子线路》课程设计报告 题目超外差式调幅收音机 学院(部) 专业 班级 学生 学号 月日至月日共2 周 指导教师(签字)

目录 第一部分调幅收音机原理及电路实现 一、调幅收音机原理 二、调幅信号接收的实现过程 三、各部分的电路分析 第二部分调幅收音机单元电路仿真分析 一、低频电压放大及功率放大电路 二、中频放大及检波电路 三、高频信号的接收及变频电路 第三部分调幅收音机的焊接与调试 一、电路板的焊接 二、收音机的装配与调试 第四部分焊接、组装、调试中易出现的问题以及解决方案第五部分课程设计心得

第一部分调幅收音机原理及电路实现 一、调幅收音机原理 超外差式收音机电路图 本机电路图如上图所示。由B1及C1-A组成的天线调谐回路感应出广播电台的调幅信号,选出我们所需的电台信号f1进入V1基极,本振信号调谐在高出f1一个中频(465KHz)的f2进入V1发射极,由V1三极管进行变频(或称混频),在V1集电极回路通过B3选取出f2与f1的差频(465KHz中频)信号;中频信号经V2和V3二级中频放大,进入V4检波管,检出音频信号经V5低频放大和由V6、V7组成变压器耦合功率放大器进行功率放大,推动扬声器发声。图中D1、D2组成1.3V±0.1V稳压,提供变频、一中放、二中放、低放的基极电压,稳定各级工作电流,保证整机灵敏度。V4发射结结用作检波。R1、R4、R6、R10分别为V1、V2、V3、V5的工作点调整电阻,R11为V6、V7功放级的工作点调整电阻,R8为中放的AGC 电阻,B3、B4、B5为中周(置谐振电容),既是放大器的交流负载又是中频选频器,该机的灵敏度、选择性等指标靠中频放大器保证。B6、B7为音频变压器,起交流负载及阻抗匹配的作用。本机由3V直流电压供电。为了提高功放的输出功率,因此,3V直流电压经滤波电容C15去耦滤波后,直接给低频功率放大器供电。而前面各级电路是用3V直流电压经过由R12、VD1、VD2组成的简单稳压电路稳压后(稳定电压约为1.4V)供电。目的是用来提高各级电路静态工作点的稳定性。(“×”为各级Ic工作电流测试点)。 收音机就是把从天线接收到的高频信号经检波(解调)还原成音频信号,送到耳机变成音波。调幅收音机由输入回路、本振回路、混频电路、检波电路、自动增益控制电路(agC)及音频功率放大电路组成。输入回路由天线线圈和可变电容构成,本振回路由本振线圈和可变电容构成,本振信号经部混频器,与输入信号相混合。混频信号经中周和455khz瓷滤波器构成的中频选择回路得到中频信号。至此,电台的信号就变成了以中频455khz为载波的调幅波。中频信号进行中频放大,再经过检波得到音频信号,经功率放大输出,耦合到扬声器,还原为声音。其中,中放电路增益受agC自动控制增益控制,以保持在电台信号不同时,自动调节增益,获得一致的收听效果。 二、调幅信号接收的实现过程

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