毕业论文基于锁相环路的调频鉴频器

苏州工业园区职业技术学院毕毕业业设设计计（（论论文文））2005届2005年05月30日课题名称：基于锁相环路的调频鉴频器专业名称：工业电子姓名：周培培学号：200200100班级：电子02305指导教师：李红益苏州工业园区职业技术学院毕业论文（设计）-1-苏州工业园区职业技术学院毕业设计（论文）任务书系部：电子工程系设计（论文）题目：基于锁相环路的调频鉴频器指导教师：李红益职称：工程师类别：毕业设计学生：周培培专业：工业电子班级：电子023051、设计（论文）的主要任务及目标介绍锁相环路、CD4046的工作原理和调频鉴频电路；完成一篇5000字左右的设计报告。2、设计（论文）的主要内容（1）、锁相环路、调频、鉴频的工作原理。（2）、锁相环路、调频、鉴频的电路图。（3）、CD4046的功能引脚、内部电原理框图。苏州工业园区职业技术学院毕业论文（设计）-2-3、主要参考文献【1】陈邦媛：《射频通信电路》，科学出版社【2】高吉祥：《高频电子线路》，电子工业出版社【3】申功迈钮文良：《高频电子线路》，西安电子科技大学出版社4、进度安排设计（论文）各阶段任务起止日期1资料收集、课题选择3.15以前2方案设计、模块规划3.15～4.103原理图设计、PCB制作4.10～4.304论文书写、修改5.01～6.015思路总结、答辩准备6.01~6.10苏州工业园区职业技术学院毕业论文（设计）摘要锁相环路是一个闭环的自动相位控制系统。它在现代电子系统中有广泛的应用。这次毕业设计我介绍了调频、鉴频电路，锁相环电路，常用的4046芯片。在这篇文章中我主要分析了锁相调频电路和锁相鉴频电路，这两个电路都用了4046这个芯片，文章中我也仔细的介绍了4046的引脚和内部原理框图。关键词：锁相环调频鉴频CD4046苏州工业园区职业技术学院毕业论文（设计）目录一、引言···································································································1二、调频、鉴频的原理················································································1（一）调频原理·······················································································1（二）鉴频原理·······················································································2三、锁相环电路··························································································2（一）锁相环路主要特点··············································································2（二）锁相环路的跟踪特性···········································································3（三）锁相环路的工作原理···········································································3（四）锁相环路的基本特性········································································3四、CD4046的工作原理···················································································3（一）引脚功能··························································································3（二）CD4046内部电原理框图·····································································4五、锁相调频、鉴频电路··················································································6（一）锁相调频电路····················································································6（二）锁相鉴频电路····················································································7结束语·······································································································8参考文苏州工业园区职业技术学院毕业论文（设计）献····································································································9苏州工业园区职业技术学院毕业论文（设计）1一、引言锁相环路（PLL）和AGC、AFC电路一样，也是一种反馈控制电路。它是一种相位误差控制系统，是将考信号与输出信号之间是相位进行比较，产生相位误差电压来调整输出信号的相位，以达到同频的状态下。两个信号之间的稳定相差亦可做得很小。锁相环路早期应用于电视接收机的同步系统，使电视图象的同步性能得到了很大的改善。20世纪50年代后期，随着空间技术的发展，锁相技术用于接收来自空间的微弱信号，显示了很大的优越性，它能把深埋在噪声中的信号（噪声比约-10～-30dB）提取出来。因此，锁相环路技术得到迅速发展。到了60年代中、后期，随着微电字技术的发展，集成锁相环路也应运而生，因此，其应用范围越来越宽，在雷达、制导、导航、遥控、遥测、通信、仪器、测量、计算机乃至一般工业都有不同程度的应用，遍及整个电子技术领域，而且正朝着多用途，集成化，系列化，高性能的方向进一步发展。锁相环路可分为模拟锁相环与数字锁相环。模拟锁相环的显著特征里相位比较器（鉴相器）输出的误差信号是连续的，对环路输出信号的相位调节是连续的，而不是离散的。二、调频、鉴频的原理（一）调频原理调频的实现有两种方法：直接调频和间接调频。直接调频是用调制信号直接控制主振荡回路元件的参考量L或C，使主振荡频率受到控制，并接调制信号的规律变化，直接调频电路简单，频偏较大，但中心频率不易稳定。间接调频是先将调制信号积分，然后对载波进行调相，从而得到调频信号。间接调频电路的核心是调相，因此，在调制时可以部长主振荡电路中进行，易于保持中心频率的稳定，但不易获得大的频偏。调频电路的主要要求如下：1、调制特性为线性调频拨的频率偏移与调制电压的关系称为调制特性。在一定的调制电压范围内，尽量提高调频电路调制特性线性度。这样才能保证不失真地传输信息。2、调制灵敏度要高单位调制电压变化所产生的频率偏移为调制灵敏度。提高灵敏度可提高调制信号的控制作用。但过高的灵敏度会对调频电路性能带来不利影响。3、中心频率的稳定度要高调频波的中心频率就是载波频率。为了保证接收机能正常接收调频信号。要求调频电路中心频率要有足够的稳定度。4、最大频偏在正常调制电压作用下，所能达到的最大频率偏移称为最大频偏△fm，这是根据对调频指数mf的要求确定的要求其数值在整个调制信号所占有的频带内保持恒定。不同的调频系统要求有不同的最大频偏值△fm。苏州工业园区职业技术学院毕业论文（设计）2调频的优点是容易得到较大频偏，缺点是频率稳定度不高，易产生调频失真。间接调频的优点是产生振荡过程与调制过程分开，可利用中心频率高度稳定的晶振，调制失真较小，间接调频的主要问题是如何实现调相。（二）鉴频原理调频波的解调称为鉴频。在调频波中，调制信息包含在已调信息瞬时频率的变化中。因此，鉴频就是把已调信号瞬时频率的变化转换成电压或电流的变化。鉴频特性曲线描述输出电压U0与输入信号频率f之间的关系。鉴频电路的主要性能指标：1、鉴频灵敏度SD：指在调频波的中心频率fc附近，单位频偏所产生是输出电压的大小，即SD=△u0/△f。2、线性范围（带宽）：指鉴频特性近似为直线的范围，它表明鉴频器不失真解调时所允许的最大频率变化范围。3、非线性失真：在线性范围内鉴频特性只是近似线性，实际上仍存在着非线性失真。希望非线性失真尽量小。三、锁相环电路锁相环路也是一种可以实现频率跟踪的自动控制电路，是通过对相位的控制来实现对频率的控制，可以实现无误差的频率跟踪。锁相技术是一种相位负反馈控制技术，锁相环电路具有极其优良的性能。（一）锁相环路主要特点1、锁定时无剩余频差。2、具有良好的窄带载波跟踪性能。3、具有良好的宽带调制跟踪性能。锁相技术是一种相位负反馈技术，它是通过比较输入信号和压控震荡器的输出信号的相位，取出与这两个信号的相位差成正比的电压作为误差电压来控制振荡器的频率，达到使其与输入信号频率相等的目的。锁相的意义是相位同步的自动控制，能够完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系统叫做锁相环，简称PLL。它广泛应用于广播通信、频率合成、自动控制及时钟同步等技术领域。锁相环主要由相位比较器（PC）、压控振荡器（VCO）、低通滤波器三部分组成，见图3.1。图3.1锁相环电路框图苏州工业园区职业技术学院毕业论文（设计）3（二）锁相环路的跟踪特性当环路锁定后，如果输入信号频率W，或VCO振荡频率W0跟踪W0跟踪W1而变化，维持W0=W1的锁定状态，这个过程称为跟踪过程或同步过程。相对的，能够维持环路锁定所允许的最大固有频差|△W1|；称为锁相环路的同步带或跟踪带，用△WH表示。由于环路锁定后，W1或W0的变化也同样引起鉴相器的两个输入信号相位差的变化，因此，跟踪的基本原理与捕捉是类似的。但是，在环路锁定的情况下，缓慢的增大最大固有频差|△W1|（例如改变Wi），会使鉴相器输出的误差电压Ud（t）产生缓慢变化，这时，环路滤波器对Ud（t）的衰减很小，加到VCO的控制电压Uc（t）几乎等于Ud（t），从而使跟踪过程中环路的控制能力增强。因为在捕捉过程中的控制能力较差。因此，由于环路滤波器的存在，使锁相环路的捕捉带小于同步带。不难理解，Ad和AO越大，环路滤波器直流增益就越大（或通频带越宽），环路的同步带△WH也就越大。同样的，同步带还与VCO的频率控制范围有关，只有当VCO的频率控制范围较大时，这时△WH的影响才可忽略，否则将△WH减小。（三）锁相环路的工作原理由于锁相环路能够自动控制相位，即利用输入信号与压控震荡器的输出信号的相位误差来减少相位的误差，最后达到相位缩定的目的。当相位锁定，即两个信号间的相位差为固定值时，必有两者间的频率相等。所以，锁相环只存在剩余相差，没有剩余频差。（四）锁相环路的基本特性（1）锁定后没有频差：在没有干扰和输入信号频率不变的情况下，环路一经锁定，环路的输出信号频率与输入信号频率相等，没有剩余频差，只有不大的固定相差。（2）有自动跟踪特性：锁相环路在锁定时，输出信号频率能在一定范围内跟踪输入信号频率。（3）有良好的窄带特性：锁相环路相当于一个高频窄带滤波器，他不但能够滤除噪声和干扰，而且能跟踪输入信号的载频变化，从受噪声污染的未调和已调的输入信号中提取纯净的载波。四、CD4046的