FM调制解调电路的设计.docx

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FM调制解调电路的设计
FM调制/解调电路的设计
摘要：本设计根据锁相环原理，通过两片CD4046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
图4 CD4046引脚功能图
图4是CD4046的引脚排列，采用16脚双列直插式，各管脚功能：
1脚相位输出端，环路人锁时为高电平，环路失锁时为低电平。
2脚相位比较器Ⅰ的输出端。
3脚比较信号输入端。
4脚压控振荡器输出端。
5脚禁止端，高电平时禁止，低电平时允许压控振荡器工作。
6、7脚外接振荡电容。
8、16脚电源的负端和正端。
9脚压控振荡器的控制端。
10脚解调输出端，用于FM解调。
11、12脚外接振荡电阻。
13脚相位比较器Ⅱ的输出端。
14脚信号输入端。
15脚内部独立的齐纳稳压管负极
4．测量CD4046锁相环的捕捉带和同步带方法
测量CD4046锁相环的捕捉带和同步带，其示意图如图5所示。
图5 捕捉带和同步带示意图
测量方法：
(1) 改变14脚输入信号的频率，使频率逐渐降低，直至4脚输出方波刚好出现不稳定时，环路进入失锁状态，该点定义为同步带的下限频率“”。
(2) 改变14脚输入信号的频率，由开始频率逐渐增加，直至4脚输出方波刚好再次稳定时，环路进入锁定状态，该点定义为捕捉带的下限频率“”。
(3) 改变14脚输入信号的频率，由开始频率逐渐增加，直至4脚输出方波刚好出现不稳定时，环路进入失锁状态，该点定义为同步带的上限频率“”。
(4) 改变14脚输入信号的频率，由开始频率逐渐降低，直至4脚输出方波刚好再次稳定时，环路进入锁定状态，该点定义为捕捉带的上限频率“。
同步带宽为：- 捕捉带宽为-
三、电路设计

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6所示。
图6 模拟相乘器
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：
  
式中的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。即为：
式中的为输入信号的瞬时振荡角频率，和分别为输入信号和输出信号的瞬时位相。
构成频率调制与解调电路的工作原理
当从9脚输入载波信号时，从4端可输出受输入信号调制的调频信号。如图7 所示，由于调频时要求VCO有一定的频率范围（频偏），所以不用R2收缩频带，即R2为无穷大（12脚空置） 仅用R1和C1确定VCO的中心频率f0即可。设计参数时，只需由f0查图9（电源电压VCO为9V 时的曲线，横坐标为C1 取值）求出C1 与R1即可
图7 CD4046构成的频率调制电路
当从14脚输入一被信号调制的（中心频率与CD4046的VCO的中心频率相同）调频信号，则相位比较器输出端将输出一个与信号具有相同变化频率的包络信号，经低通滤波器滤去载波后，即剩下调频信号解调后的信号了。一般使用PCI，这时仅由R1和C1确定VCO的中心频率f0，而不用R2来收缩频率范围（其为无穷大）。同样，由图9查图求R1 与C1。无调频信号输入时，VCO工作在f0上。解调电路如图8所示。
图8 CD4046构成的频率解调电路
图9 CD4046 在不同外部元件参数下的特性曲线
综上所述设计FM调制/解调电路如图10所示
图10 实验电路图
四、电路性能指标的测试
(1)调频部分的测试
① 锁相环自振频率f0的测量
将IN1、IN2分别对地短路，调节微调电位器PR1至适中位置，测量D端(即IC3的VCOin脚，也就是CD4046的9脚)直流电压(约为，近似电源电压的1/2)，用示波器观察锁相环输出OUT1端的波形。记录波形特性、频率、幅度,填入下表。
OUT1端
锁相环自振波形
波形特性
频率（KHz）
幅度（Vp-p）
观察相位比较器（鉴相器）B端(IC3的2脚)的波形，将测量结果填入下表。
B端