FM電路實現(xiàn)調制解調

1、FM電路實現(xiàn)調制解調調制解調，即我們常說的 Modem 其實是 Modulator （調制器）與 Demodulator （解調器）的簡稱，中文稱為調制解調器。也有人跟據(jù)Modem 的諧音，親昵地稱之為“貓”。調制: 將各種數(shù)字基帶信號 轉換成適于 信道傳輸?shù)臄?shù)字調制信號 （已調信號或頻帶信 號）；解調: 在接收端將收到的數(shù)字頻帶信號還原成數(shù)字基帶信號一、概述FM 調制電路將代表不同信息的信號頻率，搬移到頻率較高的頻段，以電磁波的方式將 信息通過信道發(fā)送出去。FM 解調電路將接收到的包含信息的高頻信號的頻率搬移到原信號 所處的頻段。鎖相環(huán)是一種相位負反饋的自動相位控制電路，它廣泛應用于廣播通信

2、、頻 率合成、自動控制及時鐘同步等技術領域它是通過比較輸入信號的相位和壓控振蕩器輸出 信號的相位，取出與這兩個信號的相位差成正比的電壓，并將該電壓該電壓作為壓控振蕩 器的控制電壓來控制振蕩頻率，以達到輸出信號的頻率與輸入信號的頻率相等的目的。鎖 相環(huán)主要由相位比較器、壓控振蕩器和低通濾波器三部分組成。調制電路還需要另設計一 個高頻信號放大器和加法器。解調電路需要設計一個低通濾波器，來取出解調信號。技術指標：1載波頻率 fc=46.5KHz, 載波信號的電壓 Vp-p 3V； 2. FM 調頻信號的電壓 Vp-p 6V,最大頻率偏移 fm 5KHz3.解調電路輸出的 FM 調制信號的電壓 Vp-

3、p 200mV二、方案設計與分析調頻是用調制信號直接線性地改變載波振蕩的瞬時頻率，即使載波振蕩頻率隨調制信 號的失真變化而變化。其逆過程為頻率解調（也稱頻率檢波或鑒頻）。本實驗是用 CD4046 數(shù)字集成鎖相環(huán)（PLL）來實現(xiàn)調頻/解調（鑒頻）的。1.FM 調頻電路原理圖（如圖 1 所示）將調制信號加到壓控振蕩器 （VCO 的控制端， 使壓控振蕩器得輸出頻率 （在自振頻率（中心頻率）fo上下）隨調制信號的變化而變化，于是生成了調頻波。當載波頻率與自由振蕩頻率相近時，載波頻率與壓控振蕩器的振蕩頻率鎖定。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(chǎn)生的相位誤差電壓通過，該電壓 與調制

4、信號同經(jīng)加法器，用以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(wěn)定度的調頻波。調頻波輸出. I鑒相器4046. .壓控振蕩器(14)圖 1 FM 調頻電路原理框圖載波咼頻信號放大低通加法器2.FM 解調電路的原理圖（如圖 2 所示）調頻波（經(jīng)過放大器放大后）與壓控振蕩器的輸出被送入鑒相器，經(jīng)鑒相獲得變化的相位 誤差電壓，該誤差電壓通過低通濾波器被濾掉其高頻成份，繼而獲得隨調制信號頻率變化 而變化的信號，經(jīng)跟隨器得到解調信號，從而實現(xiàn)了解調（鑒頻）過程。r. IIIIIL鑒相器46(14)圖 2 FM 解調電路原理框圖3.鎖相環(huán) CD4046 工作原理本次課設要求我們掌握鎖相環(huán)調制/

5、解調的原理，用 2 片數(shù)字鎖相環(huán) CD4046 設計 FM 調 制/解調電路。完成課題的核心器件是 CD4046 集成鎖相環(huán)，其內部結構如圖 3 所示。圖 3 鎖相環(huán)（4046）內部電原理框圖CD4046 工作原理：輸入信號 Ui 從 14 腳輸入后，經(jīng)放大器 A1 進行放大、整形后加到 相位比較器I、U的輸入端，圖 3 開關 K 撥至 2 腳，則比較器I將從 3 腳輸入的比較信號 Uo 與輸入信號 Ui 作相位比較，從相位比較器輸出的誤差電壓UF 則反映出兩者的相位差。UF 經(jīng) R3 R4 及 C2 濾波后得到一控制電壓 Ud 加至壓控振蕩器 VCOl 勺輸入端 9 腳，調整 VCO 的振蕩

6、頻率 f2，使 f2 迅速逼近信號頻率 fl。VCO 勺輸出又經(jīng)除法器再進入相位比較器I，繼續(xù)與 Ui咼頻信號放大低通壓控振蕩器進行相位比較，最后使得 f2 = fl，兩者的相位差為一定值，實現(xiàn)了相位鎖定。若開關 K 撥至 13 腳，貝U相位比較器U工作，過程與上述相同，不再贅述圖 4 CD4046 引腳功能圖圖 4 是 CD4046 勺引腳排列，采用 16 腳雙列直插式，各管腳功能:1 腳相位輸出端，環(huán)路人鎖時為高電平，環(huán)路失鎖時為低電平。2 腳相位比較器I的輸出端。3 腳比較信號輸入端。4 腳壓控振蕩器輸出端。5 腳禁止端，高電平時禁止，低電平時允許壓控振蕩器工作。6、7 腳外接振蕩電容。

7、8、16 腳電源的負端和正端。9 腳壓控振蕩器的控制端。10 腳解調輸出端，用于 FM 解調。1 1、1 2 腳外接振蕩電阻。13 腳相位比較器U的輸出端。14 腳信號輸入端。15 腳內部獨立的齊納穩(wěn)壓管負極4 測量 CD4046 鎖相環(huán)的捕捉帶和同步帶方法測量 CD4046 鎖相環(huán)的捕捉帶和同步帶，其示意圖如圖 5 所示。圖 5 捕捉帶和同步帶示意圖測量方法：(1)改變 14 腳輸入信號的頻率， 使頻率逐漸降低， 直至 4 腳輸出方波剛好出現(xiàn)不穩(wěn)定時，環(huán)路進入失鎖狀態(tài)，該點定義為同步帶的下限頻率“f1”。(2) 改變 14 腳輸入信號的頻率，由fi開始頻率逐漸增加，直至 4 腳輸出方波剛好再

8、次穩(wěn)定時，環(huán)路進入鎖定狀態(tài)，該點定義為捕捉帶的下限頻率(3) 改變 14 腳輸入信號的頻率，由fi開始頻率逐漸增加，直至 4 腳輸出方波剛好出現(xiàn)不穩(wěn)定時，環(huán)路進入失鎖狀態(tài)，該點定義為同步帶的上限頻率(4)改變 14 腳輸入信號的頻率，由f4開始頻率逐漸降低，直至 4 腳輸出方波剛好再次 穩(wěn)定時，環(huán)路進入鎖定狀態(tài)，該點定義為捕捉帶的上限頻率“f4。同步帶寬為：f2-f1捕捉帶寬為f4-f3三、電路設計1. 鎖相環(huán)中的鑒相器工作原理鎖相環(huán)中的鑒相器通常由模擬乘法器組成，利用模擬乘法器組成的鑒相器電路如圖 6所示。圖 6 模擬相乘器鑒相器的工作原理是：設外界輸入的信號電壓和壓控振蕩器輸出的信號電壓分

9、別為： 式中的wo為壓控振蕩器在輸入控制電壓為零或為直流電壓時的振蕩角頻率，稱為電路的固 有振蕩角頻率。則模擬乘法器的輸出電壓 UD為：用低通濾波器 LF 將上式中的和頻分量濾掉， 剩下的差頻分量作為壓控振蕩器的輸入控制電 壓UC（t）。即UC（t）為：式中的Wi為輸入信號的瞬時振蕩角頻率，i（t）和o（t）分別為輸入信號和輸出信號的瞬時位 相。2.CD4046 構成頻率調制與解調電路的工作原理當從 9 腳輸入載波信號時，從 4 端可輸出受輸入信號調制的調頻信號。如圖 7 所示，由 于調頻時要求 VCO 有一定的頻率范圍（頻偏），所以不用 R2 收縮頻帶，即 R2 為無窮大（12 腳空置）僅用 R1 和 C1 確定 VC （的中心頻率 f即可。 設計參數(shù)時， 只需由 f查圖 9（電源電壓 VC為 9V 時的曲線，橫坐標為 C1 取值）求出 C1 與 R1 即可圖 7 CD4046 構成的頻率調制電路當從 14 腳輸入一被信號調制的（中心頻率與 CD4046 勺 VC（的中心頻率相同）調頻信號，則相 位比較器輸出端將輸出一個與信號具有相同變化頻率的包絡信號，經(jīng)低通濾波器濾去載波后， 即剩下調頻信號解調后的信號了。 一般使用 P