锁相技术实验报告
电能质量控制中的锁相技术研究立项报告2
4.传统的锁相方法与现在的锁相方法
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锁相环
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传统与现 代
传统结构锁相环功能模块的不足之处,相应的改进方案,主要有三个创新点,一 是提出了带开关加速功能且充放电电流可调的电荷泵,二是提出了带RS触发 器的差分延迟单元,三是将单一分频系数分频器转换为可编程分频器。
5.通过dq变换的方式实现数字锁相的原理
1.锁相技术的原理及在电能质量中的应用
锁相环（PLL: Phase-locked loops） 是一种利用反馈（Feedback）控制原理实 现的频率及相位的同步技术，其作用是将电 路输出的时钟与其外部的参考时钟保持同步。 当参考时钟的频率或相位发生改变时，锁相 环会检测到这种变化，并且通过其内部的反 馈系统来调节输出频率，直到两者重新同步， 这种同步又称为“锁相”（Phase-locked）。
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2014-4-13
THANKS
2014-4-13
参考文献
• • • [1]北京理工大学ASIC 研究所.VHDL语言100例祥解[M].北京:清华大学出版社,2003. [2]边计年,薛宏熙.用VHDL设计电子线路[M].北京:清华大学出版社,2002. [3]董介春,李万玉.基于VHDL语言的数字锁相环的设计与实现[J].青岛大学学报,2004,19(2);84— 87. [4] Floyd M.Gardner,姚剑清译.锁相环技术[M]：第3 版.北京：人民邮电出版社，2007.11 [5]陈贵灿，程军，张瑞智 译.模拟CMOS集成电路设计[M].西安：西安交通大学出版社，2002.12 [6]冼进.Verilog HDL数字控制系统设计实例[M].北京：中国水利出版社，2007
2.模拟锁相和数字式锁相的区别及特点
锁相环实验报告
锁相环实验报告
《锁相环实验报告》
锁相环是一种常见的控制系统，广泛应用于通信、电力、自动控制等领域。
本
实验旨在通过搭建锁相环系统，验证其在信号同步和抑制噪声方面的性能。
实验设备包括信号发生器、锁相环模块、示波器等。
首先，我们将信号发生器
产生一个正弦波信号作为输入信号，然后将其输入到锁相环模块中。
锁相环模
块通过比较输入信号和反馈信号的相位差，控制其输出信号与输入信号同步。
最后，我们使用示波器观察输入信号、锁相环输出信号和反馈信号的波形，并
分析它们之间的相位关系和噪声抑制效果。
实验结果表明，锁相环系统能够有效地实现输入信号和输出信号的同步，且具
有良好的抑制噪声能力。
当输入信号频率发生变化时，锁相环系统能够迅速跟
随并调整输出信号，保持同步状态。
同时，锁相环系统还能够抑制输入信号中
的噪声，输出信号的波形更加稳定。
通过本次实验，我们深入了解了锁相环系统的工作原理和性能特点，为其在实
际应用中提供了有力的支持。
锁相环系统的同步性能和噪声抑制能力对于通信、电力系统等领域具有重要意义，本实验结果对于相关领域的研究和应用具有一
定的参考价值。
锁相放大实验报告
锁相放大实验预习报告物理072 陈焕07180217摘要：介绍了测量弱信号的一种实验仪器——锁相放大器，以及锁相放大器的基本工作原理，即利用相关检测原理；测量了利用锁相放大器测量弱信号时相关器的参数。
关键字：锁相放大器、相关检测、相关器的参数引言：测量微弱的变化时，先利用传感器将其转化为相应的电信号，然后对这些电信号进行放大，再记录和利用。
但有电信号十分微弱，而且在各种条件下的噪声和干扰很可能将这些微弱信号淹没，因此不能使用单纯的放大器。
解决这个问题的其中一种方法就是采用相关接收的原理，锁相放大器就是一种利用该原理的仪器。
锁相放大器的介绍：典型的锁相放大器由三部分组成：信号通道，参考通道，相关器。
a．信号通道：是相关器前的那一部分，包括低噪声前置放大器，输入电压器，各种功能的有源滤波器，主放大器等组成，作用是把微弱信号放大到足以推动相关器工作的电平，并兼有抑制和滤掉部分干扰和噪声。
b．参考通道：作用是产生与被测信号同步的参考信号输出相关器，主要是触发电路、相移电路、方波形成电路和驱动信号组成。
c．相关器：这是锁相放大器的核心部分，包括乘法器、低通滤波器和直流放大电路。
相关器的介绍：相关器由相敏检波器与低通滤波器组成，是锁相放大器的核心部件。
锁相放大器中的相关器，由一个开关式乘法器与低通滤波器组成。
sin()A A V V t ωϕ=+41(sin sin 3......)3B R R V t t ωωπ=++ 相乘电路采用开关电路，参考电路B V 可以认为是以频率R ω的单位幅度方波。
A V 为输入信号，表示为sin()A A V V t ωϕ=+，当R ωω=为信号，R ωω≠时为噪声或干扰。
,A B V V 之间的相位差ϕ可以由锁相放大器参考通道的相移电路调节，12A V V V =∙0000,1,2.....12121t t R C An R V V e R n π--∞-==-+∑ 式中：12100tan [(21)]]n R Q n R C ωω--+=-+当R ωω=时，0012cos A R V V R ϕπ=-上式表明： 1、 输出不仅与待测信号的幅度A V 有关，也与两信号的相位差ϕ有关。
实验五锁相环测试及应用实验报告
：锁相环测试及应用实验试验目的：1．了解锁相环的组成、基本原理及性能特点。
2．掌握集成锁相环4046芯片的使用方法。
3．掌握锁相环路及各部件性能（鉴相特性、压控特性、同步带和捕捉带）的测试方法。
4．掌握锁相调频、锁相鉴频电路的构成、基本原理及参数测试测试方法。
5．掌握简单锁相频率合成器的基本原理及性能指标的测试方法实验设备：1．调幅与调频发射模块。
2．直流稳压电压GPD-3303D3．F20A 型数字合成函数发生器/计数器 4．DSO-X 2014A 数字存储示波器实验原理：1. 锁相环的组成及基本原理锁相环路（PLL ）亦称自动相位控制（APC ）电路，它是一种利用相位误差消除频率误差的反馈控制系统。
如图1所示，由鉴相器（相位比较器）、环路滤波器（低通滤波器）和压控振荡器三个基本部件组成。
若o i f f ≠，瞬时相位差ϕ∆将随时间而变化；若i of f ϕ∆=保持固定值。
锁相环就是利用两个信号之间相位差的变化，控制压控振荡器的输出信号频率，最终使两个信号相位差保持为常数，达到频率相等。
锁相环的工作过程：如图1所示，若o i f f ≠，必将引起ϕ∆的变化，鉴相器输出正比于ϕ∆的误差电压()d u t 。
经环路滤波器滤除()d u t 中的高频分量和噪声，产生缓慢变动的直流电压()c u t 。
VCO 受控于()c u t ，使得振荡频率o f 与输入参考频率i f 的频差逐渐减小，直到o i f f =，电路达到稳定平衡状态，即锁定状态。
此时，ϕ∆保持一个不变的稳态相差ϕ∞，以维持电路的平衡状态。
需要指出，环路能达到锁定状态，是在o f 与i f 相差不大的范围内。
2. 几个重要概念 ⑴ 失锁与锁定开始工作时， o i f f ≠，ϕ∆不固定，环路处于不稳定状态，称为失锁。
当o i f f =时，ϕ∆保持常数，电路进入稳定状态，称为锁定。
⑵ 跟踪过程与捕捉过程在环路锁定状态下，如果输入信号频率i f 发生变化，环路通过自身的调节作用，使输出信号频率o f 以同样的规律跟随着变化，并且始终保持o i f f =，这个过程称为跟踪过程或同步过程。
锁相技术实验报告
计算机与信息技术学院锁相技术实验报告一、实验目的1、 熟悉由运算放大器构成移相电路的组成与工作原理。
2、 观测移相电路的功能及使用方法。
二、实验仪器或设备1、 锁相技术实验性2、 20MHz 双踪示波器3、 连接线三、设计原理1、 移相电路的工作原理U2=jwc R R 1+111U jwc jwRc U ⨯+=⨯ 22)(110)2()(1112wRC wRC U U arctgwRC wRC wRC jwRCjwRC U U +=-<+=+=其模为：π 2、 实验电路本次试验中，实际的RC 移相电路原理如下图所示：四、实验步骤1、将移相器，信号源模块的电源打开。
2、按高频DDS信号源模块的F-PS按键，使LED25亮，按F-UP键，用频率记观察DDSH-OUT的输出，使其输出频率为40K-50K。
3、用连接线将DDSH-OUT连至移相器模块的IN1测试点，用示波器观察移相器OUT1的波形，并对比DDSH-OUT的波形。
4、调节VR161，用示波器同时观察移相器IN1和OUT1的波形。
5、用连接线将相器模块的OUT1连至移相器模块的IN2测试点。
6、调节VR161或VR162，用示波器同时观察移相器IN1和OUT2的波形。
五、结果分析与总结总结：熟悉了由运算放大器构成移相电路的组成与工作原理。
观测了移相电路的功能及使用方法。
图一、DDSH-OUT的输出频率为14K的信号源。
图二、用示波器观察移相器IN1和OUT1的波形，分别为余弦和反余弦。
图三、用示波器观察移相器IN1和OU2的波形，分别为余弦和反正弦。
湖南大学正交鉴频及锁相鉴频实验报告
正交鉴频及锁相鉴频实验实验目的：1、熟悉正交及锁相鉴频器的基本工作原理。
2、了解鉴频特性曲线（S曲线）的正确调整方法。
实验内容：1、了解各种鉴频器的工作原理。
2、了解并联回路对波形的影响。
3、用逐点法或扫频法测鉴频特性曲线，由S曲线计算鉴频灵敏度Sd和线性鉴频范围2Δfmax。
实验仪器：1、 1 号模块 1 块2、 6 号模块 1 块3、 5 号模块 1 块4、双踪示波器 1 台5、万用表 1 块实验原理：相位鉴频器先将调频波经过一个线性移相网络变换成调频调相波，然后再与原调频波一起加到一个相位检波器进行鉴频。
因此，实现鉴频的核心部件是相位检波器。
陶瓷鉴频器陶瓷鉴频器是利用在有用频带内电路的幅度频率具有线性斜率这一特性制成的频率解调器，能使输出电压和输入信号频率相对应。
锁相鉴频锁相环由相位比较器PD、低通滤波器LF、压控振荡器VCO三个部分组成一个环路。
为达到锁定的条件,相位比较器和低通滤波器向压控振荡器输出的误差电压是一个随调制信号频率而变化的解调信号，误差控制信号就是解调信号。
1、乘积型鉴频器调频波]sincos[)(tmwVtvfcsmsΩ+=移相后的调频调相波)]}(2[sincos{)(''ωϕπω++Ω+=tmVtvfcsms输出 [])(sin 21)()sin (2sin 21)(''''ωϕωϕωsm sm L f c sm sm L s s L o V V K t m V V K V V K t v ++Ω+== 当r a d 4.0)(≤ωϕ)(21)(''ωϕsm sm L o V V K t v =相移与频偏△f 的特性曲线：)]1(arctan[2)(22--=o Q ωωπωϕ )2(arctan(2)(o Q ωωπωϕ∆-=2、鉴频特性相位鉴频器的输出电压V0与调频波瞬时频率的关系称为鉴频特性，其特性曲线(或称S 曲线)鉴频灵敏度Sd f V S o d ∆=/线性鉴频范围： 2Δfmax3、电路原理图1、乘积型鉴频器观测将5号模块上SW1拨至4.5MHz ;将Vp-p=500mV左右f C=4.5MHz、调制信号的频率fΩ=1kHz（调节低频输出为1kHz左右）的调频信号从P2端输入(将1号模块上“FM调制开关”拨到右边（此时“FM”指示灯会亮）,再顺时针调节“FM频偏”旋钮旋到最大);用示波器观测TP5，适当调节谐振回路电感T1，调谐并联谐振回路，使其谐振频率为4.5MHz ：使输出端获得的低频调制信号的波形失真最小，幅度最大。
锁相环实验报告
锁相环实验报告锁相环实验报告引言：锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种常见的电子系统控制技术，广泛应用于通信、测量、信号处理等领域。
本实验旨在通过设计和搭建一个基本的锁相环电路，深入理解锁相环的原理和应用。
一、实验目的本实验的主要目的是通过搭建锁相环电路，实现对输入信号的频率、相位的跟踪和稳定。
具体目标包括：1. 理解锁相环的基本原理和工作方式；2. 学会设计和搭建基本的锁相环电路；3. 通过实验验证锁相环的频率和相位跟踪性能。
二、实验原理1. 锁相环的基本原理锁相环是一种反馈控制系统，由相位比较器、低通滤波器、电压控制振荡器（Voltage Controlled Oscillator，简称VCO）和分频器组成。
其基本原理如下：（1）相位比较器：将输入信号和VCO输出信号进行相位比较，输出相位误差信号；（2）低通滤波器：对相位误差信号进行滤波，得到控制量；（3）VCO：根据控制量调整输出频率，使其与输入信号保持相位同步；（4）分频器：将VCO输出信号分频后反馈给相位比较器，形成闭环控制。
2. 锁相环的应用锁相环广泛应用于频率合成、时钟恢复、频率/相位调制解调等领域。
例如，在通信系统中，锁相环常用于时钟恢复电路，保证数据传输的稳定性和可靠性。
三、实验内容与步骤1. 实验器材与元件准备（1）信号发生器：产生待测频率的正弦信号；（2）锁相环芯片：如CD4046、PLL565等；（3）电阻、电容等元件：用于搭建锁相环电路；（4）示波器：用于观测和分析实验结果。
2. 搭建锁相环电路根据锁相环的基本原理和实验要求，设计和搭建一个简单的锁相环电路。
电路中包括相位比较器、低通滤波器、VCO和分频器等模块，并连接好电源和地线。
3. 实验操作步骤（1）将信号发生器的输出信号接入锁相环电路的输入端；（2）调节信号发生器的频率，观察锁相环的跟踪效果；（3）通过示波器观察锁相环输出信号的频率和相位稳定性。
锁相放大器实验报告BY陈群
锁相放大器实验报告BY陈群浙江师范大学实验报告实验名称锁相放大实验班级物理071姓名陈群学号07180116同组人刘懿钧实验日期09/12/1室温气温锁相放大实验摘要：锁相放大器(Lock-in amplifier, LIA)自问世以来，在微弱信号检测方面显示出优秀的性能，它能够在较强的噪声中提取信号，使测量精度大大提高，在科学研究的各个领域得到了广泛的应用。
它利用待测信号和参考信号的互相关检测原理实现对信号的窄带化处理，能有效地抑制噪声，实现对信号的检测和跟踪。
因此，学生掌握锁相放大技术的原理与应用具有重要的意义。
关键词：锁相放大器微弱信号PSD信号引言：在进展一日千里的现代科技领域中，精密量测技术的发展对于近代工业有关键性的影响。
当我们研究的系统日趋庞大，交互作用复杂，但所欲了解的现象却越来越精细时，如何在一大堆讯号中获得我们真正想要的信息便成为一个重要的课题。
一般的线性放大器可以将微弱的电子讯号放大，但若我们所要的信号中伴随着噪声信号，则两者都会一起放大，亦即此伴随的噪声无法滤除。
尤其当噪声强度远大于所要的信号时，即必须藉助特殊的放大器以同时放大讯号并滤去噪声。
锁相放大器是一种能测量极微弱的连续周期性信号的仪器。
这些微弱信号可以小至数奈伏特(nV),其至隐藏在大它数千倍的噪声当中，亦能精确的测得。
连续周期性信号与噪声不同之处，在于前者具有固定的频率及相位，后者则杂乱无章。
锁相放大器便是利用所谓”相位灵墩侦测(phase-sensitive detection, PSD)”的技术以取得具有特定频率与相位的信号，而不同于此频率的噪声则被抑制下来，使输出讯号不受噪声影响。
实验方案：实验原理锁相放大器的基本结构如图所示，包括信号通道、参考通道、相敬检测器(PSD)和低通滤波器(LPF)等。
信号通道对调制正弦信号输入进行交流放大，将微弱信号放大到足以推动相敬检测器工作的平台，并且要滤除部分干扰和噪声，以提高相敬检测的动态范圉。
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《锁相技术》课程结业论文
题目：一阶PLL实现FM解调器
院系名称：信息科学与工程学院
专业班级：电子信息工程12级03班
学生姓名：刘海峰
学号： 0307
授课教师：朱春华
2015 年 7 月 8 日
目录
1.引言 (4)
.课题目的和意义 (4)
.课题研究内容 (4)
2.一阶PLL实现FM解调器工作原理 (4)
.锁相环简介 (5)
实现FM解调器工作原理概述 (5)
.锁相环FM鉴频器原理 (5)
3 .Systemview实验电路图 (6)
.各元器件参数 (6)
.仿真结果 (6)
4.结论 (7)
5.参考文献 (8)
1引言
课题目的和意义
大三下学期的锁相环课程设计，巩固了我们对课堂知识的理解，加深了我们对通信系统的认识，同时提高了我们分析问题、交流问题、动手查阅资料，交流合作等多方面的实践能力，让我们对本专业的学习有了深层次的认知，更重要的是让我们学习到SYSTEMVIEW软件，对我们今后的工作或者研究生的学习都大有裨益，真诚感谢老师这么多天认真的授课！
课题研究内容
1.观察锁相环的输入和输出信号(VCO输入信号)频谱，调整环路参数。
2.观察环路增益变化时VCO输入信号即解调信号的频谱，推测其对环
路的影响。
2. 一阶PLL实现FM解调器工作原理
锁相环简介
锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环。
锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内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。
实现FM解调器工作原理概述
根据FM信号的性质，其瞬时角频率可表示为
)()(t f K t F c FM +=ωω
假设VCO 具有线性控制特性，其斜率(压控灵敏度)为o K (rad/s)/V ，而VCO 在0)(=t u d 时的振荡角频率为0ω，则当有控制电压时，VCO 的瞬时角频率为
)()(0t u K t d o v +=ωω
令上两式相等，即)()(t t v FM ωω=，可得
)()(t f K K K t u o
f o
o
c d +
-=
ωω
其中c ω为FM 波的载频，0ω为压控振荡器的固有振荡频率，两者皆为常数。
因此上式第一项为直流项，可用隔直元件消除，或者开始时把压控振荡器的频率调整为0ωω=c 。
因此上式还可进一步写成 )()(t f K K t u o
f d =
可见，除了常系数
o
f K K 之外，锁相环的输出就近似等于原调制信号)(t f ，因而
达到了频率调制的目的。
同理，锁相环也可用于解调PM 信号，此时只需要在输出端接入一个积分器就可以了。
通过合理选择环路参数(主要是环路滤波器的参数)可以在满足解调要求的条件下使闭环带宽尽可能窄，以便抑制噪声，因此锁相环具有良好的噪声性能。
当接收信号电平微弱，噪声成为主要考虑因素时，采用PLL 解调器可以改善解调性能，它可用于各种移动FM 电台、微波接力系统、卫星通信系统以及电视、遥测等系统中，它与普通鉴频器相比，门限的改善可达6dB ，所以PLL 解调器又称为门限扩张解调器，或低门限解调器。
锁相环FM 鉴频器原理
实验电路图
各元器件参数
1.正弦信号图符块，输入参数为幅度为50V，频率为25Hz，相位为0。
图符块，设置参数为幅度为，频率为1000Hz，相位为0，调制增益为1Hz/V。
3.分析图符块，不需设置参数。
4.贝塞尔IIR低通滤波器的参数为极点数为3，截止频率为500Hz，FM的
参数设置为幅度为，频率是1000Hz,相位为0，调制增益为V。
简单地用了一个与信号源载波频率一致的FM图符代替，其调制增益设为。
6.系统增益为，作为环路补偿。
仿真结果
图1：实验电路原理图
解释：
自左向右依次是正弦信号发生器、FM调制器、模拟乘法器（鉴相器）、贝塞尔低通滤波器、增益放大器
图:2：工作原理
解释：
原理1：正弦信号发生器产生正弦信号作为调制信号法f（x）
原理2：FM调制器把正弦信号调制产生已调信号F(X)
原理3：模拟乘法器输入信号分别为F(X)和V(X)后者来自压控振荡器VCO
原理4：模拟乘法器输出F(X)和V(X)的和频分量（高频）和差频分量（低频）
原理5：贝塞尔低通滤波器滤除高频分量（低频分量作为压控振荡器控制信号）
原理6：压控振荡器输出V(X)反馈给模拟乘法器
图3：FM调制信号波形图
图4：改变FM调制频率后信号波形图（提高倍）
解释：调制信号频率增加，导致模拟乘法器输出的和频分量和差频分量均增大，低通滤波后差频分量依然影响VCO的振荡频率（也增大）见下图：
图5：改变低通滤波器低通截止频率（缩小一半）
解释：差频分量减小导致VCO振荡频率减弱见下图：
图6：增大环路制度增益效果图（显然）
图6：解调器输出图 解释：因为满足)()(t f K K t u o
f d
，当系数远大于
1时，输出频率将比输入频率大
很多，故如下两图
结论
综上所述，通过用System View对一阶PLL实现的FM解调器的仿真，验证了在数字通信中的应用，PLL解调器可以具有很好的性能，同时也可以看出System View是一个系统仿真和分析强有力的工具，工程设计人员利用它进行系统仿真分析和设计是十分方便的！
参考文献
1、樊昌信、曹丽娜，通信原理，国防工业出版社，2006.
2、罗卫兵等，SystemView 动态系统分析及通信系统仿真设计，西安电子科技大学出版社。
3、郑继禹，锁相技术，西安电子科技大学出版社，2012.
4、朱春华，锁相技术实验指导书，内部资料，2013.。