实验三模拟锁相环与载波同步实验
同步解调实验报告
一、实验目的1. 掌握同步解调的基本原理和方法；2. 理解同步解调在通信系统中的应用；3. 学会使用相关实验设备进行同步解调实验；4. 分析实验结果，提高对同步解调的理解。
二、实验原理同步解调是一种将调制信号还原为原始信号的过程，它是通信系统中重要的解调方式之一。
同步解调的基本原理是：在接收端，通过对接收到的信号进行同步处理，提取出与发送端相同的载波信号，然后利用这个同步载波信号对接收到的调制信号进行解调，最终还原出原始信号。
同步解调可以分为相干解调和非相干解调。
相干解调需要接收端与发送端具有相同的载波信号，而非相干解调则不需要。
本实验主要介绍相干解调。
相干解调的原理如下：1. 载波同步：在接收端，通过锁相环（PLL）或载波恢复电路，提取出与发送端相同的载波信号。
2. 解调：将提取出的同步载波信号与接收到的调制信号相乘，得到解调信号。
3. 低通滤波：对解调信号进行低通滤波，滤除高频分量，得到原始信号。
三、实验器材1. 信号发生器：用于产生调制信号和载波信号；2. 双踪示波器：用于观测实验信号波形；3. 低通滤波器：用于滤波解调信号；4. 锁相环（PLL）：用于载波同步；5. 连接线：用于连接实验设备。
四、实验步骤1. 调制信号产生：使用信号发生器产生一个基带信号，作为调制信号。
2. 载波信号产生：使用信号发生器产生一个与调制信号频率相同的载波信号。
3. 调制：将基带信号与载波信号相乘，得到调制信号。
4. 同步载波提取：使用锁相环（PLL）或载波恢复电路，提取出与发送端相同的载波信号。
5. 解调：将提取出的同步载波信号与接收到的调制信号相乘，得到解调信号。
6. 滤波：对解调信号进行低通滤波，滤除高频分量，得到原始信号。
7. 观测与分析：使用双踪示波器观测调制信号、载波信号、解调信号和原始信号的波形，分析实验结果。
五、实验结果与分析1. 观测调制信号、载波信号、解调信号和原始信号的波形，发现解调信号与原始信号的波形相似，验证了同步解调的正确性。
锁相环实验报告
锁相环实验报告引言在电子、通信和控制系统中，锁相环（Phase-Locked Loop，PLL）是一种广泛应用的反馈控制系统，用于提供稳定的频率和相位锁定。
本实验旨在探究锁相环的原理、结构和性能，并通过实际实验验证其工作原理。
锁相环原理锁相环是一种负反馈控制系统，通常由相频控振荡器（VCO）、相锁环比较器、波形整形电路和滤波器组成。
其基本原理是：通过不断调节VCO的频率，使其输出信号与参考信号的相位差保持在一个稳定的工作范围内。
实验目的1.了解锁相环的基本原理和结构；2.学习锁相环在频率和相位锁定中的应用；3.通过实际实验验证锁相环的工作原理。
实验器材1.锁相环实验台；2.函数信号发生器；3.示波器；4.电压表；5.连接线等。
实验步骤搭建实验平台1.将锁相环实验台与函数信号发生器、示波器和电压表连接；2.正确接入电源，打开锁相环实验台的电源开关； 3.确认各仪器仪表的正常工作。
设置参考信号1.使用函数信号发生器产生一个正弦波信号作为参考信号；2.设置参考信号的频率和幅度。
调节锁相环参数1.调节锁相环的增益参数，观察VCO输出信号的变化；2.尝试不同的锁相环参数组合，观察系统的稳定性和响应性。
改变输入信号1.改变函数信号发生器输出信号的频率；2.观察锁相环的相位锁定和频率锁定过程。
测量锁相环性能1.使用示波器观察锁相环输入信号、输出信号和参考信号的波形；2.使用电压表测量VCO输出信号的频率。
实验结果与分析通过实验我们可以观察到锁相环的工作原理和性能。
在不同的锁相环参数设置下，VCO输出信号的频率和相位与参考信号的变化情况不同。
根据实验数据，我们可以分析锁相环的稳定性、响应速度和抗干扰能力等性能。
结论锁相环是一种广泛应用于电子、通信和控制系统中的反馈控制系统。
通过本实验，我们深入了解了锁相环的原理和结构，并通过实际实验验证了其工作原理。
锁相环具有稳定的频率和相位锁定能力，可以在信号处理和调节控制中起到重要作用。
载波同步实验报告
一、实习目的通过对专业基础课与专业理论课的学习后，以及同学们都具备了一些有关模拟电路及数字电路分析、设计、调试能力。
本次实习主要是针对整个通信系统而言的。
1.掌握通信系统的整体概念及组成模块。
2.理解每个模块的原理及实现的功能。
3.根据自己所完成的模块载波同步模块：1. 掌握模拟锁相环的工作原理，以及环路的锁定状态、失锁状态、同步带、捕捉带等基本概念。
2. 掌握用平方环法从2DPSK信号中提取相干载波的原理及模拟锁相环的设计方法。
3. 了解相干载波相位模糊现象产生的原因。
二、实习要求在本实习我主要负责完成载波同步单元，该单元采用平方环从2DPSK信号中提取相干载波。
1. 观察模拟锁相环的锁定状态、失锁状态及捕捉过程。
2. 观察环路的捕捉带和同步带。
3. 用平方环法从2DPSK信号中提取载波同步信号，观察相位模糊现象。
三、实习内容（1）实习题目: 数字通信系统---载波同步（2）原理介绍:通信是通过某种媒体进行的信息传递。
在古代，人们通过驿站、飞鸽传书、烽火报警等方式进行信息传递。
到了今天，随着科学水平的飞速发展，相继出现了无线电，固定电话，移动电话，互联网甚至可视电话等各种通信方式。
通信技术拉近了人与人之间的距离，提高了经济的效率，深刻的改变了人类的生活方式和社会面貌。
:通信系统的一般模型如下在本次实验中, 通过动手焊接部分模块最后通过联试来完成整个通信系统的过程.主要目的是让大家更深刻的理解通信系统的整体概念及基本理论。
1.整个系统试验框图如下：TX-3 ͨÐÅÔÀí½ÌѧʳÑéϳͱ °¼¾ÖʾÒâͼ通信系统中常用平方环或同相正交环（科斯塔斯环）从2DPSK信号中提取相干载波。
模拟锁相环实验报告材料
实验一模拟锁相环模块一、实验原理和电路说明模拟锁相环模块在通信原理综合实验系统中可作为一个独立的模块进展测试.在系统工作中模拟锁相环将接收端的256KHz时钟锁在发端的256KHz的时钟上,来获得系统的同步时钟,如HDB3接收的同步时钟与后续电路同步时钟.图2.1.1 模拟锁相环组成框图该模块主要由模拟锁相环UP01〔MC4046〕、数字分频器UP02〔74LS161〕、D触发器UP04〔74LS74〕、环路滤波器和由运放UP03〔TEL2702〕与阻容器件构成的输入带通滤波器〔中心频率：256KHz〕组成.在UP01内部有一个振荡器与一个高速鉴相器组成.该模拟锁相环模块的框图见图2.1.1.因来自发端信道的HDB3码为归零码,归零码中含有256KHz时钟分量,经UP03B构成中心频率为256KHz有源带通滤波器后,滤出256KHz时钟信号,该信号再通过UP03A放大,然后经UP04A和UP04B两个除二分频器〔共四分频〕变为64KHz信号,进入UP01鉴相输入A脚；VCO输出的512KHz输出信号经UP02进展八分频变为64KHz信号,送入UP01的鉴相输入B脚.经UP01内部鉴相器鉴相之后的误差控制信号经环路滤波器滤波送入UP01的压控振荡器输入端；WP01可以改变模拟锁相环的环路参数.正常时,VCO锁定在外来的256KHz频率上.模拟锁相环模块各跳线开关功能如下：1、跳线开关KP01用于选择UP01的鉴相输出.当KP01设置于1_2时〔左端〕,选择异或门鉴相输出,环路锁定时TPP03、TPP05输出信号将存在一定相差；当KP01设置于2_3时〔右端〕,选择三态门鉴相输出,环路锁定时TPP03、TPP05输出信号将不存在相差,详情请参见4046器件性能资料.调整电位器WP01可以改变模拟锁相环的环路参数.2、跳线开关KP021是用于选择输入锁相信号：当KP021置于1_2时〔HDB3：左端〕,输入信号来自HDB3编码模块的HDB3码信号；当KP021置于2_3时〔TEST：右端〕选择外部的测试信号〔J007输入〕,此信号用于测量该模拟锁相环模块的性能.在该模块中,各测试点的定义如下：1、TPP01：256KHz带通滤波器输出2、TPP02：隔离放大器输出3、TPP03：鉴相器A输入信号〔64KHz〕4、TPP04：VCO输出信号〔512KHz〕5、TPP05：鉴相器B输入信号〔64KHz〕6、TPP06：环路滤波器输出7、TPP07：锁定指示检测〔锁定时为高电平〕二、实验仪器1、J H5001通信原理综合实验系统一台2、20MHz双踪示波器一台3、函数信号发生器一台三、实验目的1、熟悉模拟锁相环的根本工作原理2、掌握模拟字锁相环的根本参数与设计四、实验内容准备工作：将输入信号选择开关KP02设置在TEST位置,鉴相输出开关KP01设置在2_3位置〔右端〕.1.VCO自由振荡频率测量（1）将测试信号输入端口J007接地,把函数信号发生器方式设置为记数〔频率计功能〕,闸门时间放在100ms或1s,测量TPP04监测点的VCO输出振荡频率f0.记录闸门每次闪动的频率读数〔其读数不太稳定〕.（2）求出VCO在频率512KHz时的短期频率稳定度〔△f/ f0〕.2.锁定状态观测（1）用函数信号发生器从测试信号输入端口J007送入一个256 KHz的TTL方波信号.用示波器同时测量鉴相器输入A、B脚的波形TPP03、TPP05的相位关系.环路锁定该两信号将不存在相差.观察示波器可知,两信号不存在相位差.（2）将鉴相输出开关KP01设置在1_2位置〔左端〕,重复上述测量步骤.环路锁定该两信号将存在相差.观察示波器可知,两信号存在相位差.3.锁定频率测量和分频比计算将函数信号发生器设置在记数状态〔频率计〕.参见图2.1.1模拟锁相环模块的框图,测量各频率.记录测量结果,计算分频比.4.环路锁定过程观测用函数信号发生器从测试信号输入端口J007送入一个256KHz的TTL方波信号.用示波器同时观测TPP03、TPP05的相位关系,测量时用TPP03同步；反复断开和接入测试信号,让锁相环进展重新锁定状态.此时,观察它们的变化过程〔锁相过程〕.此步骤我们注意观察了示波器的波形变化,图像没记录.5.锁定检测信号观测将跳线器KP01设置在2_3位置〔由端〕,用函数信号发生器产生一个256KHz的TTL信号送入数字数字信号测试端口J007,用示波器观测锁定检测点TPP07点的波形.调整函数信号发生器输出频率使环路失锁和锁定,记录TPP07点的波形变化.a.当输入信号为256KHz的TTL信号时,TPP07的波形如下：输入TTL信号的频率逐步变大时,TPP07的波形如下：c..当输入TTL信号的频率逐步变大时,TPP07的波形如下：6.同步带测量：〔备注：蓝色图形为J007的波形,红色为TPP04的波形〕（1）用函数信号发生器产生一个256KHz的TTL信号送入数字信号测试端口J007.用示波器同时测量J007、TPP04的相位关系,测量时用J007同步；正常时环路锁定,该两信号应为同步.（2）缓慢增加函数信号发生器输出频率,直至J007、TPP04两点波形失步,记录下失步前的频率.在调节函数信号发生器输出频率过程中得失步前的频率为：f=343.1Hz.（3）调整函数信号发生器频率为256KHz,使环路锁定.缓慢降低函数信号发生器输出频率,直至J007、TPP04两点波形失步,记录下失步前的频率.在调节函数信号发生器输出频率过程中得失步前的频率为：f=184.4Hz.（4）计算同步带.—184.4Hz=158.7Hz.7.捕捉带测量（1）用函数信号发生器产生一个256KHz的TTL信号送入数字信号测试端口J007.用示波器同时测量J007、TPP04的相位关系,测量时用J007同步；正常时环路锁定,该两信号应为同步.（2）增加函数信号发生器输出频率,使J007、TPP04两点波形失步；然后缓慢降低函数信号发生器输出频率,直至J007、TPP04两点波形同步.记录下同步一刻的频率.在调节函数信号发生器输出频率过程中得同步一刻的频率为：f=184.4Hz.（3）降低函数信号发生器输出频率,使J007、TPP04两点波形失步；然后缓慢增加函数信号发生器输出频率,直至J007、TPP04两点波形同步.记录下同步一刻的频率.在调节函数信号发生器输出频率过程中得同步一刻的频率为：333.6Hz.（4）计算捕捉带.—184.4Hz=149.2Hz.8.VCO压控灵敏度测量用函数信号发生器产生一个256KHz的TTL信号送入数字信号测试端口J007,将示波器放在DC输入位置,示波器幅度显示设置＜500mv/DIV,用示波器检测VCO输入的压控电压〔TPP06〕.缓慢增加函数信号发生器输出频率到276KHz,记录此时TPP05的电压值V1；缓慢降低函数信号发生器输出频率到236KHz,记录此时TPP05的电压值V2.计算压控灵敏度：40KHz/〔V1-V2〕.亦可用数字三用表测量TPP06点的直流电压.五、实验总结1、根据环路参数,解释为什么TPP04的波形存在抖动？在锁相环环路中,各根本噪声源产生的噪声不仅会影响信号的幅度,还会影响信号的相位,即会产生一定程度的相位抖动.一般来说,锁相控制总是滞后于输出而实现的,因此抖动总是不可防止的,但是可以通过一定的途径来减弱.锁相环是指一种电路或者模块,它用于在通信的接收机中,其作用是对接收到的信号进展处理,并从其中提取某个时钟的相位信息.或者说是对于接收到的信号,仿制一个时钟信号,使得这两个信号从某种角度来看是同步的.锁相环电路因其具有环路跟踪功能和易于集成等优点得到了广泛的应用.在本次实验中对锁相环的两个重要的参数进展了实际测量与分析.锁相环的同步带定义为在频率的增大和减小时失步一刻的频率临界值之差,捕捉带如此是失步后再次恢复同步一刻的临界值之差.通过此次实验发现二者的关系是同步带包含捕捉带.实际上,环路闭合后能自动进入锁相状态的输入信号频率最大变化X围的二分之一就是捕捉带,环路能保持锁定的输入信号频率最大变化X围的二分之一就是同步带,捕捉带小于同步带,在实验中也得到了验证.捕捉带和同步带是影响锁相环性能的两个重要参数：前者影响入锁的可靠性,后者决定入锁后相位误差的大小.因此希望实际的锁相环的该两项参数值尽可能大.自己的感受：这是通信原理课的第一次实验,刚开始不是很熟悉数字示波器的使用,都不知如何存储波形,但在实验过程中,通过和周围同学的探讨和教师的指导,根本懂得了如何使用.希望以后的实验能更好地完成,弄清楚各实验的根本原理.。
载波同步-锁相环仿真
P
Manuscript received April 2, 1987; revised September 30, 1987. This work was supported in part by the TRW Corporation (TRW/ESG), Redondo Beach, CA. K. S . Shanmugan is with the University of Kansas, 224 Nichols Hall, Lawrence, KS 66045. IEEE Log Number 8718195.
IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS, VOL. 6, NO. I, JANUARY 1988
5
An Update on Software Packages for Simulation of Communication SHANMUGAN, FELLOW, IEEE
Abstract-Simulation plays an important role in computer-aided analysis and design of communication systems. In recent years, a number of software packages for simulating communication systems (links) have been developed and are currently being used to design a variety of communication systems including lightwave and satellite links. The capabilities and applications of some of these packages were described in the January 1984 issue of this JOURNAL [I]. This paper provides an update of the software packages for link simulation that were described in [I]. Recent trends in software packages for simulation-based analysis and design of communication links are also discussed.
通信系统实验与设计课程通信原理实验指导书(HUST TX)lhc
通信原理实验（TX-5、TX-6）王福昌潘晓明编华中科技大学电子与信息工程系二ＯＯ六年四月前言为配合《通信原理》课程的理论教学，我们先后研制了TX-1、TX-2、TX-3、TX-3B、TX-5、TX-6通信原理教学实验系统。
现代通信包括传输、复用、交换、网络等四大技术。
《通信原理》课程主要介绍传输及复用技术。
本实验系统涵盖了数字频带传输的主要内容及时分复用技术,其设计思路是如下图所示的两路PCM/2DPSK数字电话系统。
b图中STA、STB分别为发端的两路模拟话音信号，BS为时钟信号，SLA、SLB为抽样信号，F为帧同步码，AK为绝对码，BK为相对码。
在收端CP为位同步信号，FS为帧同步信号，F1、F2为两个路同步信号，SRA、SRB为两个PCM译码器输出的模拟话音信号。
图中发滤波器用来限制进入信道的信号带宽，提高信道的频带利用率。
收滤波器用来滤除带外噪声并与发滤波器、信道相配合满足无码间串扰条件。
由于系统的频率特性、码速率与码间串扰之间的关系比较适合于软件仿真实验，再考虑到收端有关信号波形的可观测性，我们在本实验系统中省略了发滤波器、信道及收滤波器，而直接将2PSK调制器输出信号连接到载波提取单元和相干解调单元。
信道编译码实验易于用独立单元或软件仿真实现，所以本系统设计中考虑由实验者通过设计实验模块用CPLD设计自行完成。
对普通语音信号进行编码而产生的PCM信号是随机信号，不适于用示波器观察信号传输过程中的变化。
所以我们用24比特为一帧的周期信号取代实际的数字语音信号作为发端的AK信号，该周期信号由两路数据（每路8比特）和7比特帧同步码以及一未定义比特复接而成。
在收端对两路数据进行分接，形成两路并行码和两路串行码，发端的24比特信号可根据实验需要任意设置。
由两路实际的话音信号(或两路正弦信号)形成的PCM时分复用信号则不再经过调制、解调而直接送给PCM译码器，实验者可以观察到PCM话音（或正弦信号）波形、量化噪声、过载噪声，从而理解PCM编译码原理。
模拟锁相环实验实验报告
实验十四模拟锁相环实验一、实验目的1、了解用锁相环构成的调频波解调原理。
2、学习用集成锁相环构成的锁相解调电路。
二、实验内容1、掌握锁相环锁相原理。
2、掌握同步带和捕捉带的测量。
三、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台四、锁相环的构成及工作原理1、锁相环路的基本组成锁相环由三部分组成，如图14-1所示，它由相位比较器PD、低通滤波器LF、压控振荡器VCO三个部分组成一个闭合环路，输入信号为V i(t),输出信号为V0(t),反馈至输入端。
下面逐一说明基本部件的作用。
鉴相器PD 环路滤波器LF压控振荡器VCO)(t V i)(tVD)(tVC)(tV 图14-1 锁相环组成框图一、压控振荡器（VCO）VCO是本控制系统的控制对象，被控参数通常是其振荡频率，控制信号为加在VCO上的电压，故称为压控振荡器，也就是一个电压－频率变换器，实际上还有一种电流－频率变换器，但习惯上仍称为压控振荡器。
二、鉴相器（PD ）PD 是一个相位比较装置，用来检测输出信号V 0(t)与输入信号V i (t)之间的相位差θe (t)，并把θe (t)转化为电压V d (t)输出，V d (t)称为误差电压，通常V d (t)作为一直流分量或一低频交流量。
三、环路滤波器（LF ）LF 作为一低通滤波电路，其作用是滤除因PD 的非线性而在V d (t)中产生的无用的组合频率分量及干扰，产生一个只反映θe (t)大小的控制信号V e (t)。
按照反馈控制原理，如果由于某种原因使VCO 的频率发生变化使得与输入频率不相等，这必将使V 0(t)与V i (t)的相位差θe (t)发生变化，该相位差经过PD 转换成误差电压V d (t)，此误差电压经LF 滤波后得到V c (t)，由V c (t)去改变VCO 的振荡频率使趋近于输入信号的频率，最后达到相等。
环路达到最后的这种状态就称为锁定状态，当然由于控制信号正比于相位差，即)()(t t V e d θ∝因此在锁定状态，θe (t)不可能为零，换言之在锁定状态V 0(t)与V i (t)仍存在相位差。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验三模拟锁相环与载波同步实验一、实验目的1. 掌握模拟锁相环的工作原理，以及环路的锁定状态、失锁状态、同步带、捕捉带等基本概念2. 掌握用平方环法从2DPSK信号中提取相干载波的原理及模拟锁相环的设计方法3. 了解相干载波相位模糊现象产生的原因二、实验内容1. 观察模拟锁相环的锁定状态、失锁状态及捕捉过程2. 观察环路的捕捉带和同步带3. 用平方环法从2DPSK信号中提取载波同步信号，观察相位模糊现象三、基本原理常用平方环或同相正交环（科斯塔斯环）从2DPSK信号中提取相干载波。
本实验用平方环，其原理方框图及电路原理图如图3-1、图3-2所示。
图3-1 载波同步方框图载波同步模块上有以下测试点及输入输出点：2DPSK-IN 2DPSK信号输入点MU 平方器输出测试点，VP-P＞1V COMP 锁相环输入信号测试点Ud 锁相环压控电压测试点VCO 锁相环输出信号测试点，VP-P＞0.2VCAR-OUT 相干载波信号输出点/测试点图3-1中各单元与图3-2中的主要元器件的对应关系如下：平方器 U2：模拟乘法器MC1496 鉴相器 U4: 锁相环HC4046环路滤波器 U4: 锁相环HC4046压控振荡器 U4: 锁相环HC4046÷2 U6：D触发器74HC74移相器 U8：单稳态触发器74LS123滤波器电感L1；电容C43压控振荡器 U5: 锁相环CD4046锁相环由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）及压控振荡器（VCO）组成，如图3-3所示。
图3-3 锁相环方框图模拟锁相环中，PD是一个模拟乘法器，LF是一个有源或无源低通滤波器。
锁相环路是一个相位负反馈系统，PD检测ui(t)与uo(t)之间的相位误差并进行运算形成误差电压ud(t)，LF用来滤除乘法器输出的高频分量（包括和频及其他的高频噪声）形成控制电压uc(t)，在uc(t)的作用下、uo(t)的相位向ui(t)的相位靠近。
设ui(t)=Uisin[ωit+θi(t)]，uo(t)=Uocos[ωit+θo(t)]，则ud(t)=Udsinθe(t)，θe(t)=θi(t)-θo(t)，故模拟锁相环的PD是一个正弦PD。
设uc(t)=ud(t)F(P)，F(P)为LF的传输算子，VCO的压控灵敏度为K o，则环路的数学模型如图3-4所示。
图3-4 模拟环数学模型当时，，令Kd=Ud为PD的线性化鉴相灵敏度、单位为V/rad，则环路线性化数学模型如图3-5所示。
图3-5 环路线性化数学模型由上述数学模型进行数学分析，可得到以下重要结论：当uI(t)是固定频率正弦信号(θI(t)为常数)时，在环路的作用下，VCO输出信号频率可以由固有振荡频率ωo（即环路无输入信号、环路对VCO无控制作用时VCO的振荡频率），变化到输入信号频率ωI，此时θo(t)也是一个常数，ud(t)、uc(t)都为直流。
我们称此为环路的锁定状态。
定义Δωo=ωI-ωo为环路固有频差，Δωp表示环路的捕捉带，ΔωH表示环路的同步带，模拟锁相环中Δωp<ΔωH。
当|Δωo|<ΔωP时，环路可以进入锁定状态。
当|Δωo|<ΔωH时环路可以保持锁定状态。
当|Δωo|>ΔωP时，环路不能进入锁定状态，环路锁定后若Δωo发生变化使|Δωo|>ΔωH，环路不能保持锁定状态。
这两种情况下，环路都将处于失锁状态。
失锁状态下ud(t)是一个上下不对称的差拍电压，当ωI>ωo，ud(t)是上宽下窄的差拍电压；反之ud(t)是一个下宽上窄的差拍电压。
环路对θI(t)呈低通特性，即环路可以将θI(t)中的低频成分传递到输出端，θI(t)中的高频成分被环路滤除。
或者说，θo(t)中只含有θI(t)的低频成分，θI(t)中的高频成分变成了相位误差θe(t)。
所以当uI(t)是调角信号时，环路对uI(t)等效为一个带通滤波器，离ωI较远的频率成分将被环路滤掉。
环路自然谐振频率ωn及阻尼系数ζ(具体公式在下文中给出)是两个重要参数。
ωn越小，环路的低通特性截止频率越小、等效带通滤波器的带宽越窄；ζ越大，环路稳定性越好。
当环路输入端有噪声时，θI(t)将发生抖动，ωn越小，环路滤除噪声的能力越强。
实验一中的电荷泵锁相环4046的性能与模拟环相似，所以它可以将一个周期不恒定的信号变为一个等周期信号。
有关锁相环理论的详细论述，请读者参阅文献[3]。
对2DPSK信号进行平方处理后得，此信号中只含有直流和2ωc频率成分，理论上对此信号再进行隔直流和二分频处理就可得到相干载波。
锁相环似乎是多余的，当然并非如此。
实际工程中考虑到下述问题必须用锁相环：平方电路不理想，其输出信号幅度随数字基带信号变化，不是一个标准的二倍频正弦信号。
即平方电路输出信号频谱中还有其它频率成分，必须滤除。
接收机收到的2DPSK信号中含有噪声（本实验系统为理想信道，无噪声），因而平方电路输出信号中也含有噪声，必须用一个窄带滤波器滤除噪声。
锁相环对输入电压信号和噪声相当于一个带通滤波器，我们可以选择适当的环路参数使带通滤波器带宽足够小。
Vcc PH116 14PH2 2 PHo13 PHo213 RVCO1 49 VCO2C 6CVss 71011Vss 12R2 R1inh 15VssVss当固有频差为0时，模拟环输出信号的相位超前输入相位90，必须对除2电路输出信号进行移相才能得到相干载波。
移相电路由两个单稳态触发器U56:A和U56:B构成。
U56:A被设置为上升沿触发，U56:B为下降沿触发，故改变U56:A输出信号的宽度即可改变U56:B输出信号的相位，从而改变相干载波的相位。
此移相电路的移相范围小于90。
可对相干载波的相位模糊作如下解释。
在数学上对cos2ωct进行除2运算的结果是cosωct或-cosωct。
实际电路也决定了相干载波可能有两个相反的相位，因二分频器的初始状态可以为“0”也可以是“1”。
在本套实验装置中，鉴相器、环路滤波器、压控振荡器采用数字集成琐相环芯片CD4046，现对此芯片介绍如下：CD4046是一数字集成锁相环，它包括鉴相器和压控振荡器。
它的组成框图如上图所示。
该片内有两个鉴相器供选择，一个是异或门鉴相器，一个是鉴频-鉴相器。
四、实验步骤本实验使用数字信源(EL-TS-M6)、数字调制(EL-TS-M4)、载波同步及模拟锁相环(EL-TS-M4)两个模块。
1. 熟悉上述四个单元的工作原理。
2. 将信源模块的BS-OUT、NRZ-OUT、CLK分别连接到数字调制模块的BS-IN、NRZ-IN和CLK，再将调制模块的2DPSK连接到载波同步模块的2DPSK-IN。
将模拟锁相环及载波同步单元的KEY波动开关拨到上方，用示波器顺序观察2DPSK，MU,VCO,COMP,Ud,CAR-OUT信号，结合原理图理解从2DPSK信号中提取载波的过程。
3．用示波器观察锁相环的锁定状态、失锁状态。
环路锁定时，环路输入信号频率等于反馈信号频率，即COMP与VCO的频率相等，这时如观察ud为近似锯型波的稳定波形。
环路失锁时环路输入信号频率与反馈信号频率不相等，即此时COMP与VCO的频率不相等，这时如观察ud为不稳定波形。
根据上述特点可判断环路的工作状态，具体实验步骤如下：1）观察锁定状态与失锁状态向下拨动开关KEY, 接通电源后用示波器观察ud，若ud为稳定波形，则调节载波同步模块上的电位器R128，ud随R128减小而减小，随R128增大而增大，这说明环路处于锁定状态。
用示波器两路探头同时观察COMP和VCO，可以看到两个信号频率相等。
也可以用频率计分别测量COMP和VCO频率。
在锁定状态下，向某一方向变化R128，可使ud由稳定的波形变为不稳定，COMP和VCO频率不再相等，环路由锁定状态变为失锁。
接通电源后ud也可能是不稳定的差拍信号，表示环路已处于失锁状态。
失锁时ud的最大值和最小值就是锁定状态下ud的变化范围（对应于环路的同步范围）。
环路处于失锁状态时，COMP和VCO频率不相等。
调节R128使ud的差拍频率降低，当频率降低到某一程度时ud会突然变成稳定的信号，环路由失锁状态变为锁定状态。
2）测量同步带与捕捉带将双踪示波器两路探头分别接在COMP（锁相环输入频率fi ）和VCO端，调节R128, 使环路处于良好的锁定状态，即示波器上两路波形不但清晰稳定，而且要尽可能地保持很小的相位差。
a) 同步带测量：缓慢调节R128使COMP端的频率fi向下，直到刚好出现失锁现象时停止调节R128，记下此时的锁相环输入频率fi１；缓慢调节R128使COMP端的频率fi向上，使环路重新锁定, 直到再次出现失锁现象时停止调节R128，记下此时的信号源输出频率fi２，则环路的同步带为fi１－fi２。
（2）捕捉带测量：缓慢调节R128，使COMP端的频率fi向下出现失锁现象，向上缓慢调节fi，直到环路刚好入锁，记下此时的信号源输出频率fi３; 然后向上调节fi，使环路重新失锁后，再向下缓慢调节fi直到环路刚好入锁，记下此时的信号源输出频率fi４则环路的捕捉带为fi４－fi３。