cd4046原理及經典電路圖

　　CD4046是通用的CMOS鎖相環(huán)集成電路，其特點是電源電壓范圍寬（為3V－18V），輸入阻抗高（約100MΩ），動態(tài)功耗小，在中心頻率f0為10kHz下功耗僅為600μW，屬微功耗器件。

　　CD4046內部電原理框圖：

　　圖3是CD4046內部電原理框圖，主要由相位比較Ⅰ、Ⅱ、壓控振蕩器（VCO）、線性放大器、源跟隨器、整形電路等部分構成。比較器Ⅰ采用異或門結構，當兩個輸入端信號Ui、Uo的電平狀態(tài)相異時（即一個高電平，一個為低電平），輸出端信號UΨ為高電平；反之，Ui、Uo電平狀態(tài)相同時（即兩個均為高，或均為低電平），UΨ輸出為低電平。當Ui、Uo的相位差Δφ在0°-180°范圍內變化時，UΨ的脈沖寬度m亦隨之改變，即占空比亦在改變。從比較器Ⅰ的輸入和輸出信號的波形（如圖4所示）可知，其輸出信號的頻率等于輸入信號頻率的兩倍，并且與兩個輸入信號之間的中心頻率保持90°相移。從圖中還可知，fout不一定是對稱波形。對相位比較器Ⅰ，它要求Ui、Uo的占空比均為50%（即方波），這樣才能使鎖定范圍為最大。

　　相位比較器Ⅱ是一個由信號的上升沿控制的數字存儲網絡。它對輸入信號占空比的要求不高，允許輸入非對稱波形，它具有很寬的捕捉頻率范圍，而且不會鎖定在輸入信號的諧波。它提供數字誤差信號和鎖定信號（相位脈沖）兩種輸出，當達到鎖定時，在相位比較器Ⅱ的兩個輸人信號之間保持0°相移。

　　CD4046鎖相環(huán)采用的是RC型壓控振蕩器，必須外接電容C1和電阻R1作為充放電元件。當PLL對跟蹤的輸入信號的頻率寬度有要求時還需要外接電阻R2。由于VCO是一個電壓控制振蕩器，對定時電容C1的充電電流與從9腳輸入的控制電壓成正比，使VCO的振蕩頻率亦正比于該控制電壓。當VCO控制電壓為0時，其輸出頻率最低；當輸入控制電壓等于電源電壓VDD時，輸出頻率則線性地增大到最高輸出頻率。VCO振蕩頻率的范圍由R1、R2和C1決定。由于它的充電和放電都由同一個電容C1完成，故它的輸出波形是對稱方波。一般規(guī)定CD4046的最高頻率為1.2MHz（VDD=15V），若VDD《15V，則fmax要降低一些。

　　CD4046工作原理：

　　輸入信號 Ui從14腳輸入后，經放大器A1進行放大、整形后加到相位比較器Ⅰ、Ⅱ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UΨ則反映出兩者的相位差。UΨ經R3、R4及C2濾波后得到一控制電壓Ud加至壓控振蕩器VCO的輸入端9腳，調整VCO的振蕩頻率f2，使f2迅速逼近信號頻率f1。VCO的輸出又經除法器再進入相位比較器Ⅰ，繼續(xù)與Ui進行相位比較，最后使得f2=f1，兩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，則相位比較器Ⅱ工作，過程與上述相同，不再贅述。

　　CD4046典型應用電路：

圖6

　　圖6是用CD4046的VCO組成的方波發(fā)生器，當其9腳輸入端固定接電源時，電路即起基本方波振蕩器的作振蕩器的充、放電電容C1接在6腳與7腳之間，調節(jié)電阻R1阻值即可調整振蕩器振蕩頻率，振蕩方波信號從4腳輸出。按圖示數值，振蕩頻率變化范圍在20Hz至2kHz。

圖7

　　圖7是CD4046鎖相環(huán)用于調頻信號的解調電路。如果由載頻為10kHz組成的調頻信號，用400Hz音頻信號調制，假如調頻信號的總振幅小于400mV時，用CD4046時則應經放大器放大后用交流耦合到鎖相環(huán)的14腳輸入端環(huán)路的相位比較器采用比較器Ⅰ，因為需要鎖相環(huán)系統(tǒng)中的中心頻率f0等于調頻信號的載頻，這樣會引起壓控振蕩器輸出與輸入信號輸入間產生不同的相位差，從而在壓控振蕩器輸入端產生與輸入信號頻率變化相應的電壓變化，這個電壓變化經源跟隨器隔離后在壓控振蕩器的解調輸出端10腳輸出解調信號。當VDD為10V，R1為10kΩ，C1為100pF時，鎖相環(huán)路的捕捉范圍為±0.4kHz。解調器輸出幅度取決于源跟隨器外接電阻R3值的大小。

圖8

　　圖8用CD4046與BCD加法計數器CD4518構成的100倍頻電路。剛開機時，f2可能不等于f1，假定f2《f1，此時相位比較器Ⅱ輸UΨ為高電平，經濾波后Ud逐漸升高使VCO輸出頻率f2迅速上升，f2增大值至 f2=f1，如果此時 Ui滯后 U0，則相位比較器Ⅱ輸出UΨ為低電平。UΨ經濾波后得到的Ud信號開始下降，這就迫使VCO對f2進行微調，最后達到f2/N=f1，并且f2與f1的相位差Δφ=0°。，進入鎖定狀態(tài)。如果此后f1又發(fā)生變化，鎖相環(huán)能再次捕獲f1，使f2與f1相位鎖定。