高频电子线路第章反馈控制电路精选PPT.ppt

《高频电子线路第章反馈控制电路精选PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高频电子线路第章反馈控制电路精选PPT.ppt（97页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、关于高频电子线路关于高频电子线路第章反馈控制电路第章反馈控制电路现在学习的是第1页，共97页一、反馈控制的概念和分类一、反馈控制的概念和分类 反馈控制反馈控制是现代系统工程中的一种重要技术手段。是现代系统工程中的一种重要技术手段。在系统受到扰动的情况下，通过反馈控制作用，可使系在系统受到扰动的情况下，通过反馈控制作用，可使系统的某个参数达到所需的精度，或按照一定的规律变化。统的某个参数达到所需的精度，或按照一定的规律变化。电子线路中也常常应用反馈控制技术。根据控制对象参电子线路中也常常应用反馈控制技术。根据控制对象参量的不同，量的不同，反馈控制电路可以分为以下三类反馈控制电路可以分为以下三类：

2、概概 述述 现在学习的是第2页，共97页 1 1、自动增益控制自动增益控制 (Automatic Gain Control(Automatic Gain Control，简称，简称AGCAGC)，它主要用于接收机中，控制接收机的增益，以维持整机输它主要用于接收机中，控制接收机的增益，以维持整机输出恒定，使之几乎不随外来信号的强弱变化。出恒定，使之几乎不随外来信号的强弱变化。2 2、自动频率控制自动频率控制 (Automatic Frequency Control(Automatic Frequency Control，简，简称称AFCAFC)，它主要用于维持电子设备中工作频率的稳定。，它主要用

3、于维持电子设备中工作频率的稳定。3 3、自动相位控制自动相位控制 (Automatic Phase Control(Automatic Phase Control，简称，简称APCAPC)，又称为，又称为锁相环路锁相环路(Phase Lock Loop(Phase Lock Loop，简称，简称PLL)PLL)，它，它用于锁定相位，能够实现许多功能，是应用最广的一种反用于锁定相位，能够实现许多功能，是应用最广的一种反馈控制电路。馈控制电路。现在学习的是第3页，共97页二、反馈控制电路的组成二、反馈控制电路的组成 反馈控制电路的组成如图反馈控制电路的组成如图10-110-1所示，由所示，由比较器

4、比较器、控制控制信号发生器信号发生器、可控器件可控器件和和反馈网络反馈网络四部分组成一个负反馈四部分组成一个负反馈闭合环路。闭合环路。图10-1反馈控制系统的组成 比较器控制信号发生器参考信号ur(t)误差信号ue(t)可控器件控制信号uc(t)反馈网络反馈信号uf(t)输入信号ui(t)输出信号uo(t)现在学习的是第4页，共97页 比较器的作用比较器的作用：是将参考信号：是将参考信号u ur r(t)(t)和反馈信号和反馈信号u uf f(t)(t)进行进行比较，输出二者的差值即误差信号比较，输出二者的差值即误差信号u ue e(t)(t)，然后经过，然后经过控制信控制信号发生器号发生器送

5、出控制信号送出控制信号u uc c(t)(t)，对可控制器件的某一特性进，对可控制器件的某一特性进行控制。比较器可以是：行控制。比较器可以是：电压比较器、频率比较器电压比较器、频率比较器(鉴频器鉴频器)或相位比较器或相位比较器(鉴相器鉴相器)。可控制器件可控制器件：或者是其输入输出特性受控制信号：或者是其输入输出特性受控制信号u uc c(t)(t)的的控制控制 (如可控增益放大器如可控增益放大器)，或者是在不加输入的情况下，或者是在不加输入的情况下，本身输出信号的某一参量受控制信号本身输出信号的某一参量受控制信号u uc c(t)(t)的控制的控制 (如压控如压控振荡器振荡器)。反馈网络的作

6、用反馈网络的作用：是在输出信号：是在输出信号u uo o(t)(t)中提取所需要进中提取所需要进行比较的分量，送到比较器与参考信号进行比较。行比较的分量，送到比较器与参考信号进行比较。现在学习的是第5页，共97页10.1 自动增益控制电路自动增益控制电路一、自动增益控制的意义一、自动增益控制的意义图10-2 具有AGC电路的接收机组成框图 在通信、导航、遥测遥感等无线电系统中，接收机接收到的信号可能有强有弱，通过AGC，使接收机的增益随信号强弱自动改变，达到信号幅度均衡的目的。AGC的基本结构如图10-2。现在学习的是第6页，共97页二、工作原理 1、自动增益控制电路的目的、自动增益控制电路的

7、目的 自动增益控制电路的目的自动增益控制电路的目的：当输入信号电压变化很大时，当输入信号电压变化很大时，保持接收机输出电压基本不变保持接收机输出电压基本不变。具体地说，当。具体地说，当输入信号很弱输入信号很弱时，时，接收机的增益大接收机的增益大，自动增益电路不起作用；而当，自动增益电路不起作用；而当输入信输入信号很强号很强时，自动增益电路进行控制，使接收机时，自动增益电路进行控制，使接收机增益减小增益减小。从。从而达到当接收机信号强度变化时，其输出端的电压或功率基而达到当接收机信号强度变化时，其输出端的电压或功率基本不变或保持恒定的目的。本不变或保持恒定的目的。现在学习的是第7页，共97页 2

8、、自动增益控制电路框图、自动增益控制电路框图 自动增益控制电路框图如图自动增益控制电路框图如图10-3所示。所示。设设输入信号振幅输入信号振幅为为Ui，输出信号振幅输出信号振幅为为Uo，可控增益放可控增益放大器增益为大器增益为Av(uc)，它是控制电压，它是控制电压uc的函数，则有的函数，则有()ovciUA u U(10-1)图10-3 自动增益控制电路框图 电压比较器KpUp控制信号发生器K1可控增益放大器AKueuc直流放大器K2低 通滤波器电平检测器K2uiUo现在学习的是第8页，共97页 滤波器的作用滤波器的作用 环路中的低通滤波器是非常重要的。环路中的低通滤波器是非常重要的。由于发

9、射功率变化由于发射功率变化,距离远近距离远近变化变化,电波传播衰落等引起信号强度的变化是比较缓慢的电波传播衰落等引起信号强度的变化是比较缓慢的,所以整个所以整个环路应具有低通传输特性环路应具有低通传输特性,这样才能保证仅对信号电平的缓慢变化有控制这样才能保证仅对信号电平的缓慢变化有控制作用。作用。尤其当输入为调幅信号时尤其当输入为调幅信号时,为了使调幅波的有用幅值变化不会被自为了使调幅波的有用幅值变化不会被自动增益控制电路的控制作用所抵消（此现象称为动增益控制电路的控制作用所抵消（此现象称为反调制反调制）,必须恰当必须恰当选择环路的频率响应特性选择环路的频率响应特性,使对高于某一频率的调制信号

10、的变化无响使对高于某一频率的调制信号的变化无响应应,而仅对低于这一频率的缓慢变化才有控制作用。这就主要取决于低通滤而仅对低于这一频率的缓慢变化才有控制作用。这就主要取决于低通滤波器的截止频率。波器的截止频率。现在学习的是第9页，共97页图10.4 简单的AGC特性 三、自动增益控制电路三、自动增益控制电路 根据输入信号的类型、特点以及对控制的要求，根据输入信号的类型、特点以及对控制的要求，AGC电路主要有以下电路主要有以下几种类型几种类型。1简单简单AGC电路电路 在简单在简单AGC电路里，参考电平电路里，参考电平Ur0。这样，只要。这样，只要输入信号振幅输入信号振幅Ui增加，增加，AGC的作

11、用就会使增益的作用就会使增益Kv减小，减小，从而使输出信号振幅从而使输出信号振幅Uo减小。图减小。图10-4为简单为简单AGC的特性的特性曲线。曲线。特点：一有输入信号，AGC就起作用，增益就减小，因而对提高灵敏度不利现在学习的是第10页，共97页特点：特点：电路简单，不需专门比较器；电路简单，不需专门比较器；只要有输入信号，只要有输入信号，AGC电路就起作用，适合输入信电路就起作用，适合输入信号很大的场合。号很大的场合。具有自动增益控制电路的超外差式接收机方框图 现在学习的是第11页，共97页图10-5 延迟AGC特性曲线 Uo0UiUominUomaxUiminUimax 2延迟延迟AGC

12、电路电路 在延迟在延迟AGC电路里有一个电路里有一个起控门限起控门限，即比较器参考电压，即比较器参考电压Ur，它对应的输入信号振幅，它对应的输入信号振幅Uimin，如图，如图10-5所示。所示。这种电路由于需要延迟到这种电路由于需要延迟到iimin之后才开始控制作用之后才开始控制作用,故称为故称为延迟。延迟。“延迟延迟”二字不是指时间上的延迟。二字不是指时间上的延迟。当输入信号当输入信号i大于大于imax后后,作用消失。可见作用消失。可见,imin与与imax区间即为所容许的输入信区间即为所容许的输入信号的动态范围号的动态范围,omin与与omax区间即为对应的输出信号的动区间即为对应的输出信

13、号的动态范围。态范围。现在学习的是第12页，共97页图10-6 延迟AGC电路 至信号检波延迟电压VCCC1R1RCAGC 电压VD改变“延迟电压”可改变门限的大小低通滤波器VD、C1、R1组成AGC检波器 可见，只有放大器的输出大于延迟电压后，即输入信号幅度大于门限电压时，二极管VD导通，AGC检波器才工作。现在学习的是第13页，共97页具有延迟AGC的接收机框图 现在学习的是第14页，共97页 3前置前置AGC、后置、后置AGC与基带与基带AGC 前置前置AGC是指是指AGC处于解调以前，由高频（或中频）处于解调以前，由高频（或中频）信号中提取检测信号，通过检波和直流放大，控制高频信号中提

14、取检测信号，通过检波和直流放大，控制高频（或中频）放大器的增益。（或中频）放大器的增益。后置后置AGC是是从解调后提取检测信号来控制高频（或从解调后提取检测信号来控制高频（或中频）放大器的增益。中频）放大器的增益。基带基带AGC是是整个整个AGC电路均在解调后的基带进行处电路均在解调后的基带进行处理。理。现在学习的是第15页，共97页四、AGC的性能指标 1动态范围动态范围 AGC电路电路是利用电压误差信号去消除输出信号振幅与要是利用电压误差信号去消除输出信号振幅与要求输出信号振幅之间电压误差的自动控制电路。求输出信号振幅之间电压误差的自动控制电路。在在AGC电路中，电路中，一方面希望一方面希

15、望输出信号振幅的变化越小越好，输出信号振幅的变化越小越好，即要求输出电压振幅的误差越小越好；即要求输出电压振幅的误差越小越好；另一方面，也希望另一方面，也希望容容许输入信号振幅变化越大越好。许输入信号振幅变化越大越好。AGC的动态范围是指：在给定输出信号振幅变化范围内，的动态范围是指：在给定输出信号振幅变化范围内，容许输入信号的变化范围。容许输入信号的变化范围。现在学习的是第16页，共97页 2响应时间响应时间 AGC电路是通过电路是通过对可控增益放大器增益的控制来实现对对可控增益放大器增益的控制来实现对输出信号振幅变化的限制，而输出信号振幅变化的限制，而增益变化又取决于输入信号振增益变化又取

16、决于输入信号振幅的变化幅的变化，所以，所以要求要求AGC电路的电路的反应既要能跟得上输入信号反应既要能跟得上输入信号振幅的振幅的变化速度变化速度，又，又不会出现反调制现象不会出现反调制现象，这就是响应时间，这就是响应时间特性。特性。根据根据AGC的响应时间长短可分为的响应时间长短可分为慢速慢速AGC和和快速快速AGC两两类。类。现在学习的是第17页，共97页 控制放大器增益的方法主要有两种控制放大器增益的方法主要有两种:一种方法一种方法是通过改变放大器本身是通过改变放大器本身的某些参数的某些参数,如发射极电流、负载、电流分配比、如发射极电流、负载、电流分配比、恒流源电流、负反馈恒流源电流、负反

17、馈大小等等来控制其增益大小等等来控制其增益;另一种方法是另一种方法是插入可控衰减器来改变整个放大插入可控衰减器来改变整个放大器的增益。器的增益。下面介绍两种常用电路。下面介绍两种常用电路。.晶体管增益控制电路晶体管增益控制电路 晶体管放大器的增益取决于晶体管正向传输导纳晶体管放大器的增益取决于晶体管正向传输导纳|yfe|,而而|yfe|又与晶体又与晶体管工作点有关管工作点有关,所以所以,改变发射极平均电流改变发射极平均电流E就可以使就可以使|yfe|随之改变随之改变,从从而达到控制放大器增益的目的。而达到控制放大器增益的目的。10.1.3可控增益放大器可控增益放大器现在学习的是第18页，共97

18、页 晶体管晶体管|yfe|-IE特性曲线如图特性曲线如图,其中实线是普通晶体管特性其中实线是普通晶体管特性,虚线是虚线是管特性。管特性。如果把静态工作点选在如果把静态工作点选在EQ点点,当当E E Q时时,|yfe|随随E 减小而下降减小而下降,称为反向；称为反向；当当EEQ时时,|yfe|随随E增加而下降增加而下降,称为正向称为正向。而而对于正向对于正向,当输入信号增强时当输入信号增强时,为使增益减小为使增益减小,E应该增大应该增大,所以所以E的变化的变化方向与输入信号的变化方向应该相同。控制电压既可以从发射极送入方向与输入信号的变化方向应该相同。控制电压既可以从发射极送入,也可以从基也可以

19、从基极送入。极送入。对于反向对于反向,当输入信号增强时当输入信号增强时,希望增益减希望增益减小小,即即|yfe|减小减小,则则E应该减小应该减小,所以所以E的变化方向与输的变化方向与输入信号的变化方向应该正好相反入信号的变化方向应该正好相反,故称为反向。故称为反向。现在学习的是第19页，共97页 反向的反向的优点优点是工作电流较小是工作电流较小,对晶体管安全工作有利对晶体管安全工作有利,但但工工作范围较窄作范围较窄,而正向正好相反。而正向正好相反。为了克服正向工作电流较大的缺点为了克服正向工作电流较大的缺点,在制作晶体管时可以使在制作晶体管时可以使其其|yfe|-IE特性曲线的峰值点左移特性曲

20、线的峰值点左移,同时使右端曲线斜率增大。同时使右端曲线斜率增大。专供增益专供增益控制用的管大多是正向管。控制用的管大多是正向管。这种电路的这种电路的缺点缺点是是,当工作电流当工作电流E变化时变化时,晶体管输入输出电阻、晶体管输入输出电阻、电容也会发生变化电容也会发生变化,因此将影响放大器的幅频特性、因此将影响放大器的幅频特性、相频特性和回路相频特性和回路值。但由于电路简单值。但由于电路简单,在一些要求不太高的电路中仍被广泛应在一些要求不太高的电路中仍被广泛应用。用。现在学习的是第20页，共97页 AGC控制电压既可以从发射极送入，也可以从基极送控制电压既可以从发射极送入，也可以从基极送入，如图

21、所示。入，如图所示。EI改变改变 的增益控制电路的增益控制电路(a)反向反向(b)正正向向|iocbeBEfegouuuuIIyAu(a)(b)|iocbeBEfegouuuuIIyAu现在学习的是第21页，共97页10.2 自动频率控制电路自动频率控制电路 一、工作原理 自动频率控制（自动频率控制（AFC）电路由）电路由频率比较器频率比较器、低通滤波低通滤波器器和和可控频率器件可控频率器件三部分组成，如图三部分组成，如图10-7所示。所示。图10-7 自动频率控制电路的组成AFC电路的电路的被控参数为频率被控参数为频率。低通滤波器H(s)可控频率器件Kcueucwr频率比较器Kpwy输出信号

22、wy现在学习的是第22页，共97页1、频率比较器、频率比较器 频率比较器：频率比较器：将电路的输出角频率与参考角频率进行比将电路的输出角频率与参考角频率进行比较，输出其误差（电压）。较，输出其误差（电压）。频率比较器频率比较器有两种有两种：鉴频器鉴频器或或混频混频-鉴频器鉴频器。低通滤波器H(s)可控频率器件Kcueucwr频率比较器Kpwy输出信号wy现在学习的是第23页，共97页 2、可控频率器件、可控频率器件 可控频率器件可控频率器件通常为通常为压控振荡器（压控振荡器（VCO），将在误差信号，将在误差信号的控制下，产生输出信号。的控制下，产生输出信号。压控振荡器的输出振荡角频率压控振荡器

23、的输出振荡角频率可写成：可写成：0yycck uww(10-5)低通滤波器H(s)可控频率器件Kcueucwr频率比较器Kpwy输出信号wy00yccu=VCOKw w是时的固有频率，是压控灵敏度。可见，AFC电路是利用反馈网络，产生与输出频率与参考频率之差成正比的误差信号，并由误差信号控制振荡频率。显然，达到最后稳定时，两个频率存在着频差，叫剩余误差，=|y-r|。现在学习的是第24页，共97页二、应用二、应用 自动频率微调电路（简称自动频率微调电路（简称AFC电路）电路）图图10-8是一个调频通信机的是一个调频通信机的AFC系统的方框图。这系统的方框图。这里是以固定中频里是以固定中频fI作

24、为鉴频器的中心频率，亦作为作为鉴频器的中心频率，亦作为AFC系系统的标准频率。统的标准频率。图10-8 调频通信机的AFC系统方框图fs混频中放鉴频fI|fs f0|fI中 心 频 率 fI本振(压 控 振)低 放低通滤波器f0现在学习的是第25页，共97页 10.3 10.3 锁相环的基本原理锁相环的基本原理 据前面介绍可知，据前面介绍可知，AFC电路是以电路是以消除频率误差为目的消除频率误差为目的的反馈控制电路的反馈控制电路，基本思想是利用频率误差电压去消除频，基本思想是利用频率误差电压去消除频率误差，因此率误差，因此当电路达到平衡状态后，必然会有剩余频率当电路达到平衡状态后，必然会有剩余

25、频率误差存在，即频率误差不可能为零误差存在，即频率误差不可能为零AFC的固有缺点的固有缺点。锁相环也是一种锁相环也是一种以消除频率误差为目的的反馈控制电路，以消除频率误差为目的的反馈控制电路，但是它是利用但是它是利用相位误差相位误差去消除去消除频率误差频率误差，因此当电路达到，因此当电路达到平衡状态后，尽管存在剩余相位误差存在，但频率误差可平衡状态后，尽管存在剩余相位误差存在，但频率误差可以降低到零。以降低到零。现在学习的是第26页，共97页图10-10 锁相环的基本构成参考信号PDur(t)LFud(t)VCOuc(t)uo(t)输出信号一、工作原理一、工作原理 1、电路结构、电路结构 锁相

26、环是一个相位负反馈控制系统锁相环是一个相位负反馈控制系统。它由。它由鉴相器鉴相器(Phase Detector，缩写为缩写为PD)、环路滤波器环路滤波器(Loop Filter，缩写为，缩写为LF)和和电压控制振荡器电压控制振荡器(Voltage Controlled Oscillator，缩写为，缩写为VCO)三个基本部件组成，如三个基本部件组成，如图图10-10所示。所示。现在学习的是第27页，共97页鉴相器鉴相器(PD)：是相位比较器，它把输出信号：是相位比较器，它把输出信号uo(t)和参考信号和参考信号ur(t)的的相位相位进行比较，产生对应于进行比较，产生对应于两信号相位差两信号相位

27、差e(t)的误差电压误差电压ud(t)。环路滤波器环路滤波器(LF)：其作用是滤除：其作用是滤除误差电压误差电压ud(t)中的高频成分和噪声中的高频成分和噪声，保证环路性能，提高系统稳定性。，保证环路性能，提高系统稳定性。电压控制振荡器电压控制振荡器(VCO)：受控制电压：受控制电压uc(t)的控制，使其的控制，使其振荡频率振荡频率向向参参考频率考频率靠近，靠近，使两者频率误差越来越小，直至频差消除而被锁定。使两者频率误差越来越小，直至频差消除而被锁定。参考信号PDur(t)LFud(t)VCOuc(t)uo(t)输出信号现在学习的是第28页，共97页 2、工作原理、工作原理 设参考信号为：设

28、参考信号为：()sin()rrrru tUttw(10-10)设输出信号为设输出信号为：()sin()oooou tUttw(10-11)两信号之间的两信号之间的瞬时相差瞬时相差为：为：0000()()()()()errrrttttttwwww（10-12）由频率和相位之间的关系可得两信号之间的由频率和相位之间的关系可得两信号之间的瞬时频差瞬时频差为为00()()errdtdtdtdtww(10-13)现在学习的是第29页，共97页因此，锁相环的工作原理锁相环的工作原理为：为：首先首先鉴相器鉴相器把把输出信号输出信号和和参考信号参考信号的的相位相位进行比较进行比较，产生一个产生一个反反映两信号

29、相位差大小的映两信号相位差大小的误差电压误差电压；此电压经此电压经环路滤波器环路滤波器过滤后得到过滤后得到控制电压控制电压；最后由控制电压去最后由控制电压去控制振荡器的控制振荡器的振荡频率振荡频率，使，使其向参考频率靠近其向参考频率靠近，直到两者频率相等而相位同步实现锁定。，直到两者频率相等而相位同步实现锁定。参考信号PDur(t)LFud(t)VCOuc(t)uo(t)输出信号现在学习的是第30页，共97页现在学习的是第31页，共97页 1、锁定状态、锁定状态 (1)定义：定义：当在环路的作用下，调整控制频差等于固有频差时，当在环路的作用下，调整控制频差等于固有频差时，瞬时相差瞬时相差e(t

30、)趋向于一个固定值，并一直保持下去，我们将这种趋向于一个固定值，并一直保持下去，我们将这种状态称为锁相环路进入了状态称为锁相环路进入了锁定状态锁定状态。在锁定状态，瞬时频差满足：在锁定状态，瞬时频差满足：lim()0etpt环路对输入固定频率的信号锁定后，由于输入到鉴相器的两个环路对输入固定频率的信号锁定后，由于输入到鉴相器的两个信号无频差，只有一个固定相差，因此信号无频差，只有一个固定相差，因此误差电压为直流误差电压为直流，经低通，经低通滤波后得控制电压也为直流。滤波后得控制电压也为直流。三、锁相环工作过程的定性分析三、锁相环工作过程的定性分析现在学习的是第32页，共97页 2.跟踪过程跟踪

31、过程 (1)跟踪的概念：跟踪的概念：跟踪是在锁定的前提下，输入参考频跟踪是在锁定的前提下，输入参考频率和相位在一定范围内，以一定的速率发生变化时，输出率和相位在一定范围内，以一定的速率发生变化时，输出信号的频率和相位以同样的规律跟随变化，这一过程信号的频率和相位以同样的规律跟随变化，这一过程称为称为环路的跟踪过程。环路的跟踪过程。(2)跟踪过程跟踪过程 假设输入信号频率假设输入信号频率r增大时，固有频差增大时，固有频差0=|r 0|也也增大，这使稳态相差增大，从而使直流控制电压增大，这增大，这使稳态相差增大，从而使直流控制电压增大，这必使必使VCO产生的控制频差产生的控制频差v增大。当增大。当

32、v 大得足以补偿大得足以补偿固有频差固有频差0时，环路维持锁定。时，环路维持锁定。现在学习的是第33页，共97页 3.失锁状态失锁状态 失锁状态就是瞬时频差失锁状态就是瞬时频差(r-v)总不为零的状态总不为零的状态。这。这时，鉴相器输出电压时，鉴相器输出电压ud(t)为一上下不对称的稳定差拍波，为一上下不对称的稳定差拍波，其平均分量为一恒定的直流。这一恒定的直流电压通过其平均分量为一恒定的直流。这一恒定的直流电压通过环路滤波器的作用使环路滤波器的作用使VCO的平均频率的平均频率v偏离偏离0向向r靠拢，靠拢，这就是环路的这就是环路的频率牵引效应频率牵引效应。现在学习的是第34页，共97页 4.捕

33、获过程捕获过程 开机时，鉴相器输入端两信号之间存在着起始频差开机时，鉴相器输入端两信号之间存在着起始频差(即固有频差即固有频差)0，其相位差为，其相位差为0t。因此，鉴相器输出因此，鉴相器输出的是一个角频率等于频差的是一个角频率等于频差0的差拍信号，即：的差拍信号，即：0()sin()ddu tUtw（10-42）若0很大，ud(t)差拍信号的拍频很高，易受环路滤波器抑制，这样加到VCO输入端的控制电压uc(t)很小，控制频差建立不起来，ud(t)仍是一个上下接近对称的稳定差拍波，环路不能入锁。现在学习的是第35页，共97页图10-20 频率捕获锁定示意图ud(t)Ud0 Udtwr(t)wr

34、w00TfTt现在学习的是第36页，共97页 环路能否发生捕获是与固有频差的环路能否发生捕获是与固有频差的0大小有关大小有关。只有当只有当|0|小到某一频率范围时，环路才能捕获入锁，小到某一频率范围时，环路才能捕获入锁，这一范围称为环路的捕获带这一范围称为环路的捕获带p。它定义为在失锁状。它定义为在失锁状态下能使环路经频率牵引，最终锁定的最大固有频差态下能使环路经频率牵引，最终锁定的最大固有频差|0|max，即：，即：0maxpww（10-43）现在学习的是第37页，共97页2、锁相环的主要应用、锁相环的主要应用 (1).锁相环路的调频与解调锁相环路的调频与解调 A、用锁相实现调频、用锁相实现

35、调频 用锁相环调频用锁相环调频，能够得到，能够得到中心频率高度稳定中心频率高度稳定的调频信号，的调频信号，图图10-27是这种方法的方框图。是这种方法的方框图。实现调制的的条件是实现调制的的条件是：调制信号的频谱要处于低通滤波：调制信号的频谱要处于低通滤波器通频带之外，并且调频指数不能太大。器通频带之外，并且调频指数不能太大。图10-27 调频锁相环路调频器方框图晶振鉴相低通滤波VCO调制信号调频波输出现在学习的是第38页，共97页 B、用锁相环实现频率解调、用锁相环实现频率解调 调制跟踪锁相环本身就是一个调频解调器调制跟踪锁相环本身就是一个调频解调器。它利用锁。它利用锁相环路良好的调制跟踪特

36、性，使锁相环路跟踪输入调频信相环路良好的调制跟踪特性，使锁相环路跟踪输入调频信号瞬时相位的变化，从而号瞬时相位的变化，从而使使VCO控制端获得解调输出控制端获得解调输出。锁。锁相环鉴频器的组成如图相环鉴频器的组成如图10-28所示。所示。图10-28 解调锁相鉴频器 输出滤波器PD鉴频输出LFuc(t)ui(t)VCO现在学习的是第39页，共97页 设输入的调频信号设输入的调频信号为为由上式可知，其由上式可知，其调制信号为调制信号为u(t)=Ucost，mf为调频指数。为调频指数。同时同时假设环路处于线性跟踪状态假设环路处于线性跟踪状态，且，且输入载频输入载频i等于等于VCO自自由振荡频率由振

37、荡频率0，则可得到调频波的，则可得到调频波的瞬时相位瞬时相位为：为：现现以以VCO控制电压控制电压uc(t)作为解调输出作为解调输出，那么可先求出，那么可先求出环路的输出相位环路的输出相位2(t)，再根据，再根据VCO控制特性控制特性2(t)=K0uc(t)/p，不难求得不难求得解调输出信号解调输出信号uc(t)。()sin(sin)iiifu tUtmtw（10-62）1()sinftmt（10-63）现在学习的是第40页，共97页 设锁相环路的闭环频率响应为设锁相环路的闭环频率响应为H(j)，则输出相位为，则输出相位为2()()cos()ftmH jtH j(10-64)因而解调输出电压为

38、2001()1()()cos()()cos()fcdtutmH jtH jKdtKU H jtH j (10-65)001mcfUmKKw 式中：式中：m为调频信号的最大频偏。对于设计良好的调制跟踪锁相环为调频信号的最大频偏。对于设计良好的调制跟踪锁相环，在调制频率范围内，在调制频率范围内H(j)1，相移，相移H(j)也很小。因此，也很小。因此，uc(t)确是良好的调频解调输出。确是良好的调频解调输出。现在学习的是第41页，共97页 各种通用锁相环集成电路都可以构成调频解调器。图各种通用锁相环集成电路都可以构成调频解调器。图10-29为用为用NE562集成锁相环构成的调频解调器。集成锁相环构成

39、的调频解调器。现在学习的是第42页，共97页图10-29 NE562调频解调器NE56216115Cx1413CxRxRx12CcCc11109Cp1.5 k解调输出1 k1 kCc1 k0.1 FCb0.1 FEc0.1 FCb23456781 kCT12 k量程控制VCO输出现在学习的是第43页，共97页 （2）.同步检波器同步检波器 思路：思路：如果锁相环路的输入电压是调幅波，只有幅度变如果锁相环路的输入电压是调幅波，只有幅度变化而无相位变化，则由于锁相环路只能跟踪输入信号的相位化而无相位变化，则由于锁相环路只能跟踪输入信号的相位变化，所以环路输出得不到原调制信号，而只能得到等幅波变化，

40、所以环路输出得不到原调制信号，而只能得到等幅波。原理：原理：用锁相环对调幅信号进行解调，实际上是利用锁用锁相环对调幅信号进行解调，实际上是利用锁相环路提供一个稳定度高的载波信号电压，与调频波在非线相环路提供一个稳定度高的载波信号电压，与调频波在非线性器件中乘积检波，输出的就是原调制信号性器件中乘积检波，输出的就是原调制信号。AM信号频谱中，除包含调制信号的边带外，还含有较信号频谱中，除包含调制信号的边带外，还含有较强的载波分量，使用载波跟踪环可将载波分量提取出来，再强的载波分量，使用载波跟踪环可将载波分量提取出来，再经经90移相，可用作同步检波器的相干载波。这种同步检波移相，可用作同步检波器的

41、相干载波。这种同步检波器如图器如图10-30所示。所示。现在学习的是第44页，共97页图10-30 AM信号同步检波器 uo(t)PDVCOLF90uos(t)输出滤波器AM信号解调输出同频检波同步检波现在学习的是第45页，共97页 设输入信号为设输入信号为()(1cos)cosfiiutUmttw(10-66)输入信号中载波分量为Uicosit，用载波跟踪环提取后输出为uo(t)=Uocos(it+0)，经90移相后，得到相干载波0()sin()oiu tUtw现在学习的是第46页，共97页 将将ur(t)与与ui(t)相乘，滤除相乘，滤除2i分量，得到的输出信分量，得到的输出信号就是恢复出

42、来的调制信号。号就是恢复出来的调制信号。锁相环路除了以上的应用外，还可广泛地应用于锁相环路除了以上的应用外，还可广泛地应用于电视机彩色副载波提取，调频立体声解码、电机转速电视机彩色副载波提取，调频立体声解码、电机转速控制、微波频率源、锁相接收机、移相器、位同步、控制、微波频率源、锁相接收机、移相器、位同步、以及各种调制方式的调制器和解调器、频率合成器等。以及各种调制方式的调制器和解调器、频率合成器等。现在学习的是第47页，共97页10.4 频率合成器频率合成器一、频率合成器及其技术指标一、频率合成器及其技术指标 1频率合成器的概念频率合成器的概念 (1)传统信号源的不足传统信号源的不足：频率准

43、确度不高、稳定度不高；：频率准确度不高、稳定度不高；晶体振荡器尽管准确度和稳定度都较高，但频率范围小，输晶体振荡器尽管准确度和稳定度都较高，但频率范围小，输出频率不高。出频率不高。(2)频率合成技术：频率合成技术：是以一个或少量的高准确度和高稳是以一个或少量的高准确度和高稳定度的标准频率作为参考频率，由此导出多个或大量的输出定度的标准频率作为参考频率，由此导出多个或大量的输出频率的方法。频率的方法。频率合成器：频率合成器：使用频率合成技术产生不同频率输出使用频率合成技术产生不同频率输出信号的部件，称为频率合成器或频率综合器。信号的部件，称为频率合成器或频率综合器。现在学习的是第48页，共97页

44、 频率合成器的输出信号频率的准确度和稳定度与参考频率合成器的输出信号频率的准确度和稳定度与参考频率是一样的。频率是一样的。2频率合成器的主要技术指标频率合成器的主要技术指标 (1)频率范围频率范围 频率范围频率范围是指频率合成器输出的最低频率是指频率合成器输出的最低频率fomin和最高和最高频率频率fomax之间的变化范围，也可用覆盖系数之间的变化范围，也可用覆盖系数k=fomax/fomin表示表示（k又称之为波段系数）。又称之为波段系数）。一般情况下，如果一般情况下，如果覆盖系数覆盖系数k23时，整个频段可以划时，整个频段可以划分为几个分波段。在频率合成器中，分波段的覆盖系数一分为几个分波

45、段。在频率合成器中，分波段的覆盖系数一般取决于压控振荡器的特性。般取决于压控振荡器的特性。现在学习的是第49页，共97页 (2)频率间隔（频率分辨率）频率间隔（频率分辨率）由于频率合成器的输出信号频率是不能连续变化由于频率合成器的输出信号频率是不能连续变化(调调节节)的，两个相邻频率之间的最小间隔，就是的，两个相邻频率之间的最小间隔，就是频率间隔。频率间隔。频率间隔又称为频率分辨率。频率间隔又称为频率分辨率。不同用途的频率合成器，对频率间隔的要求是不相不同用途的频率合成器，对频率间隔的要求是不相同的。同的。对短波单边带通信来说，现在多取频率间隔为对短波单边带通信来说，现在多取频率间隔为100H

46、z，有的甚至取，有的甚至取10Hz、1Hz乃至乃至0.1Hz。对超短波通。对超短波通信来说，频率间隔多取信来说，频率间隔多取50kHz、25kHz等。在一些测量仪等。在一些测量仪器中，其频率间隔可达兆赫兹量级。器中，其频率间隔可达兆赫兹量级。现在学习的是第50页，共97页 (3)频率转换时间频率转换时间 频率转换时间频率转换时间是指频率合成器从某一个频率转换到另是指频率合成器从某一个频率转换到另一个频率，并达到稳定所需要的时间。一个频率，并达到稳定所需要的时间。频率转换时间一般与采用的频率合成方法有密切的关频率转换时间一般与采用的频率合成方法有密切的关系。系。(4)准确度与频率稳定度准确度与频

47、率稳定度 频率准确度频率准确度：频率准确度是指频率合成器工作频率偏：频率准确度是指频率合成器工作频率偏离规定频率的数值，即频率误差。离规定频率的数值，即频率误差。频率稳定度频率稳定度：频率稳定度是指在规定的时间间隔内，：频率稳定度是指在规定的时间间隔内，频率合成器频率偏离规定频率相对变化的大小。频率合成器频率偏离规定频率相对变化的大小。现在学习的是第51页，共97页 (5)频谱纯度频谱纯度 频谱纯度频谱纯度：频谱纯度是指输出信号频谱中包含其他频频谱纯度是指输出信号频谱中包含其他频率成分的的多少率成分的的多少。影响频率合成器频谱纯度的因素主要有两个，一是影响频率合成器频谱纯度的因素主要有两个，一

48、是相位噪声，二是寄生干扰。相位噪声，二是寄生干扰。相位噪声是瞬间频率稳定度的频域表示，在频谱上呈相位噪声是瞬间频率稳定度的频域表示，在频谱上呈现为主谱两边的连续噪声，如图现为主谱两边的连续噪声，如图10-31所示。所示。现在学习的是第52页，共97页二、频率合成器的类型 频率合成器频率合成器可分三类可分三类：直接式频率合成器直接式频率合成器，间接式间接式（或锁相）频率合成器（或锁相）频率合成器和和直接式数字频率合成器直接式数字频率合成器。下面。下面分别介绍。分别介绍。1直接式频率合成器（直接式频率合成器（DS）特点：特点：直接式频率合成器是直接式频率合成器是最先出现最先出现的一种合成器的一种合

49、成器类型的频率信号源。这种频率合成器原理简单，易于实类型的频率信号源。这种频率合成器原理简单，易于实现。现。优点：优点：分辨率高分辨率高(10-2)、频率转换时间快、频率转换时间快(100s)、工作稳定可靠、输出信号频谱纯度高。工作稳定可靠、输出信号频谱纯度高。不足：不足：体积大、笨重、成本高。体积大、笨重、成本高。现在学习的是第53页，共97页 2间接式频率合成器（间接式频率合成器（IS）锁相频率合成器锁相频率合成器 间接式频率合成器又称为锁相频率合成器间接式频率合成器又称为锁相频率合成器。锁相频。锁相频率合成器是目前率合成器是目前应用最广的频率合成器应用最广的频率合成器，也是，也是本节主要

50、本节主要介绍的内容。介绍的内容。直接式频率合成器中所固有的那些缺点，如体积大、直接式频率合成器中所固有的那些缺点，如体积大、成本高、输出端出现寄生频率等，在锁相频率合成器中成本高、输出端出现寄生频率等，在锁相频率合成器中就大大减少了。就大大减少了。此处只介绍基本原理及特点，具体实现此处只介绍基本原理及特点，具体实现电路见后面。电路见后面。(1)基本原理基本原理 基本的锁相频率合成器如图基本的锁相频率合成器如图10-32所示。所示。现在学习的是第54页，共97页图10-32 基本锁相频率合成器 fr环路滤波器LF压控振荡器(VCO)VBfoVC相位检波器(PD)Nfdf0 Nfr现在学习的是第5