高频电子线路第章反馈控制电路课件.ppt

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1、关于高频电子线路第关于高频电子线路第章反馈控制电路章反馈控制电路第1页，此课件共97页哦一、反馈控制的概念和分类一、反馈控制的概念和分类 反反馈馈控控制制是是现现代代系系统统工工程程中中的的一一种种重重要要技技术术手手段段。在在系系统统受受到到扰扰动动的的情情况况下下，通通过过反反馈馈控控制制作作用用，可可使使系系统统的的某某个个参参数数达达到到所所需需的的精精度度，或或按按照照一一定定的的规规律律变变化化。电电子子线线路路中中也也常常常常应应用用反反馈馈控控制制技技术术。根根据据控控制制对对象象参参量的不同，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：概概述述第2页，

2、此课件共97页哦 1 1、自自动动增增益益控控制制 (Automatic(Automatic Gain Gain ControlControl，简简称称AGCAGC)，它它主主要要用用于于接接收收机机中中，控控制制接接收收机机的的增增益益，以以维维持持整整机机输出恒定，使之几乎不随外来信号的强弱变化。输出恒定，使之几乎不随外来信号的强弱变化。2 2、自自动动频频率率控控制制 (Automatic(Automatic Frequency Frequency ControlControl，简简称称AFCAFC)，它主要用于维持电子设备中工作频率的稳定。，它主要用于维持电子设备中工作频率的稳定。3

3、3、自自动动相相位位控控制制 (Automatic(Automatic Phase Phase ControlControl，简简称称APCAPC)，又又称称为为锁锁相相环环路路(Phase(Phase Lock Lock LoopLoop，简简称称PLL)PLL)，它它用用于于锁锁定定相相位位，能能够够实实现现许许多多功功能能，是是应应用用最最广广的的一一种种反反馈馈控控制制电路。电路。第3页，此课件共97页哦二、反馈控制电路的组成二、反馈控制电路的组成 反反馈馈控控制制电电路路的的组组成成如如图图10-110-1所所示示，由由比比较较器器、控控制制信信号号发发生生器器、可可控控器器件件和和

4、反反馈馈网网络络四四部部分分组组成成一一个个负负反反馈馈闭合环路。闭合环路。图10-1反馈控制系统的组成第4页，此课件共97页哦比比较较器器的的作作用用：是是将将参参考考信信号号u ur r(t)(t)和和反反馈馈信信号号u uf f(t)(t)进进行行比比较较，输输出出二二者者的的差差值值即即误误差差信信号号u ue e(t)(t)，然然后后经经过过控控制制信信号号发发生生器器送送出出控控制制信信号号u uc c(t)(t)，对对可可控控制制器器件件的的某某一一特特性性进进行行控控制制。比比较较器器可可以以是是：电电压压比比较较器器、频频率率比比较较器器(鉴鉴频频器器)或相位比较器或相位比较

5、器(鉴相器鉴相器)。可可控控制制器器件件：或或者者是是其其输输入入输输出出特特性性受受控控制制信信号号u uc c(t)(t)的的控控制制 (如如可可控控增增益益放放大大器器)，或或者者是是在在不不加加输输入入的的情情况况下下，本本身身输输出出信信号号的的某某一一参参量量受受控控制制信信号号u uc c(t)(t)的的控控制制 (如如压压控控振荡器振荡器)。反反馈馈网网络络的的作作用用：是是在在输输出出信信号号u uo o (t)(t)中中提提取取所所需需要要进进行比较的分量，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。第5页，此课件共97页哦10.1自动增益控制

6、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。第6页，此课件共97页哦二、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目的自自动动增增益益控控制制电电路路的的目目的的：当当输输入入信信号号电电压压变变化化很很大大时时，保保持持接接收收机机输输出出电电压压基基本本不不变变。具具体体地地说说，当当输输入入信信号号很很弱弱时时，接接收收机机的的增增益益大大，自自动动

7、增增益益电电路路不不起起作作用用；而而当当输输入入信信号号很很强强时时，自自动动增增益益电电路路进进行行控控制制，使使接接收收机机增增益益减减小小。从从而而达达到到当当接接收收机机信信号号强强度度变变化化时时，其其输输出出端端的的电电压压或或功功率率基基本不变或保持恒定的目的。本不变或保持恒定的目的。第7页，此课件共97页哦2、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。设设输输入入信信号号振振幅幅为为Ui，输输出出信信号号振振幅幅为为Uo，可可控控增增益益放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

8、数，则有的函数，则有(10-1)图10-3自动增益控制电路框图第8页，此课件共97页哦滤波器的作用滤波器的作用环环路路中中的的低低通通滤滤波波器器是是非非常常重重要要的的。由由于于发发射射功功率率变变化化,距距离离远远近近变变化化,电电波波传传播播衰衰落落等等引引起起信信号号强强度度的的变变化化是是比比较较缓缓慢慢的的,所所以以整整个个环环路路应应具具有有低低通通传传输输特特性性,这这样样才才能能保保证证仅仅对对信信号号电电平平的的缓缓慢慢变变化化有有控控制作用。制作用。尤尤其其当当输输入入为为调调幅幅信信号号时时,为为了了使使调调幅幅波波的的有有用用幅幅值值变变化化不不会会被被自自动动增增益

9、益控控制制电电路路的的控控制制作作用用所所抵抵消消（此此现现象象称称为为反反调调制制）,必必须须恰恰当当选选择择环环路路的的频频率率响响应应特特性性,使使对对高高于于某某一一频频率率的的调调制制信信号号的的变变化化无无响响应应,而而仅仅对对低低于于这这一一频频率率的的缓缓慢慢变变化化才才有有控控制制作作用用。这这就就主主要要取取决决于低通滤波器的截止频率。于低通滤波器的截止频率。第9页，此课件共97页哦图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根据据输输入入信信号号的的类类型型、特特点点以以及及对对控控制制的的要要求求，AGC电路主要有以下电路主要有以下几种类型几

10、种类型。1简单简单AGC电路电路在在简简单单AGC电电路路里里，参参考考电电平平Ur0。这这样样，只只要要输输入入信信号号振振幅幅Ui增增加加，AGC的的作作用用就就会会使使增增益益Kv减减小小，从从而而使使输输出出信信号号振振幅幅Uo减减小小。图图10-4为为简简单单AGC的的特特性性曲线。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第10页，此课件共97页哦特点：特点：电路简单，不需专门比较器；电路简单，不需专门比较器；只只要要有有输输入入信信号号，AGC电电路路就就起起作作用用，适适合合输输入入信信号很大的场合。号很大的场合。具有自动增益控制电路的超外差式接

11、收机方框图 第11页，此课件共97页哦图10-5延迟AGC特性曲线2延迟延迟AGC电路电路在在延延迟迟AGC电电路路里里有有一一个个起起控控门门限限，即即比比较较器器参参考考电电压压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。这这种种电电路路由由于于需需要要延延迟迟到到iimin之之后后才才开开始始控控制制作作用用,故故称称为为延迟。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区间即为所容许的输入信号的动态范围信号

12、的动态范围,omin与与omax区间即为对应的输出信号的区间即为对应的输出信号的动态范围。动态范围。第12页，此课件共97页哦图10-6延迟AGC电路改变“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。第13页，此课件共97页哦具有延迟AGC的接收机框图 第14页，此课件共97页哦3前置前置AGC、后置、后置AGC与基带与基带AGC前前置置AGC是是指指AGC处处于于解解调调以以前前，由由高高频频（或或中中频频）信信号号中中提提取取检检测测信信号号，通通过过检检波波和和

13、直直流流放放大大，控控制制高高频频（或中频）放大器的增益。（或中频）放大器的增益。后后置置AGC是是从从解解调调后后提提取取检检测测信信号号来来控控制制高高频频（或或中频）放大器的增益。中频）放大器的增益。基基带带AGC是是整整个个AGC电电路路均均在在解解调调后后的的基基带带进进行行处处理。理。第15页，此课件共97页哦四、AGC的性能指标1动态范围动态范围AGC电电路路是是利利用用电电压压误误差差信信号号去去消消除除输输出出信信号号振振幅幅与与要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电电路路中中，一一方方面面希希望望输输出出信信号号

14、振振幅幅的的变变化化越越小小越越好好，即即要要求求输输出出电电压压振振幅幅的的误误差差越越小小越越好好；另另一一方方面面，也也希希望望容容许许输入信号振幅变化越大越好。输入信号振幅变化越大越好。AGC的的动动态态范范围围是是指指：在在给给定定输输出出信信号号振振幅幅变变化化范范围围内内，容许输入信号的变化范围。容许输入信号的变化范围。第16页，此课件共97页哦2响应时间响应时间AGC电电路路是是通通过过对对可可控控增增益益放放大大器器增增益益的的控控制制来来实实现现对对输输出出信信号号振振幅幅变变化化的的限限制制，而而增增益益变变化化又又取取决决于于输输入入信信号号振振幅幅的的变变化化，所所以

15、以要要求求AGC电电路路的的反反应应既既要要能能跟跟得得上上输输入入信信号号振振幅的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，这就是响应时间特性。，这就是响应时间特性。根根据据AGC的的响响应应时时间间长长短短可可分分为为慢慢速速AGC和和快快速速AGC两两类。类。第17页，此课件共97页哦控控制制放放大大器器增增益益的的方方法法主主要要有有两两种种:一一种种方方法法是是通通过过改改变变放放大大器器本本身身的的某某些些参参数数,如如发发射射极极电电流流、负负载载、电电流流分分配配比比、恒恒流流源源电电流流、负负反反馈馈大大小小等等等等来来控控制制其其增增益益;另另一一种

16、种方方法法是是插插入入可可控控衰衰减器来改变整个放大器的增益。减器来改变整个放大器的增益。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晶体体管管放放大大器器的的增增益益取取决决于于晶晶体体管管正正向向传传输输导导纳纳|yfe|,而而|yfe|又又与与晶晶体体管管工工作作点点有有关关,所所以以,改改变变发发射射极极平平均均电电流流E就就可可以以使使|yfe|随随之之改变改变,从而达到控制放大器增益的目的。从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第18页，此课件共97页哦晶晶体体管管|yfe|-IE特特性性曲曲线线如如图图,其其

17、中中实实线线是是普普通通晶晶体体管管特特性性,虚虚线线是是管特性。管特性。如如果果把把静静态态工工作作点点选选在在EQ点点,当当EEQ时时,|yfe|随随E减减小小而而下下降降,称称为为反反向向；当当EEQ时时,|yfe|随随E增增加加而而下下降降,称称为为正正向。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,也可以从也可以从基极送入。基极送入。对对于于反反向向,当当输输入入信信号号增增强强时

18、时,希希望望增增益益减减小小,即即|yfe|减减小小,则则E应应该该减减小小,所所以以E的的变变化化方方向向与与输输入入信信号号的的变变化化方方向向应应该该正正好好相相反反,故故称称为为反反向向。第19页，此课件共97页哦反反向向的的优优点点是是工工作作电电流流较较小小,对对晶晶体体管管安安全全工工作作有有利利,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。为为了了克克服服正正向向工工作作电电流流较较大大的的缺缺点点,在在制制作作晶晶体体管管时时可可以以使使其其|yfe|-IE特特性性曲曲线线的的峰峰值值点点左左移移,同同时时使使右右端端曲曲线线斜斜率率增增大大。专专供增益控制

19、用的管大多是正向管。供增益控制用的管大多是正向管。这这种种电电路路的的缺缺点点是是,当当工工作作电电流流E变变化化时时,晶晶体体管管输输入入输输出出电电阻阻、电电容容也也会会发发生生变变化化,因因此此将将影影响响放放大大器器的的幅幅频频特特性性、相相频频特特性性和和回回路路值值。但但由由于于电电路路简简单单,在在一一些些要要求求不不太太高高的的电电路路中中仍仍被被广广泛应用。泛应用。第20页，此课件共97页哦 AGC控制电压既可以从发射极送入，也可以从基极送入，控制电压既可以从发射极送入，也可以从基极送入，如图所示。如图所示。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(

20、a)(b)第21页，此课件共97页哦10.2自动频率控制电路自动频率控制电路一、工作原理自自动动频频率率控控制制（AFC）电电路路由由频频率率比比较较器器、低低通通滤滤波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wy第22页，此课件共97页哦1、频率比较器、频率比较器频频率率比比较较器器：将将电电路路的的输输出出角角频频率率与与参参考考角角频频率率进进行行比比较较，输出其误差（电压）。输出其误差（电压

21、）。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第23页，此课件共97页哦2、可控频率器件、可控频率器件可可控控频频率率器器件件通通常常为为压压控控振振荡荡器器（VCO），将将在在误误差差信信号号的控制下，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的输出振荡角频率可写成：可写成：(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wy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

22、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|。第24页，此课件共97页哦二、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是是一一个个调调频频通通信信机机的的AFC系系统统的的方方框框图图。这这里里是是以以固固定定中中频频fI作作为为鉴鉴频频器器的的中中心心频频率率，亦亦作作为为AFC系系统统的标准频率。的标准频率。图10-8调频通信机的AFC系统方框图第25页，此课件共97页哦 10.3 10.3 锁相环的基本原理锁相环的基本原理据据前前面面介介绍绍可可知知，AFC电电路路是是以以消消除除频频率率误误差差为为目目的的的的

23、反反馈馈控控制制电电路路，基基本本思思想想是是利利用用频频率率误误差差电电压压去去消消除除频频率率误误差差，因因此此当当电电路路达达到到平平衡衡状状态态后后，必必然然会会有有剩剩余余频频率率误差存在，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。锁锁相相环环也也是是一一种种以以消消除除频频率率误误差差为为目目的的的的反反馈馈控控制制电电路路，但但是是它它是是利利用用相相位位误误差差去去消消除除频频率率误误差差，因因此此当当电电路路达达到到平平衡衡状状态态后后，尽尽管管存存在在剩剩余余相相位位误误差差存存在在，但但频频率率误误差差可可以降低到零。以降低到零。第26

24、页，此课件共97页哦图10-10锁相环的基本构成一、工作原理一、工作原理1、电路结构、电路结构锁相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(PhaseDetector，缩写为，缩写为PD)、环路滤波器环路滤波器(LoopFilter，缩写为，缩写为LF)和和电压电压控制振荡器控制振荡器(VoltageControlledOscillator，缩写为，缩写为VCO)三个基本三个基本部件组成，如图部件组成，如图10-10所示。所示。第27页，此课件共97页哦(1)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

25、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差e(t)的误差电压误差电压ud(t)。(2)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)中的高频成分和噪中的高频成分和噪声，保证环路性能，提高系统稳定性。声，保证环路性能，提高系统稳定性。(3)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考频率参考频率靠近，靠近，使两者频率误差越来越小，直至频差消除而被锁使两者频率误差越来越小，直至频差消除而被锁定。定。第28页，此课件共97页哦2、工作原

26、理、工作原理设参考信号为：设参考信号为：(10-10)设输出信号为设输出信号为：(10-11)两信号之间的两信号之间的瞬时相差瞬时相差为：为：（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(10-13)第29页，此课件共97页哦因此，锁相环的工作原理锁相环的工作原理为：为：首首先先鉴鉴相相器器把把输输出出信信号号和和参参考考信信号号的的相相位位进进行行比比较较，产产生生一一个个反映两信号相位差大小的反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；最最后后由由控控制制

27、电电压压去去控控制制振振荡荡器器的的振振荡荡频频率率，使使其其向向参参考考频频率率靠靠近，直到两者频率相等而相位同步实现锁定。近，直到两者频率相等而相位同步实现锁定。第30页，此课件共97页哦第31页，此课件共97页哦1、锁定状态、锁定状态(1)定定义义：当当在在环环路路的的作作用用下下，调调整整控控制制频频差差等等于于固固有有频频差差时时，瞬瞬时时相相差差e(t)趋趋向向于于一一个个固固定定值值，并并一一直直保保持持下下去去，我我们们将将这这种种状状态态称为锁相环路进入了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：环环路路对对输输入入固固定定频频率

28、率的的信信号号锁锁定定后后，由由于于输输入入到到鉴鉴相相器器的的两两个个信信号号无无频频差差，只只有有一一个个固固定定相相差差，因因此此误误差差电电压压为为直直流流，经经低低通通滤滤波波后后得控制电压也为直流。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第32页，此课件共97页哦2.跟踪过程跟踪过程(1)跟跟踪踪的的概概念念：跟跟踪踪是是在在锁锁定定的的前前提提下下，输输入入参参考考频频率率和和相相位位在在一一定定范范围围内内，以以一一定定的的速速率率发发生生变变化化时时，输输出出信信号号的的频频率率和和相相位位以以同同样样的的规规律律跟跟随随变变化化，这这一一

29、过过程程称称为为环环路的跟踪过程。路的跟踪过程。(2)跟踪过程跟踪过程假假设设输输入入信信号号频频率率r增增大大时时，固固有有频频差差0=|r0|也也增增大大，这这使使稳稳态态相相差差增增大大，从从而而使使直直流流控控制制电电压压增增大大，这这必必使使VCO产产生生的的控控制制频频差差v增增大大。当当v大大得得足足以以补补偿偿固有频差固有频差0时，环路维持锁定。时，环路维持锁定。第33页，此课件共97页哦3.失锁状态失锁状态失失锁锁状状态态就就是是瞬瞬时时频频差差(r-v)总总不不为为零零的的状状态态。这这时时，鉴鉴相相器器输输出出电电压压ud(t)为为一一上上下下不不对对称称的的稳稳定定差差

30、拍拍波波，其其平平均均分分量量为为一一恒恒定定的的直直流流。这这一一恒恒定定的的直直流流电电压压通通过过环环路路滤滤波波器器的的作作用用使使VCO的的平平均均频频率率v偏偏离离0向向r靠靠拢拢，这就是环路的这就是环路的频率牵引效应频率牵引效应。第34页，此课件共97页哦4.捕获过程捕获过程开开机机时时，鉴鉴相相器器输输入入端端两两信信号号之之间间存存在在着着起起始始频频差差(即即固固有有频频差差)0，其其相相位位差差为为0t。因因此此，鉴鉴相相器器输输出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：（10-42）若若0很很大大，ud(t)差差拍拍信信号号的的拍

31、拍频频很很高高，易易受受环环路路滤滤波波器器抑抑制制，这这样样加加到到VCO输输入入端端的的控控制制电电压压uc(t)很很小小，控控制制频频差差建建立立不不起起来来，ud(t)仍仍是是一一个个上上下下接接近近对对称称的的稳稳定定差差拍拍波波，环路不能入锁。环路不能入锁。第35页，此课件共97页哦图10-20频率捕获锁定示意图第36页，此课件共97页哦环环路路能能否否发发生生捕捕获获是是与与固固有有频频差差的的0大大小小有有关关。只只有有当当|0|小小到到某某一一频频率率范范围围时时，环环路路才才能能捕捕获获入入锁锁，这这一一范范围围称称为为环环路路的的捕捕获获带带p。它它定定义义为为在在失失锁

32、锁状状态态下下能能使使环环路路经经频频率率牵牵引引，最最终终锁锁定定的的最最大大固固有有频频差差|0|max，即：，即：（10-43）第37页，此课件共97页哦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、用锁相实现调频用用锁锁相相环环调调频频，能能够够得得到到中中心心频频率率高高度度稳稳定定的的调调频频信信号号，图图10-27是这种方法的方框图。是这种方法的方框图。实实现现调调制制的的的的条条件件是是：调调制制信信号号的的频频谱谱要要处处于于低低通通滤滤波波器器通频带之外，并且调频指数不能太大。通频带之外，并且调频指数不能太大。图1

33、0-27调频锁相环路调频器方框图第38页，此课件共97页哦B、用锁相环实现频率解调、用锁相环实现频率解调调调制制跟跟踪踪锁锁相相环环本本身身就就是是一一个个调调频频解解调调器器。它它利利用用锁锁相相环环路路良良好好的的调调制制跟跟踪踪特特性性，使使锁锁相相环环路路跟跟踪踪输输入入调调频频信信号号瞬瞬时时相相位位的的变变化化，从从而而使使VCO控控制制端端获获得得解解调调输输出出。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解调锁相鉴频器第39页，此课件共97页哦设输入的调频信号设输入的调频信号为为由由上上式式可可知知，其其调调制制信信号号为为u(t)=Ucos

34、t，mf为为调调频频指指数数。同同时时假假设设环环路路处处于于线线性性跟跟踪踪状状态态，且且输输入入载载频频i等等于于VCO自自由振荡频率由振荡频率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控控制制电电压压uc(t)作作为为解解调调输输出出，那那么么可可先先求求出出环环路路的的输输出出相相位位2(t)，再再根根据据VCO控控制制特特性性2(t)=K0uc(t)/p，不不难求得难求得解调输出信号解调输出信号uc(t)。（10-62）（10-63）第40页，此课件共97页哦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(1

35、0-64)因而解调输出电压为(10-65)式中：式中：m为为调调频频信信号号的的最最大大频频偏偏。对对于于设设计计良良好好的的调调制制跟跟踪踪锁锁相相环环，在在调调制制频频率率范范围围内内H(j)1，相相移移H(j)也也很很小小。因因此此，uc(t)确是良好的调频解调输出。确是良好的调频解调输出。第41页，此课件共97页哦各各种种通通用用锁锁相相环环集集成成电电路路都都可可以以构构成成调调频频解解调调器器。图图10-29为用为用NE562集成锁相环构成的调频解调器。集成锁相环构成的调频解调器。第42页，此课件共97页哦图10-29NE562调频解调器第43页，此课件共97页哦（2）.同步检波器

36、同步检波器思思路路：如如果果锁锁相相环环路路的的输输入入电电压压是是调调幅幅波波，只只有有幅幅度度变变化化而而无无相相位位变变化化，则则由由于于锁锁相相环环路路只只能能跟跟踪踪输输入入信信号号的的相相位位变化，所以环路输出得不到原调制信号，而只能得到等幅波变化，所以环路输出得不到原调制信号，而只能得到等幅波。原原理理：用用锁锁相相环环对对调调幅幅信信号号进进行行解解调调，实实际际上上是是利利用用锁锁相相环环路路提提供供一一个个稳稳定定度度高高的的载载波波信信号号电电压压，与与调调频频波波在在非非线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信信号号频频谱

37、谱中中，除除包包含含调调制制信信号号的的边边带带外外，还还含含有有较较强强的的载载波波分分量量，使使用用载载波波跟跟踪踪环环可可将将载载波波分分量量提提取取出出来来，再再经经90移移相相，可可用用作作同同步步检检波波器器的的相相干干载载波波。这这种种同同步步检检波波器如图器如图10-30所示。所示。第44页，此课件共97页哦图10-30AM信号同步检波器同步检波第45页，此课件共97页哦设输入信号为设输入信号为(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，得到相干载波第46页，此课件共97页哦将将ur(t)与与ui(

38、t)相相乘乘，滤滤除除2i分分量量，得得到到的的输输出出信信号就是恢复出来的调制信号。号就是恢复出来的调制信号。锁锁相相环环路路除除了了以以上上的的应应用用外外，还还可可广广泛泛地地应应用用于于电电视视机机彩彩色色副副载载波波提提取取，调调频频立立体体声声解解码码、电电机机转转速速控控制制、微微波波频频率率源源、锁锁相相接接收收机机、移移相相器器、位位同同步步、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。第47页，此课件共97页哦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

39、(1)传统信号源的不足传统信号源的不足：频率准确度不高、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)频频率率合合成成技技术术：是是以以一一个个或或少少量量的的高高准准确确度度和和高高稳稳定定度度的的标标准准频频率率作作为为参参考考频频率率，由由此此导导出出多多个个或或大大量量的的输输出出频频率的方法。率的方法。频频率率合合成成器器：使使用用频频率率合合成成技技术术产产生生不不同同频频率率输输出出信号的部件，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

40、率综合器。第48页，此课件共97页哦频频率率合合成成器器的的输输出出信信号号频频率率的的准准确确度度和和稳稳定定度度与与参参考考频率是一样的。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频率率范范围围是是指指频频率率合合成成器器输输出出的的最最低低频频率率fomin和和最最高高频频率率fomax之之间间的的变变化化范范围围，也也可可用用覆覆盖盖系系数数k=fomax/fomin表表示示（k又称之为波段系数）。又称之为波段系数）。一一般般情情况况下下，如如果果覆覆盖盖系系数数k23时时，整整个个频频段段可可以以划划分分为为几几个个分分波波段段。在在频频

41、率率合合成成器器中中，分分波波段段的的覆覆盖盖系系数数一一般取决于压控振荡器的特性。般取决于压控振荡器的特性。第49页，此课件共97页哦(2)频率间隔（频率分辨率）频率间隔（频率分辨率）由由于于频频率率合合成成器器的的输输出出信信号号频频率率是是不不能能连连续续变变化化(调调节节)的的，两两个个相相邻邻频频率率之之间间的的最最小小间间隔隔，就就是是频频率率间间隔隔。频率间隔又称为频率分辨率。频率间隔又称为频率分辨率。不不同同用用途途的的频频率率合合成成器器，对对频频率率间间隔隔的的要要求求是是不不相相同同的的。对对短短波波单单边边带带通通信信来来说说，现现在在多多取取频频率率间间隔隔为为100

42、Hz，有有的的甚甚至至取取10Hz、1Hz乃乃至至0.1Hz。对对超超短短波波通通信信来来说说，频频率率间间隔隔多多取取50kHz、25kHz等等。在在一一些些测测量量仪仪器器中中，其其频率间隔可达兆赫兹量级。频率间隔可达兆赫兹量级。第50页，此课件共97页哦(3)频率转换时间频率转换时间频频率率转转换换时时间间是是指指频频率率合合成成器器从从某某一一个个频频率率转转换换到到另另一个频率，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。频频率率转转换换时时间间一一般般与与采采用用的的频频率率合合成成方方法法有有密密切切的的关关系。系。(4)准确度与频率稳定度准确度与频率稳定度频频率率

43、准准确确度度：频频率率准准确确度度是是指指频频率率合合成成器器工工作作频频率率偏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。频频率率稳稳定定度度：频频率率稳稳定定度度是是指指在在规规定定的的时时间间间间隔隔内内，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。第51页，此课件共97页哦(5)频谱纯度频谱纯度频频谱谱纯纯度度：频频谱谱纯纯度度是是指指输输出出信信号号频频谱谱中中包包含含其其他他频频率成分的的多少率成分的的多少。影影响响频频率率合合成成器器频频谱谱纯纯度度的的因因素素主主要要有有两两个个，一一是是相相位噪声，二是寄生干扰。位噪声

44、，二是寄生干扰。相相位位噪噪声声是是瞬瞬间间频频率率稳稳定定度度的的频频域域表表示示，在在频频谱谱上上呈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。第52页，此课件共97页哦二、频率合成器的类型频频率率合合成成器器可可分分三三类类：直直接接式式频频率率合合成成器器，间间接接式式（或或锁锁相相）频频率率合合成成器器和和直直接接式式数数字字频频率率合合成成器器。下下面面分别介绍。分别介绍。1直接式频率合成器（直接式频率合成器（DS）特特点点：直直接接式式频频率率合合成成器器是是最最先先出出现现的的一一种种合合成成器器类类型型的的频频率率信信号号源源。这这种种频频

45、率率合合成成器器原原理理简简单单，易易于于实实现。现。优优点点：分分辨辨率率高高(10-2)、频频率率转转换换时时间间快快(100s)、工作工作稳稳定可靠、定可靠、输输出信号出信号频谱纯频谱纯度高。度高。不足：不足：体体积积大、笨重、成本高。大、笨重、成本高。第53页，此课件共97页哦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间接接式式频频率率合合成成器器又又称称为为锁锁相相频频率率合合成成器器。锁锁相相频频率率合合成成器器是是目目前前应应用用最最广广的的频频率率合合成成器器，也也是是本本节节主主要要介绍的内容。介绍的内容。直直接接式式频频率率合合成成器器中中所

46、所固固有有的的那那些些缺缺点点，如如体体积积大大、成成本本高高、输输出出端端出出现现寄寄生生频频率率等等，在在锁锁相相频频率率合合成成器器中中就就大大大大减减少少了了。此此处处只只介介绍绍基基本本原原理理及及特特点点，具具体体实实现现电路见后面。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。第54页，此课件共97页哦图10-32基本锁相频率合成器第55页，此课件共97页哦当锁相环锁定后，相位检波器两输入端的频率是相同的，即：当锁相环锁定后，相位检波器两输入端的频率是相同的，即：VCO输出频率输出频率fo经经N分频得到：分频得到：所以输出

47、频率是参考频率所以输出频率是参考频率fr的整数倍的整数倍，即这样，通通过过编编程程改改变变分分频频比比N，即即可可以以参参考考频频率率作作为为频频率率最最小小增增量量（分分辨辨率率）来来改改变变输输出出信信号号频频率率。即即输输出出信信号号频频率率是是参参考考信信号号频频率的整数倍。率的整数倍。第56页，此课件共97页哦(2)不足不足A、转换时间较长，且不易精确得到。、转换时间较长，且不易精确得到。转转换换时时间间取取决决于于锁锁相相环环的的非非线线性性性性能能，精精确确的的表表达达式式目前还难以导出，工程上常用的经验公式为目前还难以导出，工程上常用的经验公式为转转换换时时间间大大约约等等于于

48、25个个参参考考频频率率的的周周期期。分分辨辨率率与与转转换换时时间间成成反反比比。例例如如fr=10Hz，则则fs=2.5s，这这显显然然难难以以满满足足系统的要求。系统的要求。第57页，此课件共97页哦B、输出频率不高、输出频率不高由由于于输输出出信信号号直直接接加加到到可可变变分分频频器器上上，因因而而受受可可变变分频器的最高工作频率的限制，故其输出频率不高。分频器的最高工作频率的限制，故其输出频率不高。提高输出信号频率的措施：提高输出信号频率的措施：固固定定分分频频器器的的工工作作频频率率明明显显高高于于可可变变分分频频比比，超超高高速器件的上限频率可达千兆赫兹以上。速器件的上限频率可

49、达千兆赫兹以上。u若若在在可可变变分分频频器器之之前前串串接接一一固固定定分分频频器器的的前前置置分分频频器器，则则可可大大大大提提高高VCO的的工工作作频频率率，如如图图10-33所所示示。前置分频器的分频比为前置分频器的分频比为M，则可得：，则可得：第58页，此课件共97页哦图10-33有前置分频器的锁相频率合成器第59页，此课件共97页哦3直接数字式频率合成器（直接数字式频率合成器（DDS）直直接接数数字字式式频频率率合合成成器器是是近近年年来来发发展展非非常常迅迅速速的的一一种种器器件件，它它采采用用全全数数字字技技术术，具具有有分分辨辨率率高高、频频率率转转换换时时间间短短、相位噪声

50、低等特点，并具有很强的调制功能和其它功能相位噪声低等特点，并具有很强的调制功能和其它功能。(1)基本思想：基本思想：当当最最低低有有效效位位为为1加加到到相相位位累累加加器器时时，产产生生最最低低的的频频率率，在在时时钟钟fc的的作作用用下下，经经过过了了N位位累累加加器器的的2N个个状状态态，输输出出频频率率为为fc/2N。加任意的。加任意的M值到累加器，则值到累加器，则DDS的输出频率为：的输出频率为：（10-74）第60页，此课件共97页哦图8-35DDS的组成框图第61页，此课件共97页哦(2)DDS有如下特点有如下特点:1）频频率率转转换换时时间间短短，可可达达毫毫微微秒秒级级，这这