反馈控制电路r.pdf
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1、根据需要控制的参量不同,反馈控制电路有:简称 APC,用于锁定相位,故又称锁相环路,简称PLL。简称 AFC,用于维持工作频率稳定。又称自动电平控制电路,简称AGC,用于控制输出信号大小。引言7.1 自动增益控制电路主要要求:了解自动增益控制电路的组成、工作原理和应用。了解常用增益控制电路。7.1.1 自动增益控制电路的作用作用:通过闭合环路的反馈控制作用,可使输入信号ui 幅度增大或减小时,输出信号幅度保持恒定或仅在很小的范围内变化一、AGC 的组成、工作原理与作用具有简单 AGC 的调幅接收机框图反馈控制器LPF 简单 AGC 缺点:只要有输入信号,AGC 就起控制作用,对接收弱信号不利。
2、二、AGC 的应用是高性能接收机的重要辅助电路具有延迟式AGC 的调幅接收机框图当 AGC 检波器输入信号幅度小于UR 时,AGC 检波器不工作,AGC 电压为零,AGC 不起控制作用。当 AGC 检波器输入信号幅度大于UR 时,AGC 电路才起控制作用。7.1.2 增益控制电路1.控制晶体管发射极电流实现增益控制AGC 放大电路Au gmgm IE/UT 当信号电压,使-UC,则 IE,gm,Au 通常将控制电压加至基极或发射极2.差分放大器增益控制电路通过改变对管的电流分配比、负反馈深度、恒流源电流等来实现对增益的控制。ic1=ic2+ic3 Ui 一定时,则ic1 一定。若 Uc,则ic
3、2ic3输出电压,Au。利用 Uc 控制 ic2 和 ic3 的分配比来实现增益控制7.2 自动频率控制电路主要要求:了解自动频率控制电路的组成、工作原理和应用。7.2.1 工作原理当fr=fo 时,uD(t)=0,fo 不变当 fr fo 时,uD(t)正比于(fo fr),得 uc(t)控制fo 向 fr 接近有剩余频差是AFC 的缺点。鉴频特性和压控振荡器压控特性的灵敏度越大,则 f 越小。经若干调节周期,环路最后锁定在fo=fr+f 这个 f 称为剩余频率误差,简称剩余频差。7.2.2 应用举例广泛用作接收机和发射机中的自动频率微调电路比之普通调幅接收机多了限幅鉴频器、低通滤波和放大电
4、路等,并将本机振荡器改为VCO。AFC 保证了混频器输出频率接近fI,从而提高接收机灵敏度和选择性。具有 AFC 的调幅接收机框图具有 AFC 的调频发射机框图鉴频器的中心频率调整在(fr fc)上。当调频振荡器的中心频率发生漂移时,混频器输出的频差也跟随变化,使鉴频器输出电压发生变化,经窄带LPF 滤除调制频率分量后,将反映调频波中心频率漂移的缓变电压,加至调频振荡器上,调节其振荡频率使其中心频率漂移减小。由于fr 稳定度很高,因此可提高中心频率稳定度。7.3 锁相环路(PLL)主要要求:掌握 PLL 的作用、基本组成和工作原理了解 PLL 的数学模型了解 PLL 的捕捉与跟踪了解集成 PL
5、L 及其应用7.3.1 锁相环路基本原理鉴相器(PD):用以比较ui、uo 相位,输出反映相位误差的电压 uD(t)。环路滤波器(LF):用以滤除误差信号中的高频分量和噪声,提高系统稳定性。压控振荡器(VCO):在 uC(t)控制下输出相应频率fo。两个正弦信号的频率和相位之间的关系若能保证两个信号之间的相位差恒定,则这两个信号的频率必相等。若 wi wo,则 ui(t)和 uo(t)之间产生相位变化,鉴相器输出误差电压uD(t),它与瞬时误差相位成正比,经过环路滤波,滤除了高频分量和噪声而取出缓慢变化的电压uc(t),控制 VCO 的角频率wo,去接近 wi。最终使wi=wo,相位误差为常数
6、,环路锁定,这时的相位误差称为剩余相位误差或稳态相位误差。7.3.2 锁相环路的数学模型一、鉴相器(PD)设压控振荡器的输出电压为 o0 是压控振荡器未加控制电压时固有振荡角频率;o(t)是以 o0 为参考的瞬时相位。环路输入电压ui(t)为文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3
7、A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y
8、1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W
9、1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D
10、1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A
11、5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C
12、3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:
13、CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3其相位可改写为则 ui(t)与 uo(t)之间的瞬时相位差为以 o0 为参考的输入信号瞬时相位。设鉴相器具有正弦鉴相特性,则二、压控振荡器(VCO)在 uc=0 附近,控制特性近似线性:以 o0 为参考的瞬时相位o(t)为可见压控振荡器是一个理想的积分器将积分符号用微分算子p=d/dt 的 倒数表示,则得VCO 的控制特性VCO 的相位模型三、环路滤波器(LF)图(b)电路的传递函数为将 AF(s)中的复频率s 用微分算子p 替换,可得四、PLL 的相位模型和基本方程环路的基本方程式为两边对 t 求导数并移项,得锁相环路
14、相位模型称瞬时角频差,表示VCO 角频率 o 偏离输入角频率i 的数值称控制角频差,表示压控振荡器在uc(t)=AdAF(p)sine(t)的作用下,产生振荡角频率o 偏离 o0 的数值。可见:锁相环路闭合后的任何时刻,瞬时角频差e(t)与控制角频差 o(t)之和恒等于输入固有角频差i(t)若输入固有角频差i(t)=i 为常数,即 ui(t)为恒定频率的输入信号,则在环路进入锁定过程中,瞬时角频差e(t)不断减小,而控制角频差o(t)不断增大,两者之和恒等于 i,直到瞬时角频差减小到零,控制角频差增大到i,压控振荡器的振荡角频率o等于输入信号角频率i 时,环路进入锁定。环路锁定时的相位误差e(
15、t)是一个固定值,用e 表示,称为剩余相位误差或稳态相位误差。正是这个稳态相位误差,才使鉴相器输出一个直流电压,控制压控振荡器的振荡角频率,使之等于输入信号角频率。环路锁定时,i 增大,e 也相应增大。说明 i 越大,将VCO 振荡角频率调整到等于输入信号角频率所需的控制电压越大,因而产生这个控制电压的e 也就越大。但 i 过大,环路将无法锁定,此时环路将不存在使它锁定的e 。7.3.3 锁相环路捕捉与跟踪由失锁进入锁定的过程称为捕捉过程。能够由失锁进入锁定的最大输入固有频差称为环路捕捉带,用 p 表示。若环路初始状态是锁定的,因某种原因使频率发生变化,环路通过自身的调节来维持锁定的过程称为跟
16、踪过程。能够保持跟踪的输入信号频率与压控振荡器频率最大频差范围称为同步带(又称跟踪带),用 H 表示。捕捉过程:失锁锁定跟踪过程:锁定维持锁定当 wi 从低频至高频缓慢变化时wi 文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3
17、文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:C
18、E10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A
19、4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1
20、 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1
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22、 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5
23、P4E7C3失锁锁定wb 失锁当 wi 从高频至低频缓慢变化时wc 锁定wd 捕捉带同步带wPwH通常捕捉带小于同步带7.3.4 集成锁相环路一、通用型单片集成锁相环路L562 工作频率达30MHz L562 内部 VCO 采用射极耦合多谐振荡器电路振荡频率为设起始时V1 导通、V2 截止,则VCC 通过 V3、V1 向 C 充电,充电电流为I02。由于V1 导通时 UE1 VCC UBE(on),故C 充电使 UE2 下降,当其下降到(VCC UDUBE(on))时,V2 导通,使 UC2 由 VCC下降为(VCC UD),致使 V1 截止,VCC 通过 V4、V2 向 C 反向充电,充电电
24、流为 I01,使 UE1 下降,直到引起V1 重新导通、V2 又截止。如此循环二、CMOS 锁相环路CD4046 为数字 PLL。内有两个PD、VCO、缓冲放大器、输入信号放大与整形电路、内部稳压器等。具有电源电压范围宽、功耗低、输入阻抗高等优点。工作频率达1MHz 内部 VCO 产生 50%占空比的方波。输出电平可与TTL 电平或 CMOS 电平兼容。具有相位锁定状态指示PD由异或门构成,具有三角形鉴相特性。它要求两个输入信号均为50%占空比的方波。当无输入信号时,其输出电压为VDD/2,用以确定VCO 的自由振荡频率。信号输入端:允许输入0.1V 左右的小信号或方波,经 A1 放大和整形,
25、提供满足 PD 要求的方波。PD采用数字式鉴频鉴相器,输入信号只在上。升沿起作用,故该PD 能处理非常窄的脉冲。便于快速锁定。通常输入信噪比以及固有频差较小时采用PD,输入信噪比较高或固有频差较大时,采用PD。R1、R2、C 确定 VCO 频率范围。R1 控制最高频率,R2 控制最低频率。R2=时,最低频率为零。无输入信号时,PD 将 VCO 调整到最低频率接低电平时才允许VCO 工作7.3.5 锁相环路的应用文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10J3A4O10Y1 HF8W1G2N3D1 ZJ1A5P4E7C3文档编码:CE10
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