高频高频 电子电路详细解释chap10.ppt

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1、第十章第十章l反馈控制电路反馈控制电路补充：补充：反馈的基本概念反馈的基本概念 将将电电子子系系统统的的输输出出量量（输输出出电电压压或或输输出出电电流流），通通过过一一定定的的电电路路形形式式，部部分分或或全全部部作作用用到到输输入入回回路路，以以影影响响其其输输入入量量（输入电压或输入电流）的过程，称之为（输入电压或输入电流）的过程，称之为反馈。反馈。h hfefei ib bi ic cv vceceI Ib bv vbebeh hrerev vceceh hieieh hoeoe内部反馈内部反馈外部反馈外部反馈（1 1）什么是反馈？）什么是反馈？（2 2）反馈放大电路的一般框图）反馈放

2、大电路的一般框图（3 3）反馈的基本类型）反馈的基本类型正反馈、负反馈正反馈、负反馈交流反馈、直流反馈交流反馈、直流反馈外部反馈、内部反馈外部反馈、内部反馈图中，图中，和和分别为反馈控制电路的输入量和输出分别为反馈控制电路的输入量和输出量，它们之间的关系是根据使用要求予以设定的，设量，它们之间的关系是根据使用要求予以设定的，设为为 各种反馈控制电路各种反馈控制电路，就其作用原理而言，都，就其作用原理而言，都可看可看作作自动调节系统自动调节系统，它由，它由反馈控制电路反馈控制电路(器器)和和受控（控制）对象受控（控制）对象两部分组成两部分组成。第一节第一节 概述概述l高频振荡高频振荡信号的参数信

3、号的参数：振幅、频率和相位。振幅、频率和相位。l对这三个参数分别进行控制，即对这三个参数分别进行控制，即自动振幅（增益）控制、自动振幅（增益）控制、自动频率控制自动频率控制和和自动相位控制。自动相位控制。lAGCAGC，AFCAFC和和APCAPC。l反馈控制电路组成：反馈控制电路组成：被控对象和反馈控制器。被控对象和反馈控制器。l自动增益控制（自动增益控制（AGCAGC，Automatic Gain ControlAutomatic Gain Control）电路：电路：在输入信号在输入信号幅度变化很大幅度变化很大的情况下，使输出信的情况下，使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变化的一种自

4、动控号幅度保持恒定或仅在较小范围内变化的一种自动控制电路。制电路。VCO(VCO(压控振荡器压控振荡器)的输出电压的频率受输入电压的输出电压的频率受输入电压控制控制l自动频率控制电路（自动频率控制电路（AFCAFC）:一种一种频率反馈控制频率反馈控制系统系统。控制的是信号的频率。控制的是信号的频率。特点：特点：误差信号误差信号是频率，所以是频率，所以稳定时有频差。稳定时有频差。l自动相位控制自动相位控制(APC)是一种是一种相位反馈控制系统。相位反馈控制系统。将将参考信号参考信号与与输出信号输出信号间的间的相位相位进行比较，产生相位误差进行比较，产生相位误差电压来调整输出信号的相位，电压来调整

5、输出信号的相位，以达到与参考信号同频的目以达到与参考信号同频的目的。的。l特点：特点：锁相环路控制的是锁相环路控制的是信号的相位信号的相位，即误差信号是，即误差信号是相位，所以相位，所以稳定时只有相差。稳定时只有相差。l锁锁相相环环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，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，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，但但频频率率误误差差可可以以降降低到零。低到零。lAutomatic Phase ControlAutomatic Phase Contro

6、l，APCAPCl锁相环路锁相环路(Phase Locked Loop(Phase Locked Loop，PLLPLL)l相位负反馈控制系统相位负反馈控制系统l第二节第二节自动相位控制（锁相环路自动相位控制（锁相环路PLLPLL）lPLLPLL构成构成l鉴相器鉴相器(Phase Detector，PD)l环路滤波器环路滤波器(Loop Filter，LF)l压控振荡器压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator，VCO)l锁相环的基本原理锁相环的基本原理压控振荡器受环路滤波器输出电压控制，其输出信压控振荡器受环路滤波器输出电压控制，其输出信号的振荡频率将发生变化，并

7、反馈到鉴相器。最后号的振荡频率将发生变化，并反馈到鉴相器。最后达到相位锁定的稳定状态。达到相位锁定的稳定状态。鉴相器及其相位模型鉴相器及其相位模型l鉴相器鉴相器即相位比较器。即相位比较器。l比较比较输入信号的相位输入信号的相位和和VCOVCO输出信号的相位输出信号的相位，其，其输出输出电压电压与与相位差相位差成成正比正比l鉴相器输入信号鉴相器输入信号乘法器输出乘法器输出通过环路滤波器滤除高频分量通过环路滤波器滤除高频分量鉴相器的数学模型鉴相器的数学模型l鉴相器特性鉴相器特性曲线曲线压控振荡器及其数学模型压控振荡器及其数学模型电压电压-频率变换器频率变换器（有线性控制特性的调频振荡器有线性控制特

8、性的调频振荡器）在外加在外加控制电压控制电压的作用下，输出信号频率按一定规律变化的振的作用下，输出信号频率按一定规律变化的振荡电路。采用荡电路。采用压控元件压控元件作为作为频率控制元件频率控制元件。作用作用使振荡频率向输入信号的频率靠拢，直至两者的频率使振荡频率向输入信号的频率靠拢，直至两者的频率相同，使相同，使VCOVCO输出信号的相位和输入信号的相位保持某种关系，输出信号的相位和输入信号的相位保持某种关系，达到相位锁定的目的。达到相位锁定的目的。特性特性在锁相环路中，压控振荡器的输出对鉴相器起作在锁相环路中，压控振荡器的输出对鉴相器起作用的不是瞬时角频率而是它的用的不是瞬时角频率而是它的瞬

9、时相位。瞬时相位。VCOVCO的数学模型的数学模型lVCOVCO频率特性频率特性环路滤波器（低通滤波器）环路滤波器（低通滤波器）lRCRC滤波器滤波器l无源比例滤波器无源比例滤波器l有源比例滤波器有源比例滤波器1 1、环路的锁定、环路的锁定没有输入信号时没有输入信号时，VCOVCO以自由振荡频率以自由振荡频率 o o振荡。振荡。有输入信号有输入信号u ui i(t t)时时，刚开始刚开始 i i o o。当某时刻，当某时刻，i i 和和 o o 接接近到一定程度时，鉴相器输出一误差电压，经环路滤波器变近到一定程度时，鉴相器输出一误差电压，经环路滤波器变换后控制换后控制VCOVCO的频率，使其输

10、出频率变化到的频率，使其输出频率变化到 i i ，且两信号的，且两信号的相位误差为相位误差为 （常数），这时环路（常数），这时环路锁定锁定。环路的锁定与跟踪环路的锁定与跟踪3 3、环路的跟踪、环路的跟踪环路锁定后，当输入基准信号的频率或相位发生某种变化时，环路锁定后，当输入基准信号的频率或相位发生某种变化时，由于环路的反馈控制作用，压控振荡器的频率和相位将随输入由于环路的反馈控制作用，压控振荡器的频率和相位将随输入信号的变化而变化，使压控振荡器的频率与输入信号信号的变化而变化，使压控振荡器的频率与输入信号频率相同频率相同且相位差固定且相位差固定为为。2 2、环路的捕捉、环路的捕捉从信号的加入到

11、环路锁定以前，称环路的捕捉过程。从信号的加入到环路锁定以前，称环路的捕捉过程。捕捉带捕捉带(p p)环路由失锁进入锁定所允许信号频率偏离环路由失锁进入锁定所允许信号频率偏离 r r的最的最大值。大值。能够维持环路锁定所允许的最大固有频差能够维持环路锁定所允许的最大固有频差|i i|，称为锁，称为锁相环路的相环路的跟踪带跟踪带或或同步带同步带。跟踪带（同步带）跟踪带（同步带）捕捉过程捕捉过程环路由失锁进入锁定的过程环路由失锁进入锁定的过程 i i 较小较小u ud d(t t)能顺利通过能顺利通过LFLF得到得到u uC C(t t)控制控制VCOVCO环路锁定环路锁定 i i较大较大 u ud

12、 d(t t)通过通过LFLF有较大衰减有较大衰减 u uC C(t t)较小较小经频率牵引过程时间经频率牵引过程时间长长环路锁定环路锁定 i i很大很大 u ud d(t t)不能通过不能通过LFLF产生产生u uC C(t t)VCO)VCO不受控不受控环路失锁环路失锁锁相环性能特点锁相环性能特点（1 1）环路在锁定状态下无剩余频差环路在锁定状态下无剩余频差（2 2）锁相环有良好的窄带特性锁相环有良好的窄带特性 锁相环具有窄带特性，锁相环具有窄带特性，当压控振荡器频率锁定在当压控振荡器频率锁定在输入频率上时，仅位于输入信号频率附近的干扰成分输入频率上时，仅位于输入信号频率附近的干扰成分能以

13、低频干扰的形式进入环路，而绝大多数的干扰会能以低频干扰的形式进入环路，而绝大多数的干扰会受到环路低通滤波器的抑制受到环路低通滤波器的抑制。（3 3）良好的跟踪特性良好的跟踪特性 VCOVCO的输出频率可以跟踪输入信号的变化，表现的输出频率可以跟踪输入信号的变化，表现出良好的跟踪特性出良好的跟踪特性。l锁相倍频电路锁相倍频电路l锁相环路应用：锁相环路应用：锁相倍频、分频与混频锁相倍频、分频与混频锁相分频电路锁相分频电路锁相混频电路锁相混频电路l例例 现有两个频率各为现有两个频率各为10 MHz10 MHz和和1000Hz1000Hz的标准信号，的标准信号，需要得到一个频率为需要得到一个频率为10

14、.001 MHz10.001 MHz的信号，应如何实现的信号，应如何实现?l这个问题好像采用一般的混频器就可实现。但是，混频这个问题好像采用一般的混频器就可实现。但是，混频器除了能产生和频之外，还有差频，即有器除了能产生和频之外，还有差频，即有10.001 MHz10.001 MHz和和9.999 MHz9.999 MHz的两个频率。要求取出的两个频率。要求取出10.001 MHz10.001 MHz的的信号并滤去信号并滤去9.999 MHz9.999 MHz的信号，对滤波器的相对的信号，对滤波器的相对通频通频带带和和矩形系数矩形系数的要求太苛刻，非常难于实现。的要求太苛刻，非常难于实现。l若

15、采用锁相混频电路则可以实现。将若采用锁相混频电路则可以实现。将10 M Hz10 M Hz的信号送的信号送给混频器，相当于图中的给混频器，相当于图中的u2，而，而1KHz1KHz的信号送给鉴相器的信号送给鉴相器相当于相当于u1。因为需要取。因为需要取 f2+fl ，故压控振荡器无控制电，故压控振荡器无控制电压时的固有振荡频率必须大于压时的固有振荡频率必须大于f2，即，即f0 f2。l当两个频率相差很大的信号进行混频时，用普通混频器当两个频率相差很大的信号进行混频时，用普通混频器取出其中任何一个分量都十分困难。而用锁相混频电路取出其中任何一个分量都十分困难。而用锁相混频电路却较易于实现。特别是需

16、要输出信号的角频率能跟踪输却较易于实现。特别是需要输出信号的角频率能跟踪输人信号的角频率的变化时。锁相混频电路在人信号的角频率的变化时。锁相混频电路在频率合成频率合成和和锁相接收机锁相接收机中得到广泛应用。中得到广泛应用。一、在调制解调技术中的应用一、在调制解调技术中的应用1 1、锁相调频电路、锁相调频电路2 2、锁相鉴频电路、锁相鉴频电路二、在空间技术上的应用二、在空间技术上的应用窄带跟踪滤波器窄带跟踪滤波器锁相接收机锁相接收机第三节第三节 频率合成器频率合成器 频率合成器是利用一个频率合成器是利用一个(或几个或几个)晶体振荡器晶体振荡器产生一系列产生一系列(或若干个或若干个)标准频率信号标

17、准频率信号的装备。的装备。（1 1）工作频率范围）工作频率范围 （2 2）频率间隔）频率间隔（3 3）频率转换时间）频率转换时间 （4 4）频率稳定度与准确度）频率稳定度与准确度（5 5）频谱纯度）频谱纯度频率合成的方法：频率合成的方法：直接合成法与间接合成法。直接合成法与间接合成法。l主要技术指标主要技术指标l直接频率合成器直接频率合成器目前最广泛应用的是数字锁相频率合成器目前最广泛应用的是数字锁相频率合成器一、单环频率合成器一、单环频率合成器1.1.基本单环频率合成器基本单环频率合成器l压控振荡器的输出信号先通过分频器进行压控振荡器的输出信号先通过分频器进行N N次分频次分频后再送给鉴相器

18、与参考信号进行后再送给鉴相器与参考信号进行比较，当环路锁定后，输出频率比较，当环路锁定后，输出频率f f0 0=NfNfi i分频器分频器2.2.带高速前置分频器的锁相频率合成器带高速前置分频器的锁相频率合成器l采用在分频器前增加高速前置分频器采用在分频器前增加高速前置分频器MM(固定固定)，如图所示，如图所示，其输出频率为其输出频率为fo=MNfl了解反馈控制电路的原理和结构：了解反馈控制电路的原理和结构：了解了解AGCAGC、AFCAFC、APCAPC的含义。的含义。l掌握锁相环的原理，理解其特点：掌握锁相环的原理，理解其特点：有相位误有相位误差，无频率误差。差，无频率误差。l掌握锁相环的电路结构：掌握锁相环的电路结构：会画方框图，知道会画方框图，知道每一部分的功能。每一部分的功能。l本章总结本章总结l掌握锁相倍频、分频、混频电路的计算掌握锁相倍频、分频、混频电路的计算l掌握锁相调频电路、锁相调频解调电路的原掌握锁相调频电路、锁相调频解调电路的原理：理：锁相调频电路中调频信号从压控振荡器锁相调频电路中调频信号从压控振荡器端输出端输出；端输出端输出；锁相调频解调电路中解调信锁相调频解调电路中解调信号从环路滤波器的输出端输出。号从环路滤波器的输出端输出。