第6章 反馈控制电路优秀课件.ppt

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1、第6章 反馈控制电路第1页，本讲稿共76页6.1 概述概述在现代通信系统和电子设备中，为了提高它们的技术在现代通信系统和电子设备中，为了提高它们的技术性能指标，或者实现某些特定的要求，广泛地采用各性能指标，或者实现某些特定的要求，广泛地采用各种反馈控制电路。种反馈控制电路。众所周知，负反馈放大器就是反馈控制电路的典型实众所周知，负反馈放大器就是反馈控制电路的典型实例。由图例。由图6.1-1的负反馈放大器的方框图可以看出放的负反馈放大器的方框图可以看出放大器的输出信号通过负反馈网络反馈到其输入端，与大器的输出信号通过负反馈网络反馈到其输入端，与输入信号相减，这时，放大器的净输入信号为原输入输入信

2、号相减，这时，放大器的净输入信号为原输入信号与反馈信号之差。显然，当输出电压增大，则反信号与反馈信号之差。显然，当输出电压增大，则反馈电压也增大，反馈信号与插入信号相减后，使实际馈电压也增大，反馈信号与插入信号相减后，使实际输入信号减小，从而减小了放大器的输出电压，使输输入信号减小，从而减小了放大器的输出电压，使输出电压幅度保持不变，进而提高了电路的稳定性。出电压幅度保持不变，进而提高了电路的稳定性。第2页，本讲稿共76页图图6.1-1 负反馈放大器负反馈放大器第3页，本讲稿共76页可见，反馈控制电路的作用是利用反馈信号与原输入可见，反馈控制电路的作用是利用反馈信号与原输入信号进行比较，进而输

3、出一个比较信号对系统的某些信号进行比较，进而输出一个比较信号对系统的某些参数进行修正，从而提高系统的性能，利用负反馈改参数进行修正，从而提高系统的性能，利用负反馈改善放大器的性能，带来的好处是众所周知的。例如，善放大器的性能，带来的好处是众所周知的。例如，一个串联电压负反馈放大器可以使放大器电压增益稳一个串联电压负反馈放大器可以使放大器电压增益稳定，通频带展宽，非线性失真减小等。定，通频带展宽，非线性失真减小等。一般来说，反馈控制系统通常由一般来说，反馈控制系统通常由四部分四部分组成，即组成，即比比较器较器，控制信号发生器控制信号发生器，可控器件可控器件和和反馈网络反馈网络。其组。其组成框图如

4、图成框图如图6.1-2所示。所示。第4页，本讲稿共76页图图6.1-2反馈控制系统的组成反馈控制系统的组成第5页，本讲稿共76页 比较器的作用比较器的作用 是将输入信号与反馈信号进行比较，是将输入信号与反馈信号进行比较，输出一个误差信号，然后送入控制信号发生器产生一个控输出一个误差信号，然后送入控制信号发生器产生一个控制信号制信号，由控制信号对受控件的某一特性进行控制，反馈，由控制信号对受控件的某一特性进行控制，反馈网络的作用是从受控信号中提取进行比较的分量并送比较网络的作用是从受控信号中提取进行比较的分量并送比较器。器。整个反馈控制系统是一个闭环系统，通过不断地反馈、整个反馈控制系统是一个闭

5、环系统，通过不断地反馈、比较、输出控制信号，从而对受控器件的特性进行修正，比较、输出控制信号，从而对受控器件的特性进行修正，使系统具有优良性能和达到稳定状态。使系统具有优良性能和达到稳定状态。第6页，本讲稿共76页 如果系统中需要比较的参量是电压或电流，则称如果系统中需要比较的参量是电压或电流，则称之为之为自动增益控制电路自动增益控制电路；如果比较的参量为频率，则称之为如果比较的参量为频率，则称之为自动频率控制自动频率控制电路电路；如果比较的参量是相位，则称之为如果比较的参量是相位，则称之为自动相位控制自动相位控制电路电路，又称为，又称为锁相环路锁相环路，它是应用最广泛的一种反馈，它是应用最广

6、泛的一种反馈控制电路。控制电路。第7页，本讲稿共76页 自动增益控制电路自动增益控制电路(AGC电路电路)是接收机的重要辅助是接收机的重要辅助电路之一。因此也称自动电平控制电路之一。因此也称自动电平控制(ALC)电路。电路。主要功能：主要功能：是根据输入信号电平的大小，调整接收机的增是根据输入信号电平的大小，调整接收机的增 益，从而使输出信号电平保持稳定。益，从而使输出信号电平保持稳定。主要要求：主要要求：控制范围要宽，信号失真要小，要有适当的响应控制范围要宽，信号失真要小，要有适当的响应时间，同时，不影响接收机的噪声性能。时间，同时，不影响接收机的噪声性能。6.2 自动增益控制电路自动增益控

7、制电路第8页，本讲稿共76页对于从对于从AGC系统来说，一方面希望输出信号电平的变系统来说，一方面希望输出信号电平的变化愈小愈好，另一方面则希望输入信号电平的变化范化愈小愈好，另一方面则希望输入信号电平的变化范围愈大愈好。在给定输出电平变化范围内，允许输入围愈大愈好。在给定输出电平变化范围内，允许输入信号电平的变化范围愈大，就意味着信号电平的变化范围愈大，就意味着AGC电路的控制电路的控制范围愈宽。范围愈宽。要想扩大要想扩大AGC电路的控制范围，就要增大电路的控制范围，就要增大AGC电路电路的增益控制倍数，也就是要求的增益控制倍数，也就是要求AGC电路有较大的增益电路有较大的增益变化范围。变化

8、范围。第9页，本讲稿共76页适当的响应时间是适当的响应时间是AGC电路应考虑的主要要求之一。电路应考虑的主要要求之一。AGC电路是用来对信号电平变化进行控制的。因此，电路是用来对信号电平变化进行控制的。因此，要求要求AGC电路的动作要跟得上电平变化的速度。响电路的动作要跟得上电平变化的速度。响应时间短，自然能迅速跟上输入信号电平的变化。但应时间短，自然能迅速跟上输入信号电平的变化。但是响应时间过短，是响应时间过短，AGC电路将随着信号的内容而变电路将随着信号的内容而变化，这对有用信号产生反调制作用，导致信号失真。化，这对有用信号产生反调制作用，导致信号失真。因此，要根据信号的性质和需要，设计适

9、当的响应时因此，要根据信号的性质和需要，设计适当的响应时间。间。第10页，本讲稿共76页6.2.1 AGC电路的组成、工作原理和性能分析电路的组成、工作原理和性能分析从从AGC电路的组成如图电路的组成如图6.2-1所示。它包含有可所示。它包含有可控增益电路、电平检测电路、滤波器、比较器和控增益电路、电平检测电路、滤波器、比较器和控制信号产生器。控制信号产生器。图图6.2-1 AGC电路的组成电路的组成第11页，本讲稿共76页1电平检测电路电平检测电路 电平检测电路的功能就是检测输出信号的电平值。电平检测电路的功能就是检测输出信号的电平值。如果其输入信号的电平不变，那么电平检测电路的输出如果其输

10、入信号的电平不变，那么电平检测电路的输出信号就是一个脉动电流。一般情况下，电平信号的变化频信号就是一个脉动电流。一般情况下，电平信号的变化频率较低，如几赫兹左右。率较低，如几赫兹左右。通常电平检测电路是由检波器担任，其输出与输入信号通常电平检测电路是由检波器担任，其输出与输入信号电平成线性关系，即电平成线性关系，即第12页，本讲稿共76页2滤波器滤波器 对于以不同频率变化的电平信号，滤波器特有不同的对于以不同频率变化的电平信号，滤波器特有不同的传输特性。因此可以控制传输特性。因此可以控制AGC电路的响应时间。也就是电路的响应时间。也就是决定当输入电平以不同的频率变化时输出电平将怎样变决定当输入

11、电平以不同的频率变化时输出电平将怎样变化。常用的是单节化。常用的是单节RC积分电路。如图积分电路。如图6.2-2所示。所示。图图6.2-2 单节单节RC积分电路积分电路它的传输特性为它的传输特性为第13页，本讲稿共76页3比较器比较器 将给定的基准电平将给定的基准电平 与滤波器输出的与滤波器输出的 进行比较，输进行比较，输出误差信号为出误差信号为 。通常。通常 与与 成正比，所以，比较成正比，所以，比较器特性的复频域表示式为器特性的复频域表示式为其中，其中，为一比例常数。为一比例常数。第14页，本讲稿共76页4控制信号产生器控制信号产生器 控制信号产生器的功能是将误差信号变换为适于控制信号产生

12、器的功能是将误差信号变换为适于可变增益电路需要的控制信号。可变增益电路需要的控制信号。这种变换通常是幅度的放大或极性的变换。有的这种变换通常是幅度的放大或极性的变换。有的还设置一个初始值，以保证输入信号小于某一电平时，还设置一个初始值，以保证输入信号小于某一电平时，保持放大器的增益最大。因此，它的特性的复频域表保持放大器的增益最大。因此，它的特性的复频域表示式为示式为其中，其中，为比例常数。为比例常数。第15页，本讲稿共76页5可控增益电路可控增益电路 可控增益电路能在控制电压作用下改变增益。要求这可控增益电路能在控制电压作用下改变增益。要求这个电路在增益变化时，不使信号产生线性或非线性失真。

13、个电路在增益变化时，不使信号产生线性或非线性失真。同时要求它的增益变化范围大，它将直接影响同时要求它的增益变化范围大，它将直接影响AGC系系统的增益控制倍数。所以，可控增益电路的性能对整个统的增益控制倍数。所以，可控增益电路的性能对整个AGC系统的技术指标影响是很大的。系统的技术指标影响是很大的。第16页，本讲稿共76页图图6.2-3 AGC电电路模型路模型第17页，本讲稿共76页6.2.2放大器的增益控制放大器的增益控制1可控增益电路可控增益电路 可控增益电路是在控制信号作用下改变增益，从而改变可控增益电路是在控制信号作用下改变增益，从而改变输出信号的电平，达到稳定输出电平的目的。这部分电路

14、输出信号的电平，达到稳定输出电平的目的。这部分电路通常是与整个系统共用的，并不是单独属于通常是与整个系统共用的，并不是单独属于AGC系统。系统。例如接收机的高、中频放大器，它既是接收机的信号通例如接收机的高、中频放大器，它既是接收机的信号通道，又是道，又是AGC系统的可控增益电路。要求可控增益电路只系统的可控增益电路。要求可控增益电路只改变增益而不致使信号失真。如果单级增益变化范围不能改变增益而不致使信号失真。如果单级增益变化范围不能满足要求时，还可采用多级控制的方法。满足要求时，还可采用多级控制的方法。第18页，本讲稿共76页控制放大器增益的方法主要有：控制放大器本身的某些参控制放大器增益的

15、方法主要有：控制放大器本身的某些参数和在放大器级间插入可控衰减器。数和在放大器级间插入可控衰减器。利用控制放大器本身的参数改变增益的方法有改变发射利用控制放大器本身的参数改变增益的方法有改变发射极电流，改变放大器负载，改变差分对电流分配比以及改极电流，改变放大器负载，改变差分对电流分配比以及改变负反馈等多种形式。变负反馈等多种形式。在放大器各级之间插入由二极管和电阻网络构成的电控在放大器各级之间插入由二极管和电阻网络构成的电控衰减器来控制增益，也是增益控制的一种较好的方法。衰减器来控制增益，也是增益控制的一种较好的方法。第19页，本讲稿共76页2AGC控制电压的产生控制电压的产生-电平检测电路

16、电平检测电路（1）平均值型）平均值型AGC电路电路平均值型平均值型AGC电路适应于被控信号中含有一个不随电路适应于被控信号中含有一个不随有用信号变化的平均值的情况。如调幅广播信号，有用信号变化的平均值的情况。如调幅广播信号，其平均值是未调载波的幅度。调幅接收机的自动增其平均值是未调载波的幅度。调幅接收机的自动增益控制广泛采用这种电路。益控制广泛采用这种电路。第20页，本讲稿共76页图图6.2-4 平均平均值值型型电电平平检测电检测电路路二极管二极管VD和和R1、R2、C1、C2构成一个检波器，中频输出构成一个检波器，中频输出信号信号Uo经检波后，除了得到音经检波后，除了得到音频信号之外，还有一

17、个平均直频信号之外，还有一个平均直流分量流分量Up，它的大小和中频载，它的大小和中频载波电平成正比，与信号的调幅波电平成正比，与信号的调幅度无关，这个电压就可以用做度无关，这个电压就可以用做AGC控制电压。控制电压。Rp、Cp组成组成一个低通滤波器。把检波后的一个低通滤波器。把检波后的音频分量滤掉，使控制电平音频分量滤掉，使控制电平Up，不受音频信号的影响。，不受音频信号的影响。第21页，本讲稿共76页正确选择低通滤波器的时间常数是设计正确选择低通滤波器的时间常数是设计AGC电路的重电路的重要任务之一。要任务之一。图6.2-5 的选择第22页，本讲稿共76页（2）峰值型）峰值型AGC电路电路

18、峰值型峰值型AGC电路适用于被控信号中含有一个不随电路适用于被控信号中含有一个不随有用信号变化的峰值的情况。有用信号变化的峰值的情况。如全电视信号，它的行同步脉冲的幅度是不变的，如全电视信号，它的行同步脉冲的幅度是不变的，与图像信号内容无关，且就是该信号的峰值。对全与图像信号内容无关，且就是该信号的峰值。对全电视信号进行峰值检波就能得到与信号电平成比例电视信号进行峰值检波就能得到与信号电平成比例的电平信号。的电平信号。第23页，本讲稿共76页图图6.2-6 选选通通型型AGC电电路路第24页，本讲稿共76页峰值型峰值型AGC电路具有一些优点，它比平均值型电路具有一些优点，它比平均值型AGC电电

19、路的输出电压要大得多，它具有较好的抗干扰能力，路的输出电压要大得多，它具有较好的抗干扰能力，幅度小于同步信号的干扰，对于幅度小于同步信号的干扰，对于AGC电路的工作没有电路的工作没有影响。但是如果干扰幅度大于同步信号，而且混入的影响。但是如果干扰幅度大于同步信号，而且混入的时间较长，那么，它对时间较长，那么，它对AGC电路就会产生危害，因此，电路就会产生危害，因此，这种电路的抗干扰性能还不够理想。这种电路的抗干扰性能还不够理想。第25页，本讲稿共76页（3）选通型）选通型AGC电路电路 选通型选通型AGC电路具有更强的抗干扰能力，多用于高质量电路具有更强的抗干扰能力，多用于高质量的电视接收机和

20、某些雷达接收机。它是只在反映信号电平的电视接收机和某些雷达接收机。它是只在反映信号电平的时间范围内对信号取样，然后利用这些取样值形成反映的时间范围内对信号取样，然后利用这些取样值形成反映信号的电平。这样，出现在取样时间范围外的干扰都不会信号的电平。这样，出现在取样时间范围外的干扰都不会对电平值产生影响，从而大大提高了电路的抗干扰能力。对电平值产生影响，从而大大提高了电路的抗干扰能力。使用这种方法的条件，首先是信号本身要周期性出现，使用这种方法的条件，首先是信号本身要周期性出现，在信号出现的时间内信号的幅度能反映信号的电平；其次在信号出现的时间内信号的幅度能反映信号的电平；其次是要提供与上述信号

21、出现时间相对应的选通信号，这个选是要提供与上述信号出现时间相对应的选通信号，这个选通信号可由通信号可由AGC系统内部产生，也可由外部提供系统内部产生，也可由外部提供。第26页，本讲稿共76页6.2.3 电路类型电路类型1简单简单AGC电路电路在简单在简单AGC电路里，电路里，参考电平为参考电平为0。这样，。这样，无论输入信号振幅无论输入信号振幅大小如何，大小如何，AGC的的作用都会使增益减作用都会使增益减小，从而使输出信小，从而使输出信号振幅减小。其输号振幅减小。其输出特性如图出特性如图6.2-7所所示。示。图图6.2-7 简单简单AGC的输入输出特性的输入输出特性第27页，本讲稿共76页 简

22、单简单AGC电路的优点是电路简单，在实用电路里不电路的优点是电路简单，在实用电路里不需要电压比较器；缺点是对微弱信号的接收很不利，需要电压比较器；缺点是对微弱信号的接收很不利，因为输入信号振幅很小时。放大器的增益仍会受到反因为输入信号振幅很小时。放大器的增益仍会受到反馈控制而有所减小，从而使接收灵敏度降低。所以，馈控制而有所减小，从而使接收灵敏度降低。所以，简单简单AGC电路适用于输入信号振幅较大的场合。电路适用于输入信号振幅较大的场合。第28页，本讲稿共76页2延迟延迟AGC电路电路 在延迟在延迟AGC电电路里有一个起路里有一个起控门限，即比控门限，即比较器参考电平，较器参考电平，它对应的输

23、入它对应的输入信号振幅即为信号振幅即为图图6.2-8中的中的 。图图6.2-8延迟延迟AGC电路的输入输出特性电路的输入输出特性第29页，本讲稿共76页3AGC电路举例电路举例 图图6.2-9是一种简单的延迟是一种简单的延迟AGC电路。电路有两个检波电路。电路有两个检波器，一个是信号检波器器，一个是信号检波器S，另一个是，另一个是AGC的电平检测电的电平检测电路路A。它们的主要区别在于后者的检波二极管。它们的主要区别在于后者的检波二极管VD2上加有上加有延迟电压延迟电压Vd。这样，只有当输出电压。这样，只有当输出电压Uo的幅度大于的幅度大于Vd时，时，VD2才开始检波，产生控制电压才开始检波，

24、产生控制电压up。与简单。与简单AGC不不同，延迟同，延迟AGC的电平检测电路不能和信号检波器共用一的电平检测电路不能和信号检波器共用一个二极管。因为检波器加上延迟电压个二极管。因为检波器加上延迟电压Vd之后，对于小于之后，对于小于 信号不能检测，而对大于信号不能检测，而对大于 的信号将产生较大的非线的信号将产生较大的非线性失真。性失真。第30页，本讲稿共76页图图6.2-9 延延迟迟AGC电电路路第31页，本讲稿共76页6.3 自动频率控制电路自动频率控制电路 这里讨论一种稳定频率的方法这里讨论一种稳定频率的方法自动频率控制自动频率控制(简称简称AFC)。这也是一种反馈控制电路，广泛用于各种

25、接收机。这也是一种反馈控制电路，广泛用于各种接收机和发射机及通信系统。和发射机及通信系统。AFC电路可以自动调节振荡器的振荡频率，以减少频电路可以自动调节振荡器的振荡频率，以减少频率变化，提高频率稳定度，使自激振荡器频率自动锁定率变化，提高频率稳定度，使自激振荡器频率自动锁定到近似等于预期的标准频率上。到近似等于预期的标准频率上。第32页，本讲稿共76页6.3.1 工作原理工作原理 图图6.3-1是调幅超外差式接收机自动频率微调系统是调幅超外差式接收机自动频率微调系统方框图。它的对象是振荡频率受误差电压控制的压方框图。它的对象是振荡频率受误差电压控制的压控振荡器控振荡器(简称简称VCO)。反馈

26、控制器是由检测出频率。反馈控制器是由检测出频率误差的混频器、中频放大器以及将频率误差变换为误差的混频器、中频放大器以及将频率误差变换为相应电压的鉴频器组成的。相应电压的鉴频器组成的。第33页，本讲稿共76页6.3-1 自动频率微调系统方框图自动频率微调系统方框图第34页，本讲稿共76页自动频率控制过程是利用误差信号的反馈作用来控制自动频率控制过程是利用误差信号的反馈作用来控制被稳定的振荡器频率，使之稳定。误差信号是由鉴频被稳定的振荡器频率，使之稳定。误差信号是由鉴频器产生的，它与两个比较频率源之间的频率差成比例。器产生的，它与两个比较频率源之间的频率差成比例。因而达到最后稳定状态时，两个频率不

27、能完全相等，因而达到最后稳定状态时，两个频率不能完全相等，必须有剩余频差。必须有剩余频差。第35页，本讲稿共76页AFC电路应用较广，下面就以接收机中的自动频率微调电电路应用较广，下面就以接收机中的自动频率微调电路为例，简要介绍其工作原理。图路为例，简要介绍其工作原理。图6.3-2为带为带AFC电路的电路的调频接收机方框图。调频接收机方框图。图图6.3-2调频接收机的调频接收机的AFC系统方框图系统方框图第36页，本讲稿共76页 接收机是以额定中频为鉴频器的中心频率，亦作为接收机是以额定中频为鉴频器的中心频率，亦作为AFC系统的标准频率。系统的标准频率。其中，高放为可调放大器，本振与之统调。因

28、为调频其中，高放为可调放大器，本振与之统调。因为调频接收机本身有鉴频器，该接收机本身有鉴频器，该AFC系统无需再另加鉴频器。系统无需再另加鉴频器。但是，必须考虑到接收机的鉴频器输出不仅含有但是，必须考虑到接收机的鉴频器输出不仅含有AFC的的反馈控制电压，还有调频解调信号的电压，它也会控制反馈控制电压，还有调频解调信号的电压，它也会控制本振频率的改变。为了消除这一影响，在鉴频器后必须本振频率的改变。为了消除这一影响，在鉴频器后必须加入低通滤波器。本振频率漂移和接收调频信号的中心加入低通滤波器。本振频率漂移和接收调频信号的中心频率漂移均为缓慢变化，由此引起的电压变化可以通过频率漂移均为缓慢变化，由

29、此引起的电压变化可以通过低通滤波器转变为电压的变化。低通滤波器转变为电压的变化。第37页，本讲稿共76页 当混频器输出的差频不等于额定中频时，鉴频器即有当混频器输出的差频不等于额定中频时，鉴频器即有误差电压输出，通过低通滤波器只允许直流电压输出，误差电压输出，通过低通滤波器只允许直流电压输出，用来控制本振用来控制本振(压控振荡器压控振荡器)，使本振改变，直到差频减，使本振改变，直到差频减小至等于剩余频差为止。这固定的剩余频差叫做剩余失小至等于剩余频差为止。这固定的剩余频差叫做剩余失谐。显然，剩余失谐越小越好。例如图谐。显然，剩余失谐越小越好。例如图6.3-2的本振频率的本振频率为为46.556

30、.5MHz，信号频率为，信号频率为4550MHz，额定中频为，额定中频为1.5MHz，剩余误差不超过，剩余误差不超过9kHz。第38页，本讲稿共76页6.3-3 鉴频特性曲线鉴频特性曲线表示输出电压与频率偏离中心频率的数量之间的关系表示输出电压与频率偏离中心频率的数量之间的关系曲线，叫做鉴频特性曲线曲线，叫做鉴频特性曲线。第39页，本讲稿共76页图图6.3-4 压控振荡器的调制特性曲线压控振荡器的调制特性曲线表示压控振荡器频率与控制电压的关系的曲线，叫做表示压控振荡器频率与控制电压的关系的曲线，叫做调制特性曲线。调制特性曲线。第40页，本讲稿共76页图图6.3-5 图解法确定图解法确定AFC动

31、态平衡点动态平衡点第41页，本讲稿共76页 对应于不同的初始失谐对应于不同的初始失谐 值，调制特性曲线与值，调制特性曲线与 轴在不同的点相交。只有初始失谐值在一定范围内，轴在不同的点相交。只有初始失谐值在一定范围内，AFC系统才能起作用，最终将已失谐的频率微调回来。系统才能起作用，最终将已失谐的频率微调回来。参看图参看图6.3-6，初始失谐值从很大，初始失谐值从很大(AFC系统不能工作系统不能工作)逐步减小到逐步减小到 值，值，此时调制特性曲线此时调制特性曲线刚刚与鉴频特性曲线的刚刚与鉴频特性曲线的d点相点相切，切，AFC系统开始发生作用，将频率捕捉回来，最后系统开始发生作用，将频率捕捉回来，

32、最后稳定在稳定在Q点。点。就叫做就叫做AFC系统的捕捉带。系统的捕捉带。第42页，本讲稿共76页 反之，如果最初的失谐小于捕捉带反之，如果最初的失谐小于捕捉带 ，调制特性曲，调制特性曲线如图中虚线线如图中虚线所示，此时所示，此时AFC系统已在工作，并平系统已在工作，并平衡于衡于B点。此后，如果不断增加初始失谐，并使之超过点。此后，如果不断增加初始失谐，并使之超过捕捉带，但只要不超过与鉴频特性曲线相切于捕捉带，但只要不超过与鉴频特性曲线相切于b点的另点的另一条调制特性曲线一条调制特性曲线所决定的频带所决定的频带 ，AFC仍然有仍然有效，不会失去信号。一旦初始失谐超过效，不会失去信号。一旦初始失谐

33、超过 ，AFC系系统即失去作用。统即失去作用。叫做同步带或抑制带。叫做同步带或抑制带。第43页，本讲稿共76页6.3.2 自动频率微调自动频率微调(AFC)电路电路 在外差式接收机中，利用本机振荡信号与接收到的简在外差式接收机中，利用本机振荡信号与接收到的简频已调波信号进行混频，将简频已调波信号变换为中频频已调波信号进行混频，将简频已调波信号变换为中频信号。再经中频放大器放大。实际工作中，由于高频载信号。再经中频放大器放大。实际工作中，由于高频载波频率的漂移，或本机振荡频率的不稳定。都会使混频波频率的漂移，或本机振荡频率的不稳定。都会使混频后的中频，偏离规定值后的中频，偏离规定值(如电视接收机

34、为如电视接收机为38MHz)。这指。这指导致中频放大器工作在失谐状态引起增益下降、信号导致中频放大器工作在失谐状态引起增益下降、信号失真等现象。如果采用自动频率微调失真等现象。如果采用自动频率微调(简称简称AFC)电路来电路来锁定中频频率，就能克服上述缺点。锁定中频频率，就能克服上述缺点。第44页，本讲稿共76页 图图6.3-7是采用是采用AFC电路的调幅接收机组成方框图。与电路的调幅接收机组成方框图。与普通调幅接收机相比，增加了限幅普通调幅接收机相比，增加了限幅(即切去调幅包络即切去调幅包络)鉴鉴频器、窄带低通滤波器和放大器，同时将本机振荡器改频器、窄带低通滤波器和放大器，同时将本机振荡器改

35、为压控振荡器，从面形成了一个附加的频率反馈环路。为压控振荡器，从面形成了一个附加的频率反馈环路。由图由图6.3-7可知，无论何种原因当偏离规定值时，鉴可知，无论何种原因当偏离规定值时，鉴频器输出的误差电压，经低通滤波和放大后去控制频器输出的误差电压，经低通滤波和放大后去控制VCO的频率，使达到或接近规定值。的频率，使达到或接近规定值。第45页，本讲稿共76页图图6.3-7 采用采用AFC的的调调幅接收机幅接收机组组成方框成方框图图第46页，本讲稿共76页 调频负反馈解调电路的组成方框图如图调频负反馈解调电路的组成方框图如图6.3-8所示，所示，与普通调频接收机的解调电路相比较，区别在于它把与普

36、通调频接收机的解调电路相比较，区别在于它把输出的解调电压又反馈作为本机振荡器的输出的解调电压又反馈作为本机振荡器的VCO的控制的控制电压，使其振荡频率按调制信号规律变化。这时对混电压，使其振荡频率按调制信号规律变化。这时对混频器而言，相当于加了两个载波频率不同而调制信号频器而言，相当于加了两个载波频率不同而调制信号相同的调频波。相同的调频波。第47页，本讲稿共76页 调频负反馈解调电路的调频负反馈解调电路的突出优点是解调门限位低突出优点是解调门限位低，这是因为负反馈使中频信号的最大频偏减小，相当于这是因为负反馈使中频信号的最大频偏减小，相当于压缩了信号的有效带宽，因此可以用通频带较窄的中压缩了

37、信号的有效带宽，因此可以用通频带较窄的中频放大器来放大，于是进入中放并送至鉴频器输入端频放大器来放大，于是进入中放并送至鉴频器输入端的噪声功率将随之减小，使得信噪比提高。如果维持的噪声功率将随之减小，使得信噪比提高。如果维持频带压缩前的鉴频器输入端的信噪比不变，则混频器频带压缩前的鉴频器输入端的信噪比不变，则混频器输入端所需的信噪比就可减小，即解调门限降低。因输入端所需的信噪比就可减小，即解调门限降低。因此，调频负反馈解调电路可以提高解调信号的质量。此，调频负反馈解调电路可以提高解调信号的质量。第48页，本讲稿共76页图图6.3-8 调频负调频负反反馈馈解解调电调电路的路的组组成方框成方框图图

38、第49页，本讲稿共76页6.4 锁相环路及频率合成锁相环路及频率合成 锁相环路锁相环路(PLL)是一种自动相位控制系统，它能使受控是一种自动相位控制系统，它能使受控振荡器的频率和相位均与输入信号保持确定的关系即保持振荡器的频率和相位均与输入信号保持确定的关系即保持相位同步，称为锁相。相位同步，称为锁相。已获得相位锁定的锁相环路有两个突出的特性：已获得相位锁定的锁相环路有两个突出的特性：一是载波跟踪特性，一是载波跟踪特性，二是调制跟踪特性。二是调制跟踪特性。第50页，本讲稿共76页6.4.1 锁相环路的基本原理锁相环路的基本原理 锁相环路又称自动相位控制电路。它是一种以消除频差锁相环路又称自动相

39、位控制电路。它是一种以消除频差为目的的反馈控制电路，它是利用相位比较信号电压去消为目的的反馈控制电路，它是利用相位比较信号电压去消除频差。锁相环路基本组成方框图如图除频差。锁相环路基本组成方框图如图6.4-1所示。所示。图图6.4-1 锁相环路基本组成方框图锁相环路基本组成方框图第51页，本讲稿共76页 它是由鉴相器它是由鉴相器(PD)、环路滤波器、环路滤波器(LF)和压控振荡器和压控振荡器(VCO)组成的闭合环路，组成的闭合环路，比较部件采用的是鉴相器，它能够检出加到鉴相器中比较部件采用的是鉴相器，它能够检出加到鉴相器中的两个输入信号之间的相差，即鉴相器输出电压与两个的两个输入信号之间的相差

40、，即鉴相器输出电压与两个输入信号之间的相差大小成正比。输入信号之间的相差大小成正比。第52页，本讲稿共76页 在锁相环路中，若压控振荡器的频率因外界因素作用在锁相环路中，若压控振荡器的频率因外界因素作用而发生变化时，加到鉴相器中的输入信号即参考信号电而发生变化时，加到鉴相器中的输入信号即参考信号电压，与压控振荡器输出电压之间的相位差也相应地发生压，与压控振荡器输出电压之间的相位差也相应地发生变化，鉴相器将输出一个与相差大小成正比的比较电压，变化，鉴相器将输出一个与相差大小成正比的比较电压，经过环路滤波器取出其中缓慢变化的直流电压，再去控经过环路滤波器取出其中缓慢变化的直流电压，再去控制压控振荡

41、器振荡回路中的某个元件。制压控振荡器振荡回路中的某个元件。第53页，本讲稿共76页 当两个振荡信号频率相等时，则这两个振荡信号之间当两个振荡信号频率相等时，则这两个振荡信号之间的相差必然等于常数。若两个振荡信号频率不相等，则的相差必然等于常数。若两个振荡信号频率不相等，则它们之间相差将随时间变化。这时，锁相环路的输出信它们之间相差将随时间变化。这时，锁相环路的输出信号频率等于参考信号号频率等于参考信号(一般采用晶振一般采用晶振)频率，其频率稳定频率，其频率稳定度取决于参考信号的频率稳定度。而锁相环路就是利用度取决于参考信号的频率稳定度。而锁相环路就是利用两个振荡信号之间相差来控制压控振荡器输出

42、信号的频两个振荡信号之间相差来控制压控振荡器输出信号的频率和相位，使这两个振荡信号的相差保持一个恒定值，率和相位，使这两个振荡信号的相差保持一个恒定值，从而达到锁相环路输出信号频率与参考信号频率相等之从而达到锁相环路输出信号频率与参考信号频率相等之目的。目的。第54页，本讲稿共76页6.4.2 频率合成的基本原理频率合成的基本原理1直接合成法直接合成法 利用一个晶体振荡器产生的振荡作为基准频率，由利用一个晶体振荡器产生的振荡作为基准频率，由它产生一系列的谐波频率，然后再从这些谐波领率中它产生一系列的谐波频率，然后再从这些谐波领率中取出任意两个或两个以上的频率进行组合，以得到这取出任意两个或两个

43、以上的频率进行组合，以得到这些频率的和频或者差频，这样便可获得所需要的任意些频率的和频或者差频，这样便可获得所需要的任意新频率。新频率。图图6.4-1是直接合成法的原理框图。是直接合成法的原理框图。第55页，本讲稿共76页图图6.4-1 直接合成法的原理框图。直接合成法的原理框图。第56页，本讲稿共76页图中，各部分的作用是：图中，各部分的作用是：(1)晶体振荡器晶体振荡器 产生高稳定度的标准信号频率，将它输送给谐波发生器。产生高稳定度的标准信号频率，将它输送给谐波发生器。(2)谐波发生器谐波发生器 由倍频器组成，用来产生标准信号频率的各次谐波。由倍频器组成，用来产生标准信号频率的各次谐波。(

44、3)混频器混频器 产生两个输入信号的和频、差频以及它们各次谐波的和频及差频。产生两个输入信号的和频、差频以及它们各次谐波的和频及差频。(4)滤波器滤波器 滤掉不需要的频率，而只让所需要的某一频率或某一个频率范围的信号通过。滤掉不需要的频率，而只让所需要的某一频率或某一个频率范围的信号通过。第57页，本讲稿共76页由图由图6.4-1看出，从谐波发生器输出频率中取出两个频率，看出，从谐波发生器输出频率中取出两个频率，输入到混频器中，在混频器的输出端便存在这两个频率输入到混频器中，在混频器的输出端便存在这两个频率的和频或差频，再通过滤波器把不需要的频率滤掉，从的和频或差频，再通过滤波器把不需要的频率

45、滤掉，从而得到所需要的某一新频率。只要改变混频器的两个输而得到所需要的某一新频率。只要改变混频器的两个输入频率，便可得到任意一个新频率输出。入频率，便可得到任意一个新频率输出。第58页，本讲稿共76页图图6.4-2所示的是直接合成法的一种方案。为了得到一个所示的是直接合成法的一种方案。为了得到一个频率为频率为 信号，具体做法如下：信号，具体做法如下：第一步：第一步：从谐波发生器的输出端取出从谐波发生器的输出端取出4MHz信号，加到一个信号，加到一个1/10的分频器上。在分频器的的分频器上。在分频器的输出端得到输出端得到0.4MHz的信号。的信号。第二步：第二步：从谐波发生器的输出端取出从谐波发

46、生器的输出端取出3MHz信号，与信号，与1/10分频器输出的分频器输出的0.4MHz信号同信号同时加到混频器时加到混频器(1)中、在其输出端可以得到二者的和频中、在其输出端可以得到二者的和频3.4MHz。第59页，本讲稿共76页第三步：第三步：把把5MHz的信号与的信号与0.34MHz的信号同时加到混频器的信号同时加到混频器(2)中，在其输出中，在其输出端得到端得到5.34MHz的和频信号，再经过滤波器及的和频信号，再经过滤波器及1/10分频器后，得到输分频器后，得到输出为出为0.534MHz信号。信号。第四步：第四步：将将7MHz和和0.534MHz的信号加到混频器的信号加到混频器(3)中，

47、在其输出端得到中，在其输出端得到7.534MHz的和频信号，经过滤波器后，在输出端得到频率稳定度与晶的和频信号，经过滤波器后，在输出端得到频率稳定度与晶体振荡器相同的体振荡器相同的7.534MHz的信号。的信号。第60页，本讲稿共76页图图6.4-2 直接合成法方案直接合成法方案第61页，本讲稿共76页 直接合成法的优点是比较可靠、稳定。但是它也直接合成法的优点是比较可靠、稳定。但是它也有一定的缺点，一是由于采用了大量的混频器、滤波有一定的缺点，一是由于采用了大量的混频器、滤波器，造成整个设备体积庞大，成本较高。二是由于混器，造成整个设备体积庞大，成本较高。二是由于混频器存在许多组合频率，容易

48、产生组合频率干扰，从频器存在许多组合频率，容易产生组合频率干扰，从而影响频率的稳定性。而影响频率的稳定性。第62页，本讲稿共76页2锁相环路法锁相环路法 锁相环路法是频率间接合成的方法。它是将压控振锁相环路法是频率间接合成的方法。它是将压控振荡器的输出频率与石英晶体振荡器输出的标准频率同荡器的输出频率与石英晶体振荡器输出的标准频率同时送到鉴相器中进行比较。当压控振荡器因某种原因时送到鉴相器中进行比较。当压控振荡器因某种原因发生频率漂移时，其相位也相应地发生漂移，这时鉴发生频率漂移时，其相位也相应地发生漂移，这时鉴相器使输出一个大小与相位偏移成正比的比较电压，相器使输出一个大小与相位偏移成正比的

49、比较电压，经过滤波器取出其中缓慢变化的直流电压，再去控制经过滤波器取出其中缓慢变化的直流电压，再去控制压控振荡器，使其振荡频率重新回到初始值上来，并压控振荡器，使其振荡频率重新回到初始值上来，并且具有与石英晶体振荡器相同的频率稳定度。且具有与石英晶体振荡器相同的频率稳定度。第63页，本讲稿共76页 图图6.4-3所示的是锁相环路法的一个方案，通过该系所示的是锁相环路法的一个方案，通过该系统可以得到一系列的稳定频率。具体方法如下：统可以得到一系列的稳定频率。具体方法如下：由晶体振荡器产生一个标准频率，通过谐波发生器后由晶体振荡器产生一个标准频率，通过谐波发生器后变成一系列具有同样频率稳定度的谐波

50、频率，再将压控变成一系列具有同样频率稳定度的谐波频率，再将压控振荡器的信号与这一组谐波信号中的某一个频率信号同振荡器的信号与这一组谐波信号中的某一个频率信号同时加到混频器中，在其输出端得到二者的和频及差频，时加到混频器中，在其输出端得到二者的和频及差频，然后通过带通滤波器把不需要的频率滤掉，将所需要的然后通过带通滤波器把不需要的频率滤掉，将所需要的信号频率加到鉴相器中，再从一组谐波信号中选出一个信号频率加到鉴相器中，再从一组谐波信号中选出一个与它频率相同的谐波信号送到鉴相器进行比较，将这两与它频率相同的谐波信号送到鉴相器进行比较，将这两第64页，本讲稿共76页个信导的相差转换成一个电压值，经过