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1、第六章 反馈控制电路第1页，共71页，编辑于2022年，星期三6-1 概述概述在各种通信、雷达等电子系统中，广泛地采用各在各种通信、雷达等电子系统中，广泛地采用各种类型的反馈控制电路。种类型的反馈控制电路。反馈控制器反馈控制器(误差元件误差元件)对象对象(执行元件执行元件)参考信号参考信号 Xi误差信号误差信号 Xe输出信号输出信号 Xo图图 6-1-1 反馈控制电路基本组成框图反馈控制电路基本组成框图第2页，共71页，编辑于2022年，星期三 反馈控制电路的组成如图反馈控制电路的组成如图6-1-1所示。反馈控制电路主要由所示。反馈控制电路主要由误差元件和执行元件两部分组成，误差元件将实际输出
2、信号与误差元件和执行元件两部分组成，误差元件将实际输出信号与参考信号进行比较，产生一误差信号输出；执行元件受误差信参考信号进行比较，产生一误差信号输出；执行元件受误差信号控制，调节输出信号使之与参考信号接近或达到预定数值。号控制，调节输出信号使之与参考信号接近或达到预定数值。由于电路为一闭环系统，所以，由于电路为一闭环系统，所以，反馈控制电路亦称闭环自动反馈控制电路亦称闭环自动调节系统。调节系统。6-1 概述概述反馈控制器反馈控制器(误差元件误差元件)对象对象(执执行行元元件件)参考信号参考信号 Xi误差信号误差信号 Xe输出信号输出信号 Xo第3页，共71页，编辑于2022年，星期三6-1
3、概述概述 根据比较和调节的量不同，反馈控制电路根据比较和调节的量不同，反馈控制电路可分为三大类：可分为三大类：1.自动电平控制电路自动电平控制电路(Automatic Level ControlALC)。2.自动频率控制电路自动频率控制电路(Automatic Frequency Control AFC)。3.自动相位控制电路自动相位控制电路(Automatic Phase Control APC)。第4页，共71页，编辑于2022年，星期三自动电平控制电路自动电平控制电路(ALC)。需要比较的量为电压或电流，需要比较的量为电压或电流，误差元件多为电压比较器，执行元件一般为可控增益放大器，误差
4、元件多为电压比较器，执行元件一般为可控增益放大器，通过改变放大器的增益来稳定放大器的输出。作用是使放大通过改变放大器的增益来稳定放大器的输出。作用是使放大器的输出信号幅度稳定。自动增益控制电路又称自动电平控器的输出信号幅度稳定。自动增益控制电路又称自动电平控制电路。制电路。自动频率控制电路自动频率控制电路(AFC)。需要比较的量为频率，误差需要比较的量为频率，误差元件多为鉴频器，执行元件一般为受控振荡器，通过改变振元件多为鉴频器，执行元件一般为受控振荡器，通过改变振荡器电抗参数来稳定振荡器输出信号的频率。作用是使振荡荡器电抗参数来稳定振荡器输出信号的频率。作用是使振荡器输出信号的频率稳定。器输
5、出信号的频率稳定。AFC电路是一种有频率误差控制电路是一种有频率误差控制电路。电路。第5页，共71页，编辑于2022年，星期三自动相位控制电路自动相位控制电路(APC)。需要比较的量为相位，需要比较的量为相位，误差元件多为鉴相器，执行元件也是受控振荡器，通误差元件多为鉴相器，执行元件也是受控振荡器，通过改变振荡器电抗参数来锁定振荡器输出信号的相位。过改变振荡器电抗参数来锁定振荡器输出信号的相位。作用是使振荡器输出信号的相位稳定。作用是使振荡器输出信号的相位稳定。APC电路可以电路可以实现无频率误差跟踪。实现无频率误差跟踪。自动相位控制电路又称锁相环自动相位控制电路又称锁相环路路(PLL)，是一
6、种应用很广的反馈控制电路，利用锁相是一种应用很广的反馈控制电路，利用锁相环路可以实现许多功能，例如实现无误差频率跟踪、环路可以实现许多功能，例如实现无误差频率跟踪、频率合成器等。频率合成器等。第6页，共71页，编辑于2022年，星期三6.1.1 自动电平控制电路自动电平控制电路(ALC)自动电平控制电路基本功能是稳定电子设备的输出电平。自动电平控制电路基本功能是稳定电子设备的输出电平。问题问题1：对于无线电接收机而言，接收的信号有什么特点？对于无线电接收机而言，接收的信号有什么特点？问题问题2：如果接收机的增益不变，接收机出现什么现象？如果接收机的增益不变，接收机出现什么现象？解答解答1：由于
7、各种原因，接收的信号起伏变化较大，信号幅度变化可达由于各种原因，接收的信号起伏变化较大，信号幅度变化可达几十分贝。几十分贝。解答解答2：如果接收机的增益不变，那么，输出信号的幅度也将以同样如果接收机的增益不变，那么，输出信号的幅度也将以同样的比例随输入信号变化，强信号时可能使接收机过载而导致阻塞，的比例随输入信号变化，强信号时可能使接收机过载而导致阻塞，弱信号时又可能丢失信号。弱信号时又可能丢失信号。第7页，共71页，编辑于2022年，星期三6.1.1 自动电平控制电路自动电平控制电路(ALC)一、工作原理一、工作原理第8页，共71页，编辑于2022年，星期三6.1.1 自动电平控制电自动电平
8、控制电路路(ALC)预定关系：预定关系：Uom=KurK为待定常数为待定常数ue=Ar(u+-u-),ue=0,u+=u-=A1 dUom=ur A1 d=1/KUom=A2(0)UimUim一定一定ueo-ArurKurUomUom0Uom ue A第9页，共71页，编辑于2022年，星期三可控增益放大器输出的某一幅度所需的控制电压恰可控增益放大器输出的某一幅度所需的控制电压恰好等于由该输出电压幅度通过反馈控制电路后产生好等于由该输出电压幅度通过反馈控制电路后产生的控制电压，环路才稳定下来。环路达到稳定状态的控制电压，环路才稳定下来。环路达到稳定状态称为环路锁定。称为环路锁定。平衡关系为：平
9、衡关系为：ue Ar(Uom dA1ur)第10页，共71页，编辑于2022年，星期三6.1.1 自动电平控制电路自动电平控制电路(ALC)二、应用举例二、应用举例直流放大器直流放大器第11页，共71页，编辑于2022年，星期三直流放大器直流放大器二、二、应用举例应用举例天线感应信号强度为：天线感应信号强度为：Uim(Uimmin Uimmax)检波前各级总增益为：检波前各级总增益为：A(ue)(Amin Amax)检波后输出信号强度为：检波后输出信号强度为：Uom(Uommin Uommax)则：则：Uommin=Amax Uimmin Uommax=Amin Uimmax增益控制倍数增益控
10、制倍数变化压缩倍数变化压缩倍数第12页，共71页，编辑于2022年，星期三第13页，共71页，编辑于2022年，星期三已调波功率放大器已调波功率放大器包络包络检波器检波器比较比较放大器放大器包络包络检波器检波器放大放大和滤波和滤波已调波线性已调波线性功率放大器功率放大器已调波输入已调波输入u+u-已调波已调波输出输出第14页，共71页，编辑于2022年，星期三6-1-1 自动电平控制电路自动电平控制电路(ALC)第15页，共71页，编辑于2022年，星期三 为了得到如图所示的总增益随输入信号变化曲线，为了得到如图所示的总增益随输入信号变化曲线，ALC电路应按中放电路应按中放、级到高放级方向依次
11、起控，即级到高放级方向依次起控，即当输入信号强度当输入信号强度Uim小于某一定值小于某一定值Ux1时，时，ALC电路不电路不起作用；当起作用；当UimUx1时，时，ALC电路先对中放进行增益控制，电路先对中放进行增益控制，高放增益不变；高放增益不变；当当UimUx2(Ux1)时时，中放增益不再降低，中放增益不再降低，ALC电路对高放起控，使其增益降低，这是第二次延迟。电路对高放起控，使其增益降低，这是第二次延迟。采用这种两次延迟的采用这种两次延迟的ALC电路的原因在于信号较小时，电路的原因在于信号较小时，保持高放级有最大增益，使高放级输出信噪比不致降低，保持高放级有最大增益，使高放级输出信噪比
12、不致降低，有利于降低接收机的总噪声系数，提高接收机的灵敏度。有利于降低接收机的总噪声系数，提高接收机的灵敏度。第16页，共71页，编辑于2022年，星期三6.1.2 自动频率控制电路自动频率控制电路(AFC)自自动动频频率率控控制制(Automatic Frequency Control)电电路路，是是无无线线电电设设备备中中又又一一常常用用的的反反馈馈控控制制电电路路，广广泛泛应应用用于于无无线线电电发发射射设设备备和和接接收收设设备备，其其基基本本功功能能是是自自动动调调整整无无线线电电设设备备中振荡器的振荡频率。中振荡器的振荡频率。一、工作原理一、工作原理第17页，共71页，编辑于202
13、2年，星期三6.1.2 自动频率控制电路自动频率控制电路(AFC)一、工作原理一、工作原理压控特性压控特性ouc 0-r鉴频特性鉴频特性ud e-e0第18页，共71页，编辑于2022年，星期三6.1.2 自动频率控制电路自动频率控制电路(AFC)一、工作原理一、工作原理压控特性压控特性oucDDeDDe0udDDeDDe0DDe Muc第19页，共71页，编辑于2022年，星期三6.1.2 自动频率控制电路自动频率控制电路(AFC)一、工作原理一、工作原理udDDeDDe0DDe M0ucDDe01MNPDDe02MIP同步带同步带DDe03MIIN捕捉带捕捉带第20页，共71页，编辑于20
14、22年，星期三6.1.2 自动频率控制电路自动频率控制电路(AFC)二、应用举例二、应用举例1.采用采用AFC电路的调幅接收机电路的调幅接收机第21页，共71页，编辑于2022年，星期三2.调频负反馈解调器调频负反馈解调器第22页，共71页，编辑于2022年，星期三3.扫频信号发生器扫频信号发生器固定频率固定频率振荡器振荡器混频器混频器扫频扫频振荡器振荡器宽带宽带放大器放大器比较比较放大器放大器鉴频器鉴频器uI(t)扫频信号输出扫频信号输出第23页，共71页，编辑于2022年，星期三6-1-3 自动相位控制电路自动相位控制电路(锁相环路锁相环路)自动相位控制自动相位控制(Automatic P
15、hase Control)电路，又称电路，又称APC环路或锁相环路环路或锁相环路(PLL),其基本功能除了自动调整无其基本功能除了自动调整无线电设备中振荡器振荡信号的相位与参考信号的相位一致，线电设备中振荡器振荡信号的相位与参考信号的相位一致，具有稳频作用外，还能完成频率信号的加、减、乘、除等具有稳频作用外，还能完成频率信号的加、减、乘、除等运算，可以用一块晶体产生大量高稳定度和高精确度的离运算，可以用一块晶体产生大量高稳定度和高精确度的离散频率信号，实现窄带滤波。散频率信号，实现窄带滤波。ui(t)i 锁相环路的组成框图锁相环路的组成框图压控振荡器压控振荡器VCO(Ao)环路滤波器环路滤波器
16、LPF(AF)鉴相器鉴相器PD(Ad)uo(t)o反馈控制器反馈控制器对象对象第24页，共71页，编辑于2022年，星期三6-1 思考题思考题6-1 无线电接收机为什么要设无线电接收机为什么要设ALC电路？电路？6-2 为什么要在调幅接收机中采用为什么要在调幅接收机中采用AFC电路？电路？6-3 AFC与与APC的工作原理有何异同点？的工作原理有何异同点？第25页，共71页，编辑于2022年，星期三6.2 锁相环路的性能分析锁相环路的性能分析 若若因因某某种种因因素素(如如温温度度、开开启启电电源源等等变变化化)使使压压控控振振荡荡器器的的振振荡荡频频率率fo偏偏离离输输入入频频率率fi，这这
17、时时输输入入到到鉴鉴相相器器的的电电压压ui(t)和和uo(t)之之间间势势必必产产生生相相位位误误差差，鉴鉴相相器器将将输输出出一一个个与与相相位位误误差差成成比比例例的的误误差差电电压压ue(t)，经经环环路路滤滤波波器器后后输输出出的的误误差差控控制制电电压压uc(t)控控制制压压控控振振荡荡器器输输出出信信号号的的频频率率和和相相位位，使使得得ui(t)和和uo(t)之之间间的的相相位位误误差差减减小小，直直到到压压控控振振荡荡器器输输出出信信号号的的频频率率等等于于输输入入信信号号频频率率，相相位位误误差差等等于于常常数数，锁锁相相环环路路进进入入锁锁定定状状态态为为止止。APC电电
18、路路是是一一种种无无误误差差的的频频率率跟跟踪踪系系统统(存在相位误差存在相位误差)。6.2.1 基本环路方程基本环路方程第26页，共71页，编辑于2022年，星期三图图6-1-11 用旋转矢量说明锁相环路的控制过程用旋转矢量说明锁相环路的控制过程UiUo i o o(t)i(t)环路失锁情况环路失锁情况 o iUiUo i o=i 0(t)环路锁情况环路锁情况 o=i第27页，共71页，编辑于2022年，星期三6.2.1 基本环路方程基本环路方程一、鉴相器一、鉴相器ud(t)=Adsin e(t)e(t)=i(t)-o(t)其作用是检测出两个输入电压之间的瞬时相位差，其作用是检测出两个输入电
19、压之间的瞬时相位差，产生相应的输出电压产生相应的输出电压ud(t)。uo(t)ui(t)鉴相器鉴相器鉴相器的电路模型鉴相器的电路模型ud(t)(a)鉴鉴 相相器器Adsin (b)电路模型电路模型 i(t)o(t)e(t)ud(t)第28页，共71页，编辑于2022年，星期三6.2.1 基本环路方程基本环路方程二、压控振荡器（二、压控振荡器（VCO）其作用是产生频率随控制电压变化的振荡电压其作用是产生频率随控制电压变化的振荡电压。压控特性压控特性ouc o-ruc(t)o(t)Aop电路模型电路模型第29页，共71页，编辑于2022年，星期三 o=r+Aouc(t)uc(t)o(t)Aop第3
20、0页，共71页，编辑于2022年，星期三6.2.1 基本环路方程基本环路方程三、环路低通滤波器（三、环路低通滤波器（LPF）其作用是滤除鉴相器输出电流中的无用组合频率分其作用是滤除鉴相器输出电流中的无用组合频率分量及其它干扰分量，以保证环路所要求的性能，提量及其它干扰分量，以保证环路所要求的性能，提高环路的稳定性。高环路的稳定性。环路低通滤波器环路低通滤波器ud(t)uc(t)第31页，共71页，编辑于2022年，星期三环路低通滤波器环路低通滤波器ud(t)uc(t)第32页，共71页，编辑于2022年，星期三uc(t)=AF(p)ud(t)环路低通滤波器环路低通滤波器ud(t)uc(t)第3
21、3页，共71页，编辑于2022年，星期三6.2.1 基本环路方程基本环路方程四、锁相环模型及其环路方程四、锁相环模型及其环路方程 i(t)e(t)o(t)o(t)AdsinAF(p)ud(t)uc(t)Ao/p第34页，共71页，编辑于2022年，星期三6.2.1 基本环路方程基本环路方程是是VCO振荡角频率偏离输入信号角频率的数值，称为振荡角频率偏离输入信号角频率的数值，称为瞬时角频瞬时角频差差表示输入信号角频率偏离表示输入信号角频率偏离 r的数值，称为的数值，称为输入固有角频差输入固有角频差。，称为，称为控制角频差控制角频差；表示表示VCO在在的作用下产生振荡角频率偏离的作用下产生振荡角频
22、率偏离 r的数值的数值，即为，即为第35页，共71页，编辑于2022年，星期三6.2.1 基本环路方程基本环路方程控制角频差控制角频差输入固有角频差输入固有角频差瞬时角频差瞬时角频差引论：引论：环路闭合后的任何时刻，瞬时角频差和控制角频环路闭合后的任何时刻，瞬时角频差和控制角频差之和恒等于输入固有角频率。差之和恒等于输入固有角频率。第36页，共71页，编辑于2022年，星期三6.2.1 基本环路方程基本环路方程输入输入DDi(t)=DDi为常数为常数第37页，共71页，编辑于2022年，星期三6.2.1 基本环路方程基本环路方程A 0=Ad Ao AF(0)为环路直流总增益为环路直流总增益锁相
23、环路的同步带（跟踪带）锁相环路的同步带（跟踪带）DDL=A 0引论：引论：增大增大环路直流总增益能增大锁相环路的同环路直流总增益能增大锁相环路的同步带步带。第38页，共71页，编辑于2022年，星期三6.2.2 锁相环路捕捉过程的定性分析锁相环路捕捉过程的定性分析1、锁相环路未加输入信号，、锁相环路未加输入信号，VCO无控制信号，无控制信号，振荡角频率为振荡角频率为 r2 2、锁相环路加输入信号，锁相环路加输入信号，DDi=i-r鉴相器输出角频率为鉴相器输出角频率为D D i i的正弦控制电压的正弦控制电压由于环路方程为非线性微分方程，定量求解困难，仅由于环路方程为非线性微分方程，定量求解困难
24、，仅进行定性分析进行定性分析第39页，共71页，编辑于2022年，星期三6.2.2 锁相环路捕捉过程的定性分析锁相环路捕捉过程的定性分析(1)、锁相环路加输入信号，、锁相环路加输入信号，DDi=i-r很大，远大于环路滤很大，远大于环路滤波器的通频带，鉴相器输出的电压不能通过环路滤波器波器的通频带，鉴相器输出的电压不能通过环路滤波器VCO无控制信号，无控制信号，振荡角频率为振荡角频率为 r(2)、锁相环路加输入信号，、锁相环路加输入信号，DDi=i-r很小，小于环路同步很小，小于环路同步带，环路能够很快锁定，鉴相器输出一个与带，环路能够很快锁定，鉴相器输出一个与 e 相对应的直相对应的直流电压维
25、持环路锁定，振荡角频率为流电压维持环路锁定，振荡角频率为 i(3)、锁相环路加输入信号，、锁相环路加输入信号，DDi=i-r的大小介于的大小介于(1)和和(2)之间，之间，DDi较大。较大。(4)、锁相环路加输入信号，、锁相环路加输入信号，DDi=i-r的大小介于的大小介于(1)和和(2)之间，之间，DDi比比(3)大。大。第40页，共71页，编辑于2022年，星期三6.2.2 锁相环路捕捉过程的定性分析锁相环路捕捉过程的定性分析环路由失锁很快进入锁定的过程称为环路由失锁很快进入锁定的过程称为快捕过程快捕过程，能够锁定的，能够锁定的最大最大|DDi|称为称为快捕带快捕带，用，用DDc表示。表示
26、。(3)、DDi较大，大于环路滤波器的通频带，鉴相器输出的差拍较大，大于环路滤波器的通频带，鉴相器输出的差拍电压经环路滤波后衰减较大，但电压经环路滤波后衰减较大，但uc能控制能控制VCO使其振荡频使其振荡频率率 o摆到摆到 i上，环路能够锁定。上，环路能够锁定。DDc A(DDc)=Ad A0 AF(DDc)例题例题第41页，共71页，编辑于2022年，星期三6.2.2 锁相环路捕捉过程的定性分析锁相环路捕捉过程的定性分析采用简单采用简单RC滤波器，若滤波器，若 DDc1/DDc A(DDc)=Ad Ao AF(DDc)Ad Ao 第42页，共71页，编辑于2022年，星期三6.2.2 锁相环
27、路捕捉过程的定性分析锁相环路捕捉过程的定性分析(4)、DDi较大，大大于环路滤波器的通频带，鉴较大，大大于环路滤波器的通频带，鉴相器输出的差拍电压经环路滤波后衰减较大，相器输出的差拍电压经环路滤波后衰减较大，uc不能控制不能控制VCO使其振荡频率使其振荡频率 o摆到摆到 i上，在上，在 r上下摆动，环路不能够很快锁定。上下摆动，环路不能够很快锁定。捕捉过程图捕捉过程图第43页，共71页，编辑于2022年，星期三DD=i-较小较小DD=i-较大较大6.2.2 锁相环路捕捉过程的定性分析锁相环路捕捉过程的定性分析t r it e(t)p p2 2p po ot o(t)o oud(t)ud(t)=
28、Adsin e(t)波形上下不波形上下不对称对称第44页，共71页，编辑于2022年，星期三6.2.2 锁相环路捕捉过程的定性分析锁相环路捕捉过程的定性分析捕捉过程中捕捉过程中ud(t)的波形的波形 ud(t)Ad-AdtAdsin e 第45页，共71页，编辑于2022年，星期三锁相环路闭环传递函数锁相环路闭环传递函数跟踪过程跟踪过程 e一般很小，一般很小，ud(t)=Adsin e(t)Ad e(t)零初始条件下的复频域方程：零初始条件下的复频域方程：6.2.3 锁相环路的跟踪特性锁相环路的跟踪特性环路方程简化为线性微分方程：环路方程简化为线性微分方程：第46页，共71页，编辑于2022年
29、，星期三锁相环路开环传递函数6.2.3 锁相环路的跟踪特性锁相环路闭环传递函数锁相环路误差传递函数第47页，共71页，编辑于2022年，星期三6.2.3 锁相环路的跟踪特性锁相环路的跟踪特性开环传递函数开环传递函数例题：采用简单例题：采用简单RCRC滤波器的滤波器的锁相环路的三种函数锁相环路的三种函数误差传递函数误差传递函数闭环传递函数闭环传递函数第48页，共71页，编辑于2022年，星期三6.2.3 锁相环路的跟踪特性锁相环路的跟踪特性一、瞬态响应及稳态相位误差一、瞬态响应及稳态相位误差瞬态响应瞬态响应稳态相位误差稳态相位误差第49页，共71页，编辑于2022年，星期三6.2.3 锁相环路的
30、跟踪特性锁相环路的跟踪特性例题：采用简单例题：采用简单RCRC滤波器的滤波器的锁相环路的锁相环路的瞬态响应及稳态瞬态响应及稳态相位误差相位误差误差传递函数误差传递函数t t=0=0时，输入信号频率发生时，输入信号频率发生DDi的变化，的变化，则：则：i(t)=)=DDit第50页，共71页，编辑于2022年，星期三6.2.3 锁相环路的跟踪特性锁相环路的跟踪特性稳态相位误差稳态相位误差AdAo增加增加,e 减小。使用理想积分器减小。使用理想积分器,AF(0)，e 0t e(t)o e x x减小减小第51页，共71页，编辑于2022年，星期三6.2.3 锁相环路的跟踪特性锁相环路的跟踪特性二、
31、正弦稳态响应二、正弦稳态响应输入相位输入相位 i(t)为正弦信号时为正弦信号时环路的输出响应环路的输出响应 o(t)为正弦信号为正弦信号将输入将输入 i(t)、输出、输出 o(t)用复函数表示用复函数表示第52页，共71页，编辑于2022年，星期三6.2.3 锁相环路的跟踪特性锁相环路的跟踪特性则：则：例题例题第53页，共71页，编辑于2022年，星期三6.2.3 锁相环路的跟踪特性锁相环路的跟踪特性例题：采用简单例题：采用简单RCRC滤波器的滤波器的锁相环路的锁相环路的正弦稳态响应正弦稳态响应闭环传递函数闭环传递函数则：则：系统具有低通特性，当系统具有低通特性，当=0.707=0.707时，
32、时，H最大平坦，最大平坦，上限频率，上限频率，为：为：第54页，共71页，编辑于2022年，星期三VCO输出输出输入输入偏置基准偏置基准输出输出低通低通滤波器滤波器鉴相器鉴相器压控压控电流源电流源施密特施密特触发器触发器A1A2VCO控制控制输出输出+VCC-VCCSI0I0uc1、SL5656.3.1 集成锁相电路集成锁相电路6.3 锁相环路应用锁相环路应用第55页，共71页，编辑于2022年，星期三6.3.1 集成锁相电路集成锁相电路2、SL562VCO同步同步调节调节输入输入偏置基准偏置基准输出输出环路环路滤波器滤波器鉴相器鉴相器VCO限幅器限幅器A1A3去加重去加重VCO输入输入A2V
33、CO输出输出解调解调输出输出第56页，共71页，编辑于2022年，星期三6.3.1 集成锁相电路集成锁相电路3、NE564信号输入信号输入环路环路滤波器滤波器鉴相器鉴相器VCO限幅器限幅器AFM解调解调输出输出VCO输入输入VCO输出输出FSK解调解调输出输出电平电平转换转换施密特施密特触发器触发器直流直流恢复恢复偏置偏置触发电触发电平调整平调整TTLECL环路增环路增益控制益控制第57页，共71页，编辑于2022年，星期三6.3.2 锁相环在解调和锁相接收机中的应用锁相环在解调和锁相接收机中的应用一、一、锁相解调电路锁相解调电路1、调频波锁相解调电路、调频波锁相解调电路若若VCO频率控制特性
34、为线性，则：频率控制特性为线性，则：uo(t)fo(t)输入调频信号输入调频信号 ui(t)fi(t)压控振荡器压控振荡器环路滤波器环路滤波器鉴相器鉴相器 uo(t)fo(t)输出解调信号输出解调信号调频波锁相解调电路方框图调频波锁相解调电路方框图第58页，共71页，编辑于2022年，星期三6.3.2 锁相环在解调和锁相接收机中的应用锁相环在解调和锁相接收机中的应用输入单音调制调频波，即：输入单音调制调频波，即：DDi(t)=DDmcosW Wt结论：结论：为了实现不失真解调，环路的捕捉带必须大于输入调为了实现不失真解调，环路的捕捉带必须大于输入调频波的最大频偏，环路的带宽必须大于输入调频波中
35、调制信频波的最大频偏，环路的带宽必须大于输入调频波中调制信号的频谱宽度。号的频谱宽度。在在H(jW W)的通带内，的通带内，H(jW W)H(0)第59页，共71页，编辑于2022年，星期三6.3.2 锁相环应用锁相环应用 锁相解调电路锁相解调电路2、振幅调制信号的锁相同步检波器振幅调制信号的锁相同步检波器注意：注意：采用同步检波器解调调幅信号或带有导频的单边带信采用同步检波器解调调幅信号或带有导频的单边带信号时，必须从输入信号中恢复出同频同相的载波信号，作为号时，必须从输入信号中恢复出同频同相的载波信号，作为同步检波器的同步信号。采用锁相环路可以从所接收的信号同步检波器的同步信号。采用锁相环
36、路可以从所接收的信号中获得同步信号，实现调幅波的同步检波。中获得同步信号，实现调幅波的同步检波。调幅波输入调幅波输入 ui(t)解调输出解调输出uo(t)压控振荡器压控振荡器同步检波器同步检波器环路滤波器环路滤波器鉴相器鉴相器 锁相同步检波电路方框图锁相同步检波电路方框图90 移相器移相器第60页，共71页，编辑于2022年，星期三6.3.2 锁相环应用锁相环应用锁相接收机锁相接收机原理：原理：设环路输入信号频率为设环路输入信号频率为fi fd，其中，其中fd为多普勒频移，参考信号为多普勒频移，参考信号ur的的频率为频率为fr，当环路锁定后，混频器输出的中频信号的频率，当环路锁定后，混频器输出
37、的中频信号的频率fI应与参考应与参考信号的频率信号的频率fr相等，即相等，即fIfr。因此，不论输入信号频率如何变化，混频。因此，不论输入信号频率如何变化，混频器输出的中频总是自动地维持在器输出的中频总是自动地维持在fr上。这样，中频放大器的通频带就可上。这样，中频放大器的通频带就可以做得很窄，从而保证鉴相器输入端有足够的信噪比。提高了接收机的以做得很窄，从而保证鉴相器输入端有足够的信噪比。提高了接收机的灵敏度。灵敏度。输入信号输入信号 fr fo fi中频信号输出中频信号输出鉴相器鉴相器压控振荡器压控振荡器中频放大器中频放大器环路滤波器环路滤波器混频器混频器锁相锁相接收机组成方框图锁相锁相接
38、收机组成方框图第61页，共71页，编辑于2022年，星期三6.3.3 锁相环在频率合成器中的应用锁相环在频率合成器中的应用一、一、概述概述频率合成：利用一个或多个高稳定的晶体振荡器产生频率合成：利用一个或多个高稳定的晶体振荡器产生出一系列等间隔的离散频率信号的一种技术出一系列等间隔的离散频率信号的一种技术 特点：特点：所有这些频率的准确度和稳定性与所有这些频率的准确度和稳定性与晶体振荡器晶体振荡器相同。相同。技术指标：技术指标：1.工作频率范围工作频率范围2.频率间隔（分辨率）频率间隔（分辨率）3.频率转换时间频率转换时间4.频率准确度和稳定性频率准确度和稳定性5.频谱纯净度频谱纯净度。第62
39、页，共71页，编辑于2022年，星期三6.3.3 锁相环在频率合成器中的应用锁相环在频率合成器中的应用二、二、锁相倍频和锁相混频电路锁相倍频和锁相混频电路1、锁相倍频器锁相倍频器 环路锁定时：环路锁定时：鉴相器鉴相器环路滤波器环路滤波器压控振荡器压控振荡器分频器分频器(N)i i(t)o o(t)o=o/N o(t)=o(t)/N第63页，共71页，编辑于2022年，星期三6.3.3 锁相环在频率合成器中的应用锁相环在频率合成器中的应用数字倍频环数字倍频环LPF第64页，共71页，编辑于2022年，星期三6.3.3 锁相环在频率合成器中的应用锁相环在频率合成器中的应用2、锁相混频器锁相混频器f
40、ofL fi注意：注意：至于至于fo取取fLfi还是取还是取fLfi，取决于压控振荡器输出信号的，取决于压控振荡器输出信号的频率频率fo是高于是高于fL还是低于还是低于fL，高于，高于fL时，回路锁定在时，回路锁定在fofLfi的状态；的状态；低于低于fL时，回路锁定在时，回路锁定在fofLfi的状态。的状态。鉴相器鉴相器环路滤波器环路滤波器压控振荡器压控振荡器中频放大器中频放大器 i i(t)o=L i o(t)|o-L|本振信号本振信号uL(t)混频器混频器 L L(t)输入信号输入信号uL(t)第65页，共71页，编辑于2022年，星期三6.3.3 锁相环在频率合成器中的应用锁相环在频率
41、合成器中的应用三、三、锁相频率合成器锁相频率合成器设置前置分频器的频率合成器设置前置分频器的频率合成器鉴相器鉴相器低通滤波器低通滤波器压控振荡器压控振荡器可变分频可变分频Nfifo前置分频前置分频P晶振晶振foPNfi第66页，共71页，编辑于2022年，星期三6.3.3 锁相环在频率合成器中的应用锁相环在频率合成器中的应用 锁相锁相频率合成器频率合成器设置前置混频器的频率合成器设置前置混频器的频率合成器鉴相器鉴相器低通滤波器低通滤波器压控振荡器压控振荡器可变分频可变分频Nfifo混频器混频器晶振晶振fofL+NfifLfo-fL第67页，共71页，编辑于2022年，星期三6.3.3 锁相环在
42、频率合成器中的应用锁相环在频率合成器中的应用 锁锁相频率合成器相频率合成器吞吐脉冲频率合成器吞吐脉冲频率合成器Nt(P+1)A鉴相器鉴相器低通滤波器低通滤波器压控振荡器压控振荡器可变分频可变分频Nfifo双模分频双模分频(P+1)晶振晶振fo模式控制模式控制可变分频可变分频AfoNtfi=(PN+A)fiP+P(N-A)=PN+ANA第68页，共71页，编辑于2022年，星期三6.3.3 锁相环在频率合成器中的应用锁相环在频率合成器中的应用 锁锁相频率合成器相频率合成器多环频率合成器多环频率合成器fa=NAfifB=NBfifAfofBfAfa/MPDLPFVCOA可变分频可变分频 NAfif
43、afo固定分频固定分频 MPDBPF混频混频PDLPFVCOB可变分频可变分频 NBALPFVCOCfABCfo-fB第69页，共71页，编辑于2022年，星期三6.3.3 锁相环在频率合成器中的应用锁相环在频率合成器中的应用 锁锁相频率合成器相频率合成器多环频率合成器多环频率合成器NA=300399fi100kHzNB=351397M=100D Df=fi1kHz第70页，共71页，编辑于2022年，星期三鉴相器练练习习题题：在在题题图图所所示示的的频频率率合合成成器器方方框框图图中中，fi为为高高稳稳定定度度晶晶体体振振荡荡器器产产生生的的标标准准频频率率，改改变变各各分分频频器器的的分分频频比比n1、n2、n3，就就可可改改变变环环路路的的输输出出频频率率，并并且且频频率率的的稳稳定定度度与与fi的稳定度相同。试导出输出频率的稳定度相同。试导出输出频率fo与输入频率与输入频率fi之间的关系式。之间的关系式。第71页，共71页，编辑于2022年，星期三