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1、第八章 反馈控制电路第1页，本讲稿共28页9.1 反馈控制系统的基本概念o一、加反馈控制系统的必要性（意义）1.作用：2.自动控制（调节）的基本参数o幅 度 增 益 AGC(Automatic Gain Control)o频率AFC(Automatic Frequency Control)o相位APC（Automatic Phase Control）第2页，本讲稿共28页二、反馈控制系统的基本原理：o1、反馈控制系统的方框图：第3页，本讲稿共28页2、控制过程：o1）设r（t）r0，当S(t)或可控设备特性变化：oS(t)S0 可控设备特性无变化，o总之，由于反馈控制作用，较大的参考信号变化和
2、输出信号变化，只引起小的误差信号变化。第4页，本讲稿共28页3、获得优良控制的条件：a.反馈信号变化和参数信号变化方向一致b.反馈信号通路增益越高，到达稳定后输出偏离预定值越小。第5页，本讲稿共28页4、反馈控制信号的特点：a.误差检测，控制信号的产生和校正全部自自动动完成。b.信号是根据误差信号进行调整的，系统的r(t),S(t)和被控特性的变化均能引起系统自动调整。c.系统自动调整能够减少误差的变化，但不能完全清除。（因有误差才能调整动态平衡）（存在静差剩余误差）第6页，本讲稿共28页8.2 自动增益控制（AGC）电路 oAGC自动增益控制：根据电路的输入电平变化，自动改变电路的增益使输出
3、电平基本维持一定值的一种反馈控制系统。oU0基本稳定：强信号，低增益。（弱信号，高增益）第7页，本讲稿共28页组成具有AGC电路的接收机框图第8页，本讲稿共28页AGC电压的产生(1)平均值式AGC电路分析：中频信号电压经检波后，除得到所需音频信号之外，还得到一个平均直流分量。音频信号由RL2两端取出。平均直流分量(反映了输入信号的幅度)从C3两端取出，经低通后，作为AGC电压，加到中放管上去控制中放的增益。第9页，本讲稿共28页(2)延迟式AGC电路V1、R7和C4组成AGC检波电路，运放A为直流放大器，UREF为延迟电平。当输入信号较小时，AGC不起作用。当输入信号较大时,AGC将起作用。
4、可见，该AGC电路具有延迟功能。第10页，本讲稿共28页3、实现AGC的方法(1)改变发射极电流IE(2)改变放大器负载由于放大器的增益与负载密切相关，因此通过改变负载就可以控制放大器的增益。(3)改变放大器的负反馈深度第11页，本讲稿共28页8.3 自动频率控制（AFC）nAFC的工作原理组成工作原理nAFC的应用调幅接收机中的AFC系统具有AFC电路的调频发射机第12页，本讲稿共28页AFC电路组成作用：自动控制振荡器频率稳定组成：鉴相器、低通滤波器和压控振荡器标准频率fr；输出频率fo；误差电压uD(t)；直流控制电压uC(t)。第13页，本讲稿共28页AFC工作原理压控振荡器的输出频率
5、fo与标准频率fr在鉴频器中进行比较，当fo=fr时，鉴频器无输出，压控振荡器不受影响；当fofr时，鉴频器即有误差电压输出，其大小正比于(fofr)，经低通滤波器滤除交流成分后，输出的直流控制电压uc(t)，加到压控振荡器上，迫使压控振荡器的振荡频率fo与fr接近，而后在新的振荡频率基础上，再经历上述同样的过程，使误差频率进一步减小，如此循环下去，最后fo和fr的误差减小到某一最小值f时，自动微调过程停止，环路进入锁定状态。第14页，本讲稿共28页AFC应用调幅接收机混频器输出的中频信号经中频放大器放大后，除送到包络检波器外，还送到限幅鉴频器进行鉴频。鉴频器中心频率调在fI上，它可将偏离中频
6、的频率误差变换成电压，该电压通过处理后加到VCO上，VCO振荡频率发生变化，使偏离中频的频率误差减小，直至达到要求。第15页，本讲稿共28页AFC应用调频发射机晶体振荡器提供标准频率fr，调频振荡器的中心频率为fc；鉴频器的中心频率调在(frfc)上。由于fr稳定度很高，当fc发生漂移时，混频器输出的频差也跟随变化，使限幅鉴频器输出电压发生变化，经滤波器后的误差电压加到调频振荡器上，调节其振荡频率使之中心频率稳定。第16页，本讲稿共28页8.4 锁相环路的基本原理o组成框图：o工作原理：nui(t)和VCO的uo(t)在PD（鉴相器）中进行比较，PD输出的误差电压ud(t)是二者相位差的函数。
7、如果两者频率相同，相位差恒定，则经LF后无输出；如果两者频率不同，则经LF后得到控制电压去控制VCO的振荡频率，直至环路进入“锁定”状态。第17页，本讲稿共28页锁相环路的性能分析o本讲内容：鉴相器的电路模型环路滤波器的电路模型压控振荡器的电路模型锁相环的相位模型及环路方程捕捉过程跟踪过程锁相环的基本特性第18页，本讲稿共28页鉴相器的电路模型：作用：是相位比较装置，用来比较参考信号与压控振荡器输出信号的相位，产生对应于这两个信号相位差的误差电压。o鉴相器框图 鉴相器的数学模型o分析：1.鉴相器的输出电压是ui(t)和uo(t)相位差的函数，利用理想的利用理想的模拟乘法器即可实现鉴相模拟乘法器
8、即可实现鉴相。2.典型的乘积型鉴相器中，鉴相器的低频分量输出为：3.乘积型鉴相器具有正弦规律的鉴相特性。第19页，本讲稿共28页环路滤波器的电路模型：作用：滤除误差电压中的高频分量及噪声，以保证环路所要求的性能，增加系统的稳定性。o常见环路滤波器的形式o环路滤波器的数学模型线性微分方程：其中，AF(p)为传递函数。第20页，本讲稿共28页压控振荡器的电路模型：作用：压控振荡器受环路滤波器输出电压的控制，使振荡频率向参考信号的频率靠拢，两者的差拍频率越来越低，直至两者相同、保持一个较小的剩余相差为止。o压控振荡器的总特性可用调频特性来表示：在一定范围内o与 uc(t)几乎成线性关系 有：o压控振
9、荡器的数学模型：p=d/dt为微分算子第21页，本讲稿共28页锁相环的相位模型及环路方程o锁相环的相位模型环路方程：非线性微分方程第22页，本讲稿共28页捕捉过程环路由失锁进入锁定的过程捕捉带(p)环路由失锁进入锁定所允许信号频率偏离r的最大值。捕捉时间(P)环路由失锁状态进入锁定状态所需的时间a.i 较小ud(t)能顺利通过LF得到uC(t)控制VCO环路锁定b.i较大 ud(t)通过LF有较大衰减 uC(t)较小经频率牵引过程时间长环路锁定c.i很大 ud(t)不能通过LF产生uC(t)VCO不受控环路失锁第23页，本讲稿共28页跟踪过程环路维持锁定的过程跟踪过程（同步过程）如果输入信号频
10、率i 或VCO振荡频率o 发生变化，则VCO振荡频率o跟踪i 而变化，维持o=i 的锁定状态，称为跟踪过程或同步过程。跟踪带（同步带）n能够维持环路锁定所允许的最大固有频差|i|，称为锁相环路的跟踪带或同步带。跟踪带（同步带）和环路滤波器的带宽及压控振荡器的频率控制范围有关。第24页，本讲稿共28页锁相环的基本特性o良好的窄带特性n环路相当于一个高频窄带滤波器，只让输入信号频率附近的频率成份通过o锁定后没有频差环路锁定后，通过环路本身固有积分环节的作用，输出信号与输入信号频率相等，没有剩余频差（有微小固定相差）自动跟踪特性n环路在锁定时，输出信号频率和相位能在一定范围内跟踪输入信号频率和相位的
11、变化第25页，本讲稿共28页锁相环路的应用：o1、在稳频技术中的应用：锁相倍频电路、锁相分频电路、锁相混频电路、频率合成器o2、在调制解调技术中的应用：锁相调频电路、锁相鉴频电路、调幅信号的同步检波o3、在空间技术中的应用：锁相接收机、测量飞行器的距离和多普勒频移第26页，本讲稿共28页本章小结oAGC电电路路是是接接收收机机的的重重要要辅辅助助电电路路之之一一，它它使使接接收收机机的的输输出出信信号号在在输输入入信号变化时能基本稳定，故得到广泛的应用。信号变化时能基本稳定，故得到广泛的应用。o自自动动频频率率控控制制(AFC)也也称称自自动动频频率率微微调调，是是用用来来控控制制振振荡荡器器
12、的的振振荡荡频频率率以以提提高高频率稳定度频率稳定度。o锁锁相相环环路路是是利利用用相相位位的的调调节节，以以消消除除频频率率误误差差的的自自动动控控制制系系统统，它它由由鉴鉴相相器器、环路滤波器、压控振荡器等组成。环路滤波器、压控振荡器等组成。o在在锁锁相相环环路路中中，由由失失锁锁进进入入锁锁定定的的过过程程称称为为捕捕捉捉过过程程；环环路路通通过过自自身身的的调调节节来来维维持持锁锁定定的的，称称为为跟跟踪踪过过程程。捕捕捉捉特特性性可可用用捕捕捉捉带带来来描描述述，跟跟踪踪特特性性可可用用同同步步带来描述。带来描述。第27页，本讲稿共28页作业：o8.1o8.2o8.3o8.6o8.7o8.9第28页，本讲稿共28页