高頻電子線路一章ppt課件

1、第第8 8章章 反響控制電路反響控制電路 8.1 概述概述 為了提高通訊和電子系統(tǒng)的性能目的，或者實(shí)現(xiàn)某些特定為了提高通訊和電子系統(tǒng)的性能目的，或者實(shí)現(xiàn)某些特定的要求，必需采用自動控制方式。由此，各種類型的反響控制的要求，必需采用自動控制方式。由此，各種類型的反響控制電路便應(yīng)運(yùn)而生了。電路便應(yīng)運(yùn)而生了。 反響控制電路可分為三類反響控制電路可分為三類 自動增益控制自動增益控制(Automatic Gain Control(Automatic Gain Control，簡稱，簡稱AGC) AGC) 自動頻率控制自動頻率控制(Automatic Frequency Control(Automatic

2、 Frequency Control，簡稱，簡稱AFC) AFC) 自動相位控制自動相位控制(Automatie Phase Control(Automatie Phase Control，簡稱，簡稱APC) APC) 自動相位控制電路又稱為鎖相環(huán)路自動相位控制電路又稱為鎖相環(huán)路(Phase Locked (Phase Locked LoopLoop，簡稱，簡稱PLL)PLL)，是運(yùn)用最廣的一種反響控制電路。，是運(yùn)用最廣的一種反響控制電路。 8.2 8.2 反響控制電路的根本原理與分析方法反響控制電路的根本原理與分析方法 在反響控制電路里，比較器、控制信號發(fā)生器、可控器件、在反響控制電路里，比

3、較器、控制信號發(fā)生器、可控器件、反響網(wǎng)絡(luò)四部分構(gòu)成了一個負(fù)反響閉合環(huán)路。反響網(wǎng)絡(luò)四部分構(gòu)成了一個負(fù)反響閉合環(huán)路。 比較器比較器 控制信控制信號發(fā)生器號發(fā)生器 可控器件可控器件反響網(wǎng)絡(luò)反響網(wǎng)絡(luò)參考信號參考信號 xr(t)反響信號反響信號 xf(t)誤差信號誤差信號 xe(t)控制信號控制信號 xc(t)輸出信號輸出信號 xy(t)輸入信號輸入信號 xi(t)根據(jù)參考信號的不同情況，反響控制電路的任務(wù)情況有兩種。根據(jù)參考信號的不同情況，反響控制電路的任務(wù)情況有兩種。 (1) (1) 參考信號參考信號xr(t)xr(t)不變，恒定為不變，恒定為xroxro(2) 參考信號參考信號xr(t)變化變化7

4、.2.2 7.2.2 數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型 將反響控制電路近似作為一個線性系統(tǒng)分析。由于直接采將反響控制電路近似作為一個線性系統(tǒng)分析。由于直接采用時域分析法比較復(fù)雜，所以采用復(fù)頻域分析法，根據(jù)反響控用時域分析法比較復(fù)雜，所以采用復(fù)頻域分析法，根據(jù)反響控制電路的組成方框圖，可畫出用拉氏變換表示的數(shù)學(xué)模型制電路的組成方框圖，可畫出用拉氏變換表示的數(shù)學(xué)模型 圖中圖中Xr(s)，Xe(s)，Xc (s)，Xi (s)，Xy(s)和和Xf (s)分別是，分別是，xr(t)，xe(t)，xc (t)，xi (t)，xy(t) 和和xf (t)的拉氏變換。的拉氏變換。 比較器輸出的誤差信號比較器輸出的誤差信號x

5、e(t)xe(t)通常與通常與xr(t)xr(t)和和xf (t)xf (t)的差值成正比，的差值成正比，設(shè)比例系數(shù)為設(shè)比例系數(shù)為kpkp，那么有，那么有 xe(t)= kpxr(t)-xf (t) 比較器比較器 控制信控制信號發(fā)生器號發(fā)生器可控器件可控器件反響網(wǎng)絡(luò)反響網(wǎng)絡(luò)參考信號參考信號 Xr(s)反響信號反響信號 Xf(s)誤差信號誤差信號 Xe(s)控制信號控制信號 Xc(s)輸出信號輸出信號 Xy(s)輸入信號輸入信號 Xi(s)kpH1(s)kcH2(s)寫成拉氏變換式，有寫成拉氏變換式，有Xe(s)= kpXr(s)-Xf (s) 可控器件作為線性器件，有可控器件作為線性器件，有

6、xy(t)= kc xc (t) kc是比例系數(shù)。寫成拉氏變換式，有是比例系數(shù)。寫成拉氏變換式，有Xy(s)= kc Xc (s) 實(shí)踐電路中普通都包括濾波器，其位置可歸納在控制信號發(fā)生器或反響實(shí)踐電路中普通都包括濾波器，其位置可歸納在控制信號發(fā)生器或反響網(wǎng)絡(luò)中，所以將這兩個環(huán)節(jié)看作線性網(wǎng)絡(luò)。其傳送函數(shù)分別為網(wǎng)絡(luò)中，所以將這兩個環(huán)節(jié)看作線性網(wǎng)絡(luò)。其傳送函數(shù)分別為 )()()(ec1sXsXsH )()()(yf2sXsXsH 閉環(huán)傳送函數(shù)閉環(huán)傳送函數(shù) )()(1)()()()(21cp1cpryTsHsHkksHkksXsXsH 誤差傳送函數(shù)誤差傳送函數(shù) )()(1)()()(21cppree

7、sHsHkkksXsXsH 8.3 8.3 自動增益控制電路自動增益控制電路 自動增益控制自動增益控制(AGC)(AGC)電路是某些電子設(shè)備特別是接納設(shè)備的重要輔助電路是某些電子設(shè)備特別是接納設(shè)備的重要輔助電路之一，其主要作用是使設(shè)備的輸出電平堅持為一定的數(shù)值。因此也稱電路之一，其主要作用是使設(shè)備的輸出電平堅持為一定的數(shù)值。因此也稱自動電平控制自動電平控制(ALC)(ALC)電路。電路。 AGC電路的任務(wù)原理電路的任務(wù)原理 1. 電路組成框圖電路組成框圖 輸入電壓輸入電壓 Ui比較器比較器 控制信控制信號發(fā)生器號發(fā)生器 可控增可控增益放大器益放大器低通濾波低通濾波參考電壓參考電壓 Ur反響電壓

8、反響電壓 Uf誤差電壓誤差電壓 ue控制電壓控制電壓 uc輸出電壓輸出電壓 Uykpk1Ag電平檢測電平檢測直流放大直流放大k2k3 設(shè)輸入信號振幅為設(shè)輸入信號振幅為Ui，輸出信號振幅為，輸出信號振幅為Uy，可控增益放大器增益為，可控增益放大器增益為Ag(uc)，是控制信號，是控制信號uc的函數(shù)，那么有的函數(shù)，那么有 Uy = Ag(uc)Ui 8.4 8.4 自動頻率控制自動頻率控制(AFC)(AFC)電路電路 AFC AFC電路也是一種反響控制電路。它與電路也是一種反響控制電路。它與AGCAGC電路的區(qū)別在于控制對象不電路的區(qū)別在于控制對象不同，同，AGCAGC電路的控制對象是信號的電平，

9、而電路的控制對象是信號的電平，而AFCAFC電路的控制對象那么是信號電路的控制對象那么是信號的頻率。其主要作用是自動控制振蕩器的振蕩頻率。的頻率。其主要作用是自動控制振蕩器的振蕩頻率。 AFC電路的組成和根本特性電路的組成和根本特性 AFC電路的組成電路的組成 頻率比較器頻率比較器 頻率比較器頻率比較器濾波器濾波器可控頻率電路可控頻率電路kpkcH(s)r y yueucUc(s)Ue(s)r(s)y(s) 頻率比較器的輸出誤差電壓頻率比較器的輸出誤差電壓ue與這兩個輸入信號的頻率差有關(guān)，而與這與這兩個輸入信號的頻率差有關(guān)，而與這兩個信號的幅度無關(guān)，兩個信號的幅度無關(guān)，ue為為ue= kp (

10、r-y)式中，式中，kpkp在一定的頻率范圍內(nèi)為常數(shù)，實(shí)踐上就是鑒頻跨導(dǎo)。在一定的頻率范圍內(nèi)為常數(shù)，實(shí)踐上就是鑒頻跨導(dǎo)。 常用的頻率比較電路有兩種方式：一是鑒頻器，二是混頻常用的頻率比較電路有兩種方式：一是鑒頻器，二是混頻- -鑒頻器。鑒頻器。 8.5 鎖相環(huán)路鎖相環(huán)路(PLL) 鎖相環(huán)路鎖相環(huán)路Phase locked loop縮寫縮寫PLL是一種相位自動是一種相位自動控制電路，其作用是實(shí)現(xiàn)環(huán)路輸出信號與輸入信號之間無誤差控制電路，其作用是實(shí)現(xiàn)環(huán)路輸出信號與輸入信號之間無誤差的頻率跟蹤，僅存在某一固定的相位差。的頻率跟蹤，僅存在某一固定的相位差。 PLL電路廣泛運(yùn)用于電路廣泛運(yùn)用于 精精密密

11、測測量量頻頻率率合合成成遙遙測測遙遙成成電電視視通通信信8.5.1 鎖相環(huán)的根本原理鎖相環(huán)的根本原理 一、鎖相環(huán)的組成部件一、鎖相環(huán)的組成部件 PLL是一個相位負(fù)反響系統(tǒng)，可對輸入信號的頻率與相位是一個相位負(fù)反響系統(tǒng)，可對輸入信號的頻率與相位實(shí)施跟蹤。實(shí)施跟蹤。 )()()(VCOLFPD壓壓控控振振蕩蕩器器環(huán)環(huán)路路濾濾波波器器鑒鑒相相器器三個根本部分構(gòu)成一個負(fù)反響環(huán)。三個根本部分構(gòu)成一個負(fù)反響環(huán)。 PD PD LF LFVCOvi(t)vd(t)vc(t)vo(t)i(t)o(t)e(t)vo(t) PD PD LF LFVCO1、鑒相器、鑒相器PD即即 )()()()(0ttftftvie

12、d PD PDvi(t)/ i(t)vo(t) /o(t)vd(t) /e(t)鑒相器是一個相位比較器，鑒相器是一個相位比較器， 輸出信號輸出信號 是兩個輸入信號是兩個輸入信號 )(tvd與與的相位差的相位差 e 的函數(shù)，的函數(shù)， vi(t)vo(t)正弦特性，三角波特性，鋸齒波特正弦特性，三角波特性，鋸齒波特性等，其中最根本的是正弦波特性，性等，其中最根本的是正弦波特性，它可用一個模擬乘法器與低通濾波它可用一個模擬乘法器與低通濾波器串接而成。器串接而成。e(t)vd(t)鑒相特性的方式有許多種，鑒相特性的方式有許多種，如如:乘法器乘法器低 通 濾低 通 濾波波PDvi(t)vo(t)vd(t

13、)假設(shè)設(shè)環(huán)路輸入信號：假設(shè)設(shè)環(huán)路輸入信號： )t (tsinV)t (viiimi PLL環(huán)輸出的反響信號：環(huán)輸出的反響信號： )t (tcosV2)t (tsinV)t (v00m000m00 經(jīng)過相乘，并濾除和頻分量，可得輸出的誤差電壓為：經(jīng)過相乘，并濾除和頻分量，可得輸出的誤差電壓為： )t(t)t(tsinVKV21)t(v00iim0imd esinkd 其中其中 )t ()t ()t (t)t (t2100iie )t (tt)t (i0i1 )t(ti0 )t()t(02 )(0i0 為輸入信號的瞬時相位差。為輸入信號的瞬時相位差。 )t(e 由上式可得鑒相器的數(shù)學(xué)模型，由上式可

14、得鑒相器的數(shù)學(xué)模型，如以下圖所示，如以下圖所示， 1(t)-2(t) sinkd) t (sinkvedd 另外，可以看出：另外，可以看出：當(dāng)當(dāng) 時，時， 6e)t (k)t (sinkvededd 2、環(huán)路濾波器、環(huán)路濾波器LF 環(huán)路濾波器具有低通特性，其主要作用是濾除鑒相器輸出環(huán)路濾波器具有低通特性，其主要作用是濾除鑒相器輸出端的高頻分量和噪聲，端的高頻分量和噪聲， 經(jīng)經(jīng)LF后得到一個平均電壓后得到一個平均電壓 用來用來控制控制VCO的頻率變化，常見的濾波器有以下幾種方式。的頻率變化，常見的濾波器有以下幾種方式。) t (vd)t (vcRCv dtvctRC積分濾積分濾波器波器v dtv

15、ct無源比例積無源比例積分濾波器分濾波器v dtvct有源比例積有源比例積分濾波器分濾波器 RC積分濾波器積分濾波器傳輸函數(shù)：傳輸函數(shù)： 1s1Rc1sRc1sc1Rsc1)s(V)s(V)s(Fdc R1CR2R1R2C-+無源比例積分濾波器無源比例積分濾波器 12212212s1s1RRsc1csR1sc1RRsc1R)s(F R1CR2vdtvct無源比例積分無源比例積分濾波器濾波器其中：其中： cR,c )RR(221211 , 通常通常R1R2有源比例積分濾波器有源比例積分濾波器1212121fss1csRcsR1Rsc1RZZ)s(F )s(V)s(F)s(Vdc 有有 假設(shè)將假設(shè)

16、將Fs中的中的s用微分算子用微分算子p替代，可寫出濾波器的輸出替代，可寫出濾波器的輸出電壓電壓 與輸入信號與輸入信號 之間的微分方程：之間的微分方程： ) t (vc) t (vd)t (v )p(F)t (vdc 其中其中 dtdp 為微分算子，為微分算子， 由上式可得環(huán)路濾波器的電由上式可得環(huán)路濾波器的電路模型如右圖所示。路模型如右圖所示。F(p) t (vd)t (v )p(F)t (vdc v dtvct有源比例積有源比例積分濾波器分濾波器R1R2C-+3、壓控振蕩器、壓控振蕩器VCO 壓控振蕩器：是瞬時頻率壓控振蕩器：是瞬時頻率 控制的振蕩器。控制的振蕩器。其控制特性可用壓控特性曲線

17、來描畫，如右圖所示。其控制特性可用壓控特性曲線來描畫，如右圖所示。 )t(v)t(cc受受電電壓壓 ovc(t)c)t(VKc00c 其中：其中： 0vVCOc0 在在：為為 時的固有振蕩頻率：時的固有振蕩頻率： SradK0：壓控靈敏度：壓控靈敏度 VSrad 由于由于VCO的輸出反響到鑒相器，而從鎖相環(huán)的控制造用的輸出反響到鑒相器，而從鎖相環(huán)的控制造用來看，來看，VCO對鑒相器起作用的不是其頻率而是相位，故對上對鑒相器起作用的不是其頻率而是相位，故對上式積分即可求出相位：式積分即可求出相位： t020t0c00c)t (tdt)t (vKtdt)t ( t0c0c02)t(vpKdt)t(

18、vK)t( 上式中：上式中： dtp1t0 為積分算子為積分算子 壓控振蕩器數(shù)學(xué)模型如右圖所示。壓控振蕩器數(shù)學(xué)模型如右圖所示。 KO/p)t (vc)t(2 F(p)1(t) e(t) sinkd KO/p2(t)t (sinkvedd ) t (v )p(F) t (vdc p) t (vK) t (co2 二、鎖相環(huán)路相位模型和根本方程二、鎖相環(huán)路相位模型和根本方程1、相位模型、相位模型 將上述鎖相環(huán)的三個根本部件的模型按環(huán)路組成框圖聯(lián)接起將上述鎖相環(huán)的三個根本部件的模型按環(huán)路組成框圖聯(lián)接起來，即可構(gòu)成鎖相環(huán)路相位模型，如以下圖所示：來，即可構(gòu)成鎖相環(huán)路相位模型，如以下圖所示： 2、根本方

19、程、根本方程 根據(jù)鎖相環(huán)路相位模型，可得到以相位方式表示的根本根據(jù)鎖相環(huán)路相位模型，可得到以相位方式表示的根本微分方程：微分方程： ) t () t (21e )t (sin)p(Fkkp1)t (p)t (vk)t (edo1c01 環(huán)路的微分方程為：環(huán)路的微分方程為：)t(p)t(sin)p(Fkk)t(p)t(sin)p(Fkk)t(p)t(p1ed0eed01e 或或3、環(huán)路任務(wù)的定性分析、環(huán)路任務(wù)的定性分析 設(shè)輸入信號為固定頻率的正弦信號即設(shè)輸入信號為固定頻率的正弦信號即 均為常量均為常量ii, 由于由于 i0i0i1tt )()t ( 有：有： 011)t(dtd)t(p 固有角頻

20、差固有角頻差 代入環(huán)路的微分方程可得：代入環(huán)路的微分方程可得：0ed0e)t (sin)p(Fkkdt)t (d 上式左邊第一項(xiàng)上式左邊第一項(xiàng) dt) t (de )t (e 環(huán)路的瞬時角頻差。環(huán)路的瞬時角頻差。 左邊第二項(xiàng)：左邊第二項(xiàng)： )t (sin)p(Fkked0 )t(p2 c0cc0)t (Vk 是是VCO受控制電壓受控制電壓Vc(t)的作用后輸出的瞬時角頻率的作用后輸出的瞬時角頻率 c 與固有振蕩頻率與固有振蕩頻率 o 之差，稱為控制角頻差。之差，稱為控制角頻差。 由以上分析可得：由以上分析可得： 0ce)t ( 結(jié)論：閉合環(huán)路中任何時辰滿足：結(jié)論：閉合環(huán)路中任何時辰滿足： 瞬時

21、頻差瞬時頻差+控制頻差控制頻差=固有頻差。固有頻差。 三、鎖相環(huán)路的任務(wù)原理三、鎖相環(huán)路的任務(wù)原理 設(shè)壓控振蕩器的固有振蕩頻率為設(shè)壓控振蕩器的固有振蕩頻率為 ,而當(dāng)環(huán)路閉合瞬間，外而當(dāng)環(huán)路閉合瞬間，外輸入信號角頻率輸入信號角頻率 與與 即不一樣也不相關(guān)，那么鑒相器輸出的即不一樣也不相關(guān)，那么鑒相器輸出的差拍電壓為：差拍電壓為：0 0 i )()()sin()(00tttktuiidd )()(sin00tttkid 失鎖形狀失鎖形狀 假設(shè)環(huán)路固有角頻差假設(shè)環(huán)路固有角頻差 環(huán)路低通濾波器的通頻帶環(huán)路低通濾波器的通頻帶 0 LFBW那么差拍電壓那么差拍電壓 將被濾除，而不能構(gòu)成控制電將被濾除，而不

22、能構(gòu)成控制電壓壓 )t(vd)t (vc壓控振蕩器輸出角頻率壓控振蕩器輸出角頻率 不變化即不變化即0 ,0c 那那么么 0e)t( 即：環(huán)路的瞬時頻差即：環(huán)路的瞬時頻差= 固有頻差固有頻差環(huán)路此時處于失鎖形狀。環(huán)路此時處于失鎖形狀。鎖定形狀鎖定形狀 由于由于 i 很接近很接近 0 ，所以，所以 c 很能夠擺動到很能夠擺動到 i 上，當(dāng)上，當(dāng) 0ci 時：相位差時：相位差 常常數(shù)數(shù) iciiett 假設(shè)假設(shè) 非常接近非常接近 ，即固有頻差，即固有頻差 ，那么差拍電壓，那么差拍電壓 不會被環(huán)路濾波器濾除而構(gòu)成控制電壓不會被環(huán)路濾波器濾除而構(gòu)成控制電壓 ，去控制壓，去控制壓控振蕩器，控振蕩器，VCO

23、產(chǎn)生中心頻率為產(chǎn)生中心頻率為 的調(diào)頻信號的調(diào)頻信號0 )(tuc)(tudLFOBW i 0 VCO的瞬時振蕩頻率的瞬時振蕩頻率 將以將以 為中心在一定范圍內(nèi)來回擺為中心在一定范圍內(nèi)來回擺動，即環(huán)路產(chǎn)生了控制頻差動，即環(huán)路產(chǎn)生了控制頻差 0 c c 此時鑒相器輸出電壓是一個較小的直流電壓，環(huán)路進(jìn)入鎖此時鑒相器輸出電壓是一個較小的直流電壓，環(huán)路進(jìn)入鎖定形狀。定形狀。牽引捕捉形狀牽引捕捉形狀 當(dāng)當(dāng) 介于上述兩者之間時，假設(shè)介于上述兩者之間時，假設(shè)VCO的瞬時的瞬時頻率頻率 圍繞圍繞 為中心擺動的范圍小，至使為中心擺動的范圍小，至使 不能夠不能夠擺動到擺動到 處時，環(huán)路不能立刻入鎖。此時處時，環(huán)路不

24、能立刻入鎖。此時VCO輸出的調(diào)輸出的調(diào)頻波，其調(diào)制頻率就是差拍頻率，與輸入信號頻波，其調(diào)制頻率就是差拍頻率，與輸入信號 經(jīng)鑒相器經(jīng)鑒相器PD鑒相，輸出一個正弦波與調(diào)頻波的差拍電壓：鑒相，輸出一個正弦波與調(diào)頻波的差拍電壓：Oi0 c 0 c i ivttsink)t(vcidd 假設(shè)令假設(shè)令: 0i 另有另有 )t (tt00c )t (tsink)t (v00dd 其中其中 0t )(toi0 顯然顯然 )(tvd不再是一個正弦電壓，而是一個上下不對稱的不再是一個正弦電壓，而是一個上下不對稱的差拍電壓；經(jīng)環(huán)路濾波后有直流電壓差拍電壓；經(jīng)環(huán)路濾波后有直流電壓 )(tvc加到加到VCO的的 控制端

25、，從而使控制端，從而使 )(00tvkcc 的偏移增大，使的偏移增大，使 c 更接更接 i ,上述過程繼續(xù)直到上述過程繼續(xù)直到 ic ，環(huán)路進(jìn)入鎖定形狀。，環(huán)路進(jìn)入鎖定形狀。 vdt跟蹤形狀跟蹤形狀當(dāng)環(huán)路已處于鎖定形狀后，假設(shè)當(dāng)環(huán)路已處于鎖定形狀后，假設(shè) )(tvi的頻率和相位的頻率和相位有稍變化時，有稍變化時， 例如：例如： ci 那那么么 ccdevv 000直到直到 ic ，形狀鎖定為止。，形狀鎖定為止。 evd同理假設(shè)同理假設(shè) ci 那那么么 ccdevv 000直到直到 ic ，形狀鎖定為止。，形狀鎖定為止。 cvc四、鎖相環(huán)性能分析四、鎖相環(huán)性能分析 鎖相環(huán)性能主要目的有：鎖相環(huán)性

26、能主要目的有： 同步帶寬同步帶寬 捕捉帶寬捕捉帶寬 穩(wěn)態(tài)相差穩(wěn)態(tài)相差H p )( e 1.同步帶寬同步帶寬 H 設(shè)環(huán)路已處于鎖定形狀，當(dāng)緩慢改動輸入信號頻率使固有頻設(shè)環(huán)路已處于鎖定形狀，當(dāng)緩慢改動輸入信號頻率使固有頻差值向正或負(fù)方向逐漸增大時，由于環(huán)路的本身調(diào)理作用，差值向正或負(fù)方向逐漸增大時，由于環(huán)路的本身調(diào)理作用，可以維持環(huán)路鎖定的最大頻差可以維持環(huán)路鎖定的最大頻差 稱為環(huán)路同步帶，記作稱為環(huán)路同步帶，記作。由于環(huán)路鑒頻特性對零點(diǎn)是對稱的，因此同步帶相對于。由于環(huán)路鑒頻特性對零點(diǎn)是對稱的，因此同步帶相對于也是對稱的。也是對稱的。om H o 2.捕捉帶寬捕捉帶寬 p 設(shè)鎖相環(huán)路處于失鎖形狀

27、，改動設(shè)鎖相環(huán)路處于失鎖形狀，改動 使固有頻差使固有頻差 減少減少,環(huán)路可以經(jīng)牽引捕獲而入鎖的最大固有頻差值環(huán)路可以經(jīng)牽引捕獲而入鎖的最大固有頻差值 稱為環(huán)路稱為環(huán)路捕捉帶捕捉帶 。通常。通常 。i o om p Hp 3穩(wěn)態(tài)相差穩(wěn)態(tài)相差 )( e 環(huán)路處于鎖定形狀時，存在著的固定相差稱為穩(wěn)態(tài)相位環(huán)路處于鎖定形狀時，存在著的固定相差稱為穩(wěn)態(tài)相位誤差誤差 。)( e 由方程：由方程： oed0e)t(sin)p(Fkkdt)t(d 環(huán)路鎖定意味著瞬時頻差為零，即環(huán)路鎖定意味著瞬時頻差為零，即 0)( dttde 此時此時 )0(sin)(1Fkkodoe 式中，式中， 為環(huán)路直流總增益，其值增大

28、可使為環(huán)路直流總增益，其值增大可使 減少。減少。 )0(Fkkod)( e 4鎖相環(huán)性能特點(diǎn)鎖相環(huán)性能特點(diǎn) 鎖相環(huán)路用作調(diào)頻信號解調(diào)時，與普通鑒頻器相比較，有鎖相環(huán)路用作調(diào)頻信號解調(diào)時，與普通鑒頻器相比較，有低門限信噪比特性。這是由于環(huán)路有反響控制造用，跟蹤相位低門限信噪比特性。這是由于環(huán)路有反響控制造用，跟蹤相位差小，降低了鑒相特性的非線形影響，從而改善了門限效應(yīng)。差小，降低了鑒相特性的非線形影響，從而改善了門限效應(yīng)。1 環(huán)路在鎖定形狀下無剩余頻差環(huán)路在鎖定形狀下無剩余頻差 鎖相環(huán)路對輸入的固定基準(zhǔn)頻率鎖定后，壓控振蕩器輸出鎖相環(huán)路對輸入的固定基準(zhǔn)頻率鎖定后，壓控振蕩器輸出頻率與基準(zhǔn)頻率的頻

29、差為零。環(huán)路輸出可做到無剩余頻差存在，頻率與基準(zhǔn)頻率的頻差為零。環(huán)路輸出可做到無剩余頻差存在，是一個理想的頻率控制系統(tǒng)。是一個理想的頻率控制系統(tǒng)。 2 鎖相環(huán)有良好的窄帶特性鎖相環(huán)有良好的窄帶特性 鎖相環(huán)具有窄帶特性，當(dāng)壓控振蕩器頻率鎖定在輸入頻率鎖相環(huán)具有窄帶特性，當(dāng)壓控振蕩器頻率鎖定在輸入頻率上時，僅位于輸入信號頻率附近的干擾成分能以低頻干擾的方上時，僅位于輸入信號頻率附近的干擾成分能以低頻干擾的方式進(jìn)入環(huán)路，而絕大多數(shù)的干擾會遭到環(huán)路低通濾波器的抑制式進(jìn)入環(huán)路，而絕大多數(shù)的干擾會遭到環(huán)路低通濾波器的抑制，從而減少了對壓控振蕩器的影響。，從而減少了對壓控振蕩器的影響。3 良好的跟蹤特性良好

30、的跟蹤特性 VCO的輸出頻率可以跟蹤輸入信號的變化，表現(xiàn)出良好的跟蹤的輸出頻率可以跟蹤輸入信號的變化，表現(xiàn)出良好的跟蹤特性。在接納有多普勒頻移的動目的時，這種特性尤為重要。特性。在接納有多普勒頻移的動目的時，這種特性尤為重要。 (4) 低門限特性低門限特性8.6 鎖相環(huán)的典型運(yùn)用鎖相環(huán)的典型運(yùn)用1、鎖相倍頻、鎖相倍頻 在鎖相環(huán)路的反響通道中插入分頻器就可構(gòu)成鎖在鎖相環(huán)路的反響通道中插入分頻器就可構(gòu)成鎖相倍頻電路。如以下圖所示：相倍頻電路。如以下圖所示： i(t) PD PD LF LFVCOvi(t)vo(t)o(t)o(t)/NN 當(dāng)環(huán)路鎖定時，鑒相器兩輸入信號頻率相等。當(dāng)環(huán)路鎖定時，鑒相器

31、兩輸入信號頻率相等。即有：即有：iiNN 00式中式中N為分頻器的倍頻比。為分頻器的倍頻比。 2、鎖相分頻：、鎖相分頻： 在鎖相環(huán)路中插入倍頻器就可構(gòu)成鎖相分頻電路。在鎖相環(huán)路中插入倍頻器就可構(gòu)成鎖相分頻電路。如以下圖所示：如以下圖所示： i(t) PD PD LF LFVCOvi(t)vo(t)o(t)No(t)N 當(dāng)環(huán)路鎖定時：當(dāng)環(huán)路鎖定時： NNiooi 式中式中N為倍頻器的倍頻次數(shù)。為倍頻器的倍頻次數(shù)。 3、鎖相混頻器、鎖相混頻器 設(shè)混頻器的本振信號頻率為設(shè)混頻器的本振信號頻率為L ，在，在Lo時混時混頻器的輸出頻率為頻器的輸出頻率為L-o，經(jīng)差頻放大器后加，經(jīng)差頻放大器后加到鑒相器上

32、。到鑒相器上。 當(dāng)環(huán)路鎖定時當(dāng)環(huán)路鎖定時 )()(iLooLi o(t)i(t)L(t) PD LF LFVCOvi(t)vo(t)|L(t)-o(t)| 混頻混頻差頻放大差頻放大4、頻率合成器、頻率合成器 頻率合成器是利用一個規(guī)范信號源的頻率來產(chǎn)生一頻率合成器是利用一個規(guī)范信號源的頻率來產(chǎn)生一系列所需頻率的技術(shù)。鎖相環(huán)路加上一些輔助電路后，系列所需頻率的技術(shù)。鎖相環(huán)路加上一些輔助電路后，就能容易地對一個規(guī)范頻率進(jìn)展加、減、乘、除運(yùn)算就能容易地對一個規(guī)范頻率進(jìn)展加、減、乘、除運(yùn)算而產(chǎn)生所需的頻率信號，且合成后的信號頻率與規(guī)范而產(chǎn)生所需的頻率信號，且合成后的信號頻率與規(guī)范信號頻率具有一樣的長期頻

33、率穩(wěn)定度及具有較好的頻信號頻率具有一樣的長期頻率穩(wěn)定度及具有較好的頻率純度，假設(shè)結(jié)合單片微機(jī)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)自動選頻和率純度，假設(shè)結(jié)合單片微機(jī)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)自動選頻和頻率掃描。頻率掃描。 鎖相式單環(huán)頻率合成器根本組成如以下圖所示：鎖相式單環(huán)頻率合成器根本組成如以下圖所示： 當(dāng)環(huán)路鎖定后，鑒相器兩路輸入頻率相等當(dāng)環(huán)路鎖定后，鑒相器兩路輸入頻率相等即：即： iooifMNfNfMf 當(dāng)當(dāng)N改動時，輸出信號頻率相應(yīng)為改動時，輸出信號頻率相應(yīng)為fi 的整數(shù)倍變化。的整數(shù)倍變化。 PD PD LF LFVCOvi(t)vo(t)fi(t)fo(t)fo(t)/N晶振晶振fi(t)/MN M 環(huán)環(huán)C例：以下圖為

34、三環(huán)式頻率合成器方框例：以下圖為三環(huán)式頻率合成器方框圖圖知：知： 397351,399300,100 BAiNNKHzf求輸出信號頻率范圍及頻率間隔求輸出信號頻率范圍及頻率間隔 環(huán)環(huán)A環(huán)環(huán)BPDPDLFLFVCOfi(t)fA(t)fA(t)/NAPDPDLFLFVCOfi(t)fB(t)fA(t)/NBPDPDLFLFVCO混頻混頻 帶通帶通fo(t)fc(t)fo-fBAN BN 100 解：解： iAAfNf iBBfNf 而而 iAAcfNff100100 而環(huán)路而環(huán)路C為混頻環(huán)，為混頻環(huán)，即當(dāng)環(huán)路鎖定時：即當(dāng)環(huán)路鎖定時： Bcfff 0有有 iBABcfNNfff)100(0 當(dāng)當(dāng)N

35、A=300，NB=351時，時， KHzf35400100)351100300(min0 當(dāng)當(dāng)NA=301，NB=351時，時， KHzf35401100)351100301(0 因此頻率間隔：因此頻率間隔： KHz1fffmin00 PDPDLFLFVCOfi(t)fA(t)fA(t)/NAPDPDLFLFVCOfi(t)fB(t)fB(t)/NBPDPDLFLFVCO混頻混頻帶通帶通fo(t)fc(t)fo-fBAN BN 100 而當(dāng)而當(dāng) =399， =397時輸出頻率最高。時輸出頻率最高。 ANBNKHz40099100)397100399(fmax0 所以，合成器的頻率范圍為：所以，合成器的頻率范圍為：35.440.099MHz5、鎖相環(huán)調(diào)頻