高頻電子線路--10

1、第十章第十章 反饋控制電路反饋控制電路 第三節(jié) 頻率合成器本章教學(xué)主要內(nèi)容：本章教學(xué)主要內(nèi)容：一了解反饋控制電路的三種基本形式及工作原理。二掌握鎖相環(huán)路的系統(tǒng)組成、電路模型、環(huán)路方程和工作原理。三掌握環(huán)路跟蹤特性的分析方法和結(jié)論。四了解集成鎖相環(huán)路的電路原理及其應(yīng)用。五掌握頻率合成器的概念、電路組成、工作原理和性能指標(biāo)。六了解DDS頻率合成器的工作原理和性能特點(diǎn)。本章教學(xué)基本要求：本章教學(xué)基本要求：第一節(jié) 概述第二節(jié) 自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路）上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 （三）組成：反饋控制電路可以看成由被控對(duì)象和反饋控制器兩部分組成的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)， 為系統(tǒng)的輸出量， 為系統(tǒng)

2、的輸入量，是反饋控制器的比較標(biāo)準(zhǔn)。 圖10-1 反饋控制電路的組成方框圖 （四）根據(jù)實(shí)際需要，每個(gè)反饋控制電路的 之間都具有確定的關(guān)系， 。若這一關(guān)系受到破壞，則反饋控制器能夠檢測(cè)出輸出量與輸入量的關(guān)系偏離 的程度，產(chǎn)生相應(yīng)的誤差量 ，加到被控對(duì)象上對(duì)輸出量 進(jìn)行調(diào)整，使 的關(guān)系接近或恢復(fù)到預(yù)定的關(guān)系 。 0RXX和0()RXg X0()RXg XeX0X0RXX和0()RXg X一、反饋控制電路的基本概念一、反饋控制電路的基本概念 （一）目的：為了提高通信系統(tǒng)的技術(shù)性能，或者實(shí)現(xiàn)某些特殊的高指標(biāo)要求，廣泛采用各種類型的反饋控制電路。（二）分類：通信系統(tǒng)中常用的有自動(dòng)振幅控制，自動(dòng)頻率控制和自

3、動(dòng)相位控制。0XRX上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出二、自動(dòng)振幅控制電路二、自動(dòng)振幅控制電路 （二）自動(dòng)振幅控制電路的被控量是電壓振幅，被控制對(duì)象是可控增益放大器。在反饋控制器中必須進(jìn)行振幅比較，利用誤差量去對(duì)輸出振幅進(jìn)行調(diào)整。 圖10-2 自動(dòng)增益控制方框圖 （三）由于被控對(duì)象是可控增益放大器，通常稱為自動(dòng)增益控制電路。放大器的輸入量 （不是控制環(huán)路的輸入量 ）與輸出量 的關(guān)系是 iuRuou02()eiuA u u其中， 是可控增益放大器在誤差電壓 控制下的放大倍數(shù)。 2()eA ueu（四）控制環(huán)路輸入量為 ，輸出量為 。 Ruu （一）用途：主要用于接收機(jī)中，使整機(jī)在輸入振幅變化時(shí)，保持輸出電壓振

4、幅不變。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出三自動(dòng)頻率控制電路三自動(dòng)頻率控制電路 （二）自動(dòng)頻率控制電路的被控量是頻率，被控對(duì)象是壓控振蕩器（VCO）。在反饋控制器中必須對(duì)振蕩頻率進(jìn)行比較，利用誤差量對(duì)VCO的輸出頻率進(jìn)行調(diào)整。 （三）壓控振蕩器輸出電壓的頻率受控制，而 是壓控振蕩器的輸出頻率 與比較標(biāo)準(zhǔn)頻率 經(jīng)鑒頻器比較產(chǎn)生誤差電壓 經(jīng)放大后得到的控制電壓。 cu0Reu（四）控制環(huán)路的輸入量為 ，輸出量為 。R0圖10-3 自動(dòng)頻率控制方框圖 （一）用途：主要用于電子設(shè)備中保證振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出（一）用途：在通信系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)頻率合成、頻率

5、跟蹤等許多功能。四自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路）四自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路） （三）壓控振蕩器輸出電壓的相位受 的控利。而 是壓控振蕩器的輸出相位 與環(huán)路輸入相位 經(jīng)鑒相器產(chǎn)生誤差電壓 經(jīng)環(huán)路濾波器后得到的控制電壓。 cucuvReu （二）鎖相環(huán)路的被控量是相位，被控對(duì)象是壓控振蕩器（VCO）。在反饋控制器中對(duì)振蕩相位進(jìn)行比較，利用誤差量對(duì)VCO的輸出相位進(jìn)行調(diào)整。（四）控制環(huán)路的輸入量為 ，輸出量為 Rv圖10-4 自動(dòng)相位控制方框圖第一節(jié)第一節(jié) 概述概述上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路）自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路） 1、功能：比較輸入信號(hào)的相位和VCO輸出信號(hào)

6、的相位，其輸出電壓與兩個(gè)信號(hào)的相位差成正比。一、鎖相環(huán)路的基本原理一、鎖相環(huán)路的基本原理圖10-5等效鑒相器3、鑒相特性( )sin( )RRmRRutUtt0( )cos( )rVmVu tUtt其中， 是環(huán)路輸入電壓； 是壓控振蕩器輸出電壓反饋給鑒相器的輸入電壓。 ( )Rut( )vu t 由于要比較兩電壓的相位，需要取一個(gè)相同的參考相位。以 時(shí)，壓控振蕩器的振蕩頻率 確定的相位 為參考相位，則 ( )0cu t 00t00001( )sin()( )sin( )sin( )RRmRRRmoRRmutUtttUtttUtt式中， 稱為輸入信號(hào)以相位 為參考的瞬時(shí)相位。10( )()( )

7、RRttt0t（一）鑒相器及其相位模型2、實(shí)現(xiàn)電路：模擬乘法器 設(shè)鑒相器的輸入信號(hào)電壓分別為上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出經(jīng)相乘器，其輸出電壓為 010011( )( )sin( )cos( )11sin2( )( )sin( )( )22MRvMRmvmvMRmvmvMRmvmvK ut u tK Utt UttK UUtttK UUtt式中， 為乘積系數(shù)，單位 。由于環(huán)路中有環(huán)路濾波器，只允許低頻分量通過(guò)。高頻分量在環(huán)路中不起作用，可認(rèn)為乘法器輸出只有低頻分量，則 MK1/ v11( )sin ( )( )2dMRmvmvutK UUtt令 為鑒相器的最大輸出電壓， 為鑒相器輸入信號(hào)的瞬時(shí)相位差。則

8、 12dMRmvmKK UU1( )( )( )evttt( )sin( )ddeutkt即乘法器作為鑒相器的鑒相特性是正弦特性。 圖10-6鑒相特性曲線第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路）自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路） 上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出4、鑒相器的相位模型 圖10-7 鑒相器的相位模型第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路）自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路） 上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出（二）壓控振蕩器（VCO）及其相位模型 1、功能：它是一種電壓頻率變換器，振蕩頻率 受電壓 的控制 ( )vt( )cu t2、壓控振蕩器的頻率與電壓關(guān)系 圖10-8壓控振蕩器調(diào)頻特性 圖10-8是VCO的頻率與

9、電壓關(guān)系特性。在一定范圍內(nèi)， 與 可認(rèn)為是線性關(guān)系。 vcu0( )( )vvctk u t式中， 是 時(shí)，壓控振蕩器的固有振蕩頻率。 是壓控振蕩器調(diào)頻特性的斜率，即單位控制電壓產(chǎn)生的角頻率變化的大小，也稱壓控靈敏度 。0( )0cu t vk(rad/s v)第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路）自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路） 上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出3、壓控振蕩器輸出電壓相位與控制電壓的關(guān)系。0100( )( )ttvct dttku t dt而以 為參考相位的輸出瞬時(shí)相位為 0t0( )( )tvvctku t dt4壓控振蕩器的相位模型 即 正比于控制電壓 的積分。說(shuō)明壓控振蕩器在鎖相環(huán)

10、路中的作用是積分環(huán)節(jié)。用微分算子 表示，可得 ( )vt( )cu t/pd dt( )( )vvcktu tp圖10-9 壓控振蕩器的相位模型 壓控振蕩器輸出電壓的瞬時(shí)總相位為 第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路）自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路） 上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出3、RC濾波器的傳輸函數(shù)。 圖10-10RC濾波器1( )11( )1( )11cFdu sscksusSRCSRsc（三）環(huán)路濾波器及其相位模型 1、功能：環(huán)路濾波器是低通濾波器，濾除鑒相器輸出的高頻部分，并抑制噪聲，提高環(huán)路的穩(wěn)定性。 2、電路形式：常用有RC濾波器、無(wú)源比例積分濾波器和有源比例積分濾波器。第二節(jié)第二節(jié) 自

11、動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路）自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路） 上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出4、無(wú)源比例積分濾波器的傳輸函數(shù) 圖10-11無(wú)源比例積分濾波器2212121( )1( )1( )1()cFdRu sSscksusSRRsc式中， 1122,RCR C5、有源比例積分濾波器的傳輸函數(shù) 圖10-12有源比例積分濾波器第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路）自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路） 上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出設(shè)運(yùn)算放大器的差模輸入電阻 ，則 1idRR2112(1)( )1()uFuAsKSsA 式中， 1122,RCR C6、環(huán)路濾波器輸出與輸入的關(guān)系 ( )( )( )cFdu tKP u t7、

12、環(huán)路濾波器的數(shù)學(xué)模型 圖10-13環(huán)路濾波器數(shù)學(xué)模型（四）鎖相環(huán)路的相位模型和基本方程1、鎖相環(huán)路的相位模型第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路）自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路） 上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出圖10-14 鎖相環(huán)路的相位模型 2、鎖相環(huán)路的基本方程（相位控制方程） 111( )( )( )( )( )sin( )evdvFettttk k kptp（1） 是鑒相器的輸入信號(hào)與VCO輸出信號(hào)之間的瞬時(shí)相位差； ( )et （2） 是控制相位差。它是 通過(guò)閉環(huán)逐級(jí)處理得到的相位控制量； 1( )sin( )dvFek k kptp( )et （3）相位控制方程描述了環(huán)路相位的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系，

13、即任何時(shí)刻，環(huán)路的瞬時(shí)相位差和控制相位差的代數(shù)和等于輸入信號(hào)以相位 為參考的瞬時(shí)相位。 0t第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路）自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路） 上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出3、鎖相環(huán)路的頻率動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系 將相位控制方程對(duì)時(shí)間微分可得頻率動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系。因?yàn)?，可得 /pd dt1( )( )( )sin( )edvFeptptk k kpt也可改寫為 1( )( )sin( )( )edvFeptk k kptpT （1） 是壓控振蕩器的振蕩角頻率偏離輸入信號(hào)的角頻率的數(shù)值 ，稱為瞬時(shí)角頻差； ( )ept0( )Rvt （2） 是壓控振蕩器在控制電壓 作用下的振蕩角頻率 偏離 的數(shù)

14、值 ，稱為控制角頻差； ( )sin( )dvFek k kpt( )( )sin( )cdFeu tk kpt( )vt00( )vt（3） 是輸入信號(hào)角頻率 偏離 的數(shù)值 ，稱為輸入固有角頻差； 1( )pt0R00R （4）環(huán)路閉合后的任何時(shí)刻，瞬時(shí)角頻差和控制角頻差的代數(shù)和恒等于輸入固有角頻差。 0第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路）自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路） 上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出二、環(huán)路二、環(huán)路“鎖定鎖定”的基本概念的基本概念 （一）環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)的過(guò)程 當(dāng)環(huán)路輸入一個(gè)頻率和相位不變的信號(hào) 時(shí)，根據(jù)以 為參考相位可得 00( )sin()RRmRRutUw t0t00000

15、110001000( )sin()sin( )( )()( )RRmRRRmRRRutUttUttttpt 根據(jù)環(huán)路方程可得 0( )( )sin( )edvFeptk k kpt 0000( ) ( )RvvRtt瞬時(shí)角頻差控制角頻差固有角頻差 1、當(dāng)環(huán)路閉合瞬間 ，則 ，無(wú)控制角頻差，此時(shí)環(huán)路的瞬時(shí)角頻差等于輸入固有角頻差。 ( )0cu t 0( )vt 2、隨著時(shí)間 的增加，有控制電壓產(chǎn)生,控制角頻差就產(chǎn)生。隨著控制角頻差的增大，瞬時(shí)角頻差就減小，二者之和等于輸入固有角頻差。 3、當(dāng)控制角頻差隨著時(shí)間 的增加到等于輸入固有角頻差時(shí)，瞬時(shí)角頻差為零，即 。這時(shí) 是一固定值，不隨時(shí)間變化。

16、若能一直保持下去，則認(rèn)為進(jìn)入鎖定狀態(tài)。 ( )0elimpt( )ettt第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路）自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路） 上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出（二）環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)的特點(diǎn) 1、壓控振蕩器輸出電壓的角頻率 等于輸入信號(hào)角頻率 ，即無(wú)剩余頻差， 。 ( )vt0R( )0ep 2、環(huán)路鎖定后，壓控振蕩器輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間只存在一個(gè)固定的穩(wěn)態(tài)相位差，即剩余相位差 為一固定值。 ( )e3、環(huán)路處于鎖定狀態(tài)時(shí)，鑒相器的輸出電壓為直流 ( )sin( )ddeutk4、環(huán)路處于鎖定狀態(tài)時(shí)，因?yàn)?為直流，則 ( )dut0(0)sindvFek k k 00arcsinarcs

17、in(0)edvFpk k kk式中， 為環(huán)路的直流總增益，單位 。 (0)pdvFkk k krad/s第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路）自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路） 上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出三、鎖相環(huán)路跟蹤特性三、鎖相環(huán)路跟蹤特性 鎖相環(huán)路鎖定后，若輸入信號(hào)的頻率或相位發(fā)生變化，環(huán)路通過(guò)閉環(huán)調(diào)節(jié)，來(lái)維持鎖定狀態(tài)的過(guò)程稱跟蹤。跟蹤性能是表示環(huán)路跟隨輸入信號(hào)頻率或相位變化的能力。 分析跟蹤特性的依據(jù)是環(huán)路的開(kāi)環(huán)、閉環(huán)及誤差傳遞函數(shù)。 1、開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù) 0( )HS開(kāi)環(huán)條件下，壓控振蕩器輸出端得到 的與誤差相位 之比。 ( )vs( )es0( )( )( )( )vdvFesk k ksH

18、SsS2、閉環(huán)傳遞函數(shù) ( )H s閉環(huán)條件下，壓控振蕩器輸出信號(hào)相位 與輸入信號(hào)相位 之比。 ( )vt1( ) s1( )( )( )( )( )vdvFdvFsk k ksH SsSk k ks3、誤差傳遞函數(shù) ( )eHs11( )( )( )1( )( )( )evedvFsssHssssk k ks 鎖相環(huán)路是相位傳輸系統(tǒng)，傳輸函數(shù)中的S表示輸入輸出信號(hào)相位變化的頻率，而不是輸入輸出信號(hào)的載頻。 （一）什么是跟蹤特性？（二）環(huán)路的傳遞函數(shù)第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路）自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路） 上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出 （三）衡量鎖相環(huán)路跟蹤性能好壞的指標(biāo)是跟蹤相位誤差，

19、即相位誤差函數(shù) 的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。 ( )et1、瞬態(tài)響應(yīng)描述跟蹤速度的快慢及跟蹤過(guò)程中的相位誤差波動(dòng)的大小。t （四）瞬態(tài)相位誤差 ( )et1、線性跟蹤過(guò)程的瞬態(tài)誤差求解步驟 （1）求出輸入信號(hào) 的拉氏變換 ； 1( ) t1( ) s（2）用 求得環(huán)路相差的拉氏變換 ；1( )( ) ( )eesH ss（3）將 進(jìn)行拉氏反變換求得 ，則可求得瞬態(tài)誤差隨時(shí)間變化規(guī)律。 ( )es( )et2、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)是當(dāng) 時(shí)的相位差，表征系統(tǒng)的跟蹤精度。第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路）自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路） 上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出2、瞬態(tài)誤差分析（1）輸入信號(hào)的頻率在 時(shí)，有一階躍變化

20、， 0t 100( )0ttt其輸入相位變化為 。其拉氏變換為 1( ) tt 12( ) sS（2）對(duì)于環(huán)路濾波器為理想積分濾波器時(shí)，其環(huán)路的 ，則 1( )( )eesHss22( )2ennsss（3）求 的拉氏反變換 ( )es( )et221( )sin( 1)1ntenntt e ( )()ntenntt e221( )sin(1)1ntenntt e01當(dāng)時(shí)1當(dāng)時(shí)1當(dāng)時(shí)其特性曲線如圖10-15 圖10-15 理想二階環(huán)頻率階躍瞬態(tài)相位誤差 以理想二階環(huán)對(duì)于頻率躍變信號(hào)為例進(jìn)行分析第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路）自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路） 上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出3、結(jié)論

21、（1）鎖相環(huán)路的瞬態(tài)過(guò)程的性質(zhì)由環(huán)路阻尼系數(shù) 決定。111（五）穩(wěn)態(tài)相位誤差 1、穩(wěn)態(tài)相位誤差是描述環(huán)路最終能否跟蹤輸入信號(hào)的相位變化及跟蹤精度與環(huán)路參數(shù)之間的關(guān)系。 2、穩(wěn)態(tài)相位差 的求解 ( )e（1）從 的表示式，令 即可求出 ( )ett ( )lim( )eett （5）環(huán)路在達(dá)到穩(wěn)定前，相位誤差在穩(wěn)定值上下擺動(dòng)，在變化過(guò)程中最大的瞬態(tài)相位誤差稱為過(guò)沖量。過(guò)沖量不能太大，否則環(huán)路將趨于不穩(wěn)定。 越小，過(guò)沖量越大，環(huán)路穩(wěn)定性差。兼顧小的穩(wěn)態(tài)相位誤差和小的過(guò)沖量， 一般選0.707比較合適。（4）當(dāng) 時(shí)，環(huán)路處于臨界阻尼狀態(tài)，其瞬態(tài)過(guò)程沒(méi)有振蕩。 （3）當(dāng) 時(shí)，瞬態(tài)過(guò)程按指數(shù)衰減，有可能

22、有過(guò)沖，但不會(huì)在穩(wěn)態(tài)值附近多次擺動(dòng)，環(huán)路處于過(guò)阻尼狀態(tài)。（2）當(dāng) 時(shí)，瞬態(tài)過(guò)程是衰減振蕩，環(huán)路處于欠阻尼狀態(tài)。（2）利用拉氏變換的終值定理，直接從 求出 1( )( )eesHss 1( )lim( )limeeetstsHss 第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路）自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路） 上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出3結(jié)論 （1）同環(huán)路對(duì)不同輸入的跟蹤能力不同， 意味著環(huán)路不能跟蹤。( )e （4）I型環(huán)跟蹤輸入相位階躍無(wú)穩(wěn)態(tài)相差，跟蹤頻率階躍有固定的穩(wěn)態(tài)相差，不能跟蹤頻率斜升。型環(huán)跟蹤相位躍變和頻率階躍均無(wú)穩(wěn)態(tài)相差，跟蹤頻率斜升有固定的穩(wěn)態(tài)相差。型環(huán)跟蹤相位階躍、頻率階躍和頻率斜升均無(wú)穩(wěn)

23、態(tài)相差。（3）對(duì)于二階環(huán)，同一輸入的跟蹤能力與環(huán)路的“型”有關(guān)?！靶汀痹礁吒櫨仍礁?。 （2）同一輸入，采用不同的環(huán)路濾波器的環(huán)路的跟蹤性能不同。環(huán)路濾波器對(duì)改善環(huán)路性能的作用很大。第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路）自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路） 上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出（六）鎖相環(huán)路的頻率特性。()H j圖10-16 閉環(huán)傳遞函數(shù)的幅頻特性 1()() ()vjH jj 2、通常用閉環(huán)傳遞函數(shù) 的頻率特性（幅頻特性、相頻特性）來(lái)描述鎖相環(huán)的頻率特性。 1、鎖相環(huán)路的頻率特性是當(dāng)輸入信號(hào)的相角變化頻率不同時(shí)，輸出和輸入相位間的振幅和相位關(guān)系。第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路）自動(dòng)相

24、位控制電路（鎖相環(huán)路） 上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出圖10-17 理想積分濾波器的二階環(huán)路的幅頻特性 3、對(duì)于理想積分濾波器的二階環(huán)路的頻率特性 22222 () 12()()()2()1 () 2 ()nnnnnnnjjH jjjj 可得 22 221 (2)()1 () (2)2()arctan(2)arctan1 ()2nnnnnnH jj 圖10-17給出了不同的 值時(shí)， 與 的關(guān)系曲線。它具有低通濾波特性。 越小，低通特性的峰起越嚴(yán)重，截止速度越快。而 越大，低通特性越平坦，但衰減變慢。 20lg()H jn令 ，可得此低通特性的帶寬 ()1/2H j 12222321(21)1dBn 可見(jiàn)

25、，帶寬與 有關(guān)。 第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路）自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路） 上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出四、鎖相環(huán)路的應(yīng)用四、鎖相環(huán)路的應(yīng)用 （一）鎖相環(huán)路的主要特點(diǎn)（二）鎖相環(huán)路的應(yīng)用舉例 1、鎖相倍頻電路 特點(diǎn)：輸出信號(hào)頻率 ；頻率純度高。0iN1、良好的跟蹤特性2、良好的窄帶濾波特性3、鎖定狀態(tài)無(wú)剩余頻差4、易于集成化第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路）自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路） 上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出2、鎖相分頻電路 圖10-19 鎖相分頻電路方框圖 3、鎖相混頻電路 圖10-20 鎖相混頻電路方框圖 特點(diǎn)： 02020202ii時(shí)，；時(shí)，第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)相位控制電路（鎖

26、相環(huán)路）自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路） 上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出4、鎖相調(diào)頻電路 特點(diǎn)：環(huán)路濾波器為窄帶，保證載波頻率穩(wěn)定度高。調(diào)制信號(hào)頻譜處于濾波器帶寬之外，環(huán)路對(duì)調(diào)制信號(hào)的頻率變化不起控制作用。 圖10-21 鎖相調(diào)頻電路方框圖 5、鎖相調(diào)頻解調(diào)電路 圖10-21 鎖相調(diào)頻解調(diào)電路方框圖 特點(diǎn)：環(huán)路濾波器為寬帶，使VCO的輸出電壓的頻率能跟蹤輸入信號(hào)的頻率變化。 第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路）自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路） 上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出6、鎖相調(diào)相解調(diào)電路 圖10-22 鎖相調(diào)相解調(diào)電路方框圖 特點(diǎn)：環(huán)路濾波器為窄帶，壓控振蕩器只跟蹤調(diào)相信號(hào)的載頻。 第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)相位控制

27、電路（鎖相環(huán)路）自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路） 上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出7、窄帶跟蹤接收機(jī)（鎖相接收機(jī)） 特點(diǎn)：圖10-23 窄帶跟蹤接收機(jī)方框圖 （1）環(huán)路濾波器為窄帶，VCO輸出頻率是接收機(jī)的本振頻率，比接收的調(diào)頻信號(hào)的載頻高一個(gè)中頻。本振頻率跟蹤載頻變化，始終高一個(gè)中頻。（3）由于帶寬窄，環(huán)路的捕捉帶小，需增加頻率捕捉電路。（2）由于帶寬窄，提高了接收機(jī)的信噪比，靈敏度高。第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路）自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)路） 上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出第三節(jié)第三節(jié) 頻率合成器頻率合成器一、頻率合成器的分類及主要技術(shù)指標(biāo)一、頻率合成器的分類及主要技術(shù)指標(biāo) （一）什么是頻率合成？1、工

28、作頻率范圍2、頻率間隔3、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間4、頻率穩(wěn)定度與準(zhǔn)確度5、頻譜純度（三）主要技術(shù)指標(biāo)可分為直接頻率合成器、鎖相頻率合成器和直接數(shù)字頻率合成器。（二）分類 頻率合成是利用一個(gè)（或幾個(gè)）高準(zhǔn)確度和高穩(wěn)定度的基準(zhǔn)頻率，通過(guò)一定的變換與處理后，形成一系列等間隔的離散頻率。這些離散頻率的頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度都與基準(zhǔn)頻率相同，而且能在很短的時(shí)間內(nèi)，由某一頻率切換到另一頻率。上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出二、直接頻率合成器二、直接頻率合成器 （一）直接頻率合成的基本原理（二）一個(gè)基準(zhǔn)源的直接頻率合成器 圖10-24 直接式頻率合成器之一 1、圖10-24是直接頻率合成器的基本組成。 2、基準(zhǔn)頻率 由晶體振蕩器提供

29、。 Rf3、輸出頻率 1120112()RMMMffNNN 采用一個(gè)或多個(gè)不同頻率的晶體振蕩器作為基準(zhǔn)信號(hào)源，經(jīng)過(guò)具有加、減、乘、除四則運(yùn)算功能的混頻器、倍頻器、分頻器和具有選頻功能的濾波器的不同組合來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率合成。 第三節(jié)第三節(jié) 頻率合成器頻率合成器上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出（三）由諧波發(fā)生器提供基準(zhǔn)頻率的直接頻率合成器 1、晶振通過(guò)分頻和諧波發(fā)生器產(chǎn)生09MHz的10個(gè)基準(zhǔn)頻率。 2、 是單刀10擲開(kāi)關(guān)，各有10個(gè)結(jié)點(diǎn)，分別接到諧波發(fā)生器的10個(gè)輸出端上。123sss、 、3、改變 的位置可以得到 。輸出頻率范圍為10.099.9MHz，頻率間隔為100KHz。123sss、 和10321010

30、ffff圖10-25 直接式頻率合成器之二 （四）直接式頻率合成器的優(yōu)缺點(diǎn)1、直接頻率合成器的優(yōu)點(diǎn)是頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間較短，能產(chǎn)生任意小的頻率間隔。 2、缺點(diǎn)是頻率范圍有限，離散頻率點(diǎn)不能太多。采用大量倍頻、分頻和混頻器，使輸出的寄生頻率成分和相位噪聲加大，而且體積大、成本高。第三節(jié)第三節(jié) 頻率合成器頻率合成器上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出三、鎖相頻率合成器三、鎖相頻率合成器 （一）鎖相頻率合成器的基本組成與特點(diǎn)（二）典型的鎖相頻率合成器 圖10-26 典型的鎖相頻率合成器原理框圖 2、系統(tǒng)簡(jiǎn)單，輸出頻率頻譜純度高，能得到大量離散頻率，且有多種大規(guī)模集成鎖相頻率合成器的成品可供選用。1、鎖相頻率合成器是由基準(zhǔn)

31、頻率產(chǎn)生器和鎖相環(huán)路（含分頻器）兩部分組成。第三節(jié)第三節(jié) 頻率合成器頻率合成器上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出1、基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生器產(chǎn)生的 送給鑒相器作為參考輸入頻率。Rf 2、壓控振蕩器的輸出信號(hào)先通過(guò)程序分頻器進(jìn)行N次分頻后，再送給鑒相器與參考輸入信號(hào)進(jìn)行相位比較。 3、環(huán)路鎖定后，輸出頻率 0RfNf 4、分頻比N由輸入的數(shù)字信號(hào)控制?？梢圆捎貌⑿休斎?、串行輸入和四位數(shù)據(jù)總線輸入之一的數(shù)字信號(hào)控制方式。 5、圖10-27是利用中規(guī)模鎖相頻率合成器MC145106與低通濾波器、壓控振蕩器組成的頻率合成器。 圖10-27 MC145106組成頻率合成器 第三節(jié)第三節(jié) 頻率合成器頻率合成器上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出

32、 （1）10.24MHz的晶體與片內(nèi)的反相放大器組成電容三點(diǎn)式振蕩器，振蕩頻率為10.24MHz，送給參考分頻器。 （2）參考分頻器由一個(gè)2電路和 電路組成，由FS（6）端控制。若FS=“1”，參考分頻比為 ，則 。若FS=“0”，參考分頻比為 ，則 。本電路的FS=“0”，故 。210RfKH25RfKH25RfKH （3）程序分頻器（N計(jì)數(shù)器）輸入端2連接到VCO的輸出端。分頻比是由9位二進(jìn)制輸入來(lái)控制，其分頻比N=3511。輸入懸空時(shí)，為邏輯“0”，接高電平時(shí)，為邏輯“1”。本電路 ，即15KHz2555KHz，頻率間隔為5 KHz。 0RfNf （4）此電路的缺點(diǎn)是輸出信號(hào)頻率受程序分

33、頻器上限工作頻率的限制，不能做得很高。 91022102112第三節(jié)第三節(jié) 頻率合成器頻率合成器上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出（三）帶高速前置分頻器的鎖相頻率合成器。 圖10-28 具有高速前置分頻器的頻率合成器 1、采用上限頻率高的高速前置分頻器M，可以降低程序分頻器的工作頻率M倍，能解決程序分頻器上限頻率不高的矛盾。 2、壓控振蕩器的輸出信號(hào)頻率 。由于M是一固定值，則頻率間隔為 ，比沒(méi)有前置分頻器的要大M倍。 0RfMNfRMf（四）雙模前置分頻鎖相頻率合成器圖10-29 吞脈沖可變分頻器原理圖 1、為解決高的VCO輸出頻率和低速程序分頻器的矛盾，并保證合適的頻率間隔，可采用雙模前置分頻器的鎖相頻

34、率合成器，又稱吞脈沖鎖相頻率合成器。第三節(jié)第三節(jié) 頻率合成器頻率合成器上一頁(yè)下一頁(yè)首頁(yè)退出2、吞脈沖可變分頻器 （1）雙模前置分頻鎖相頻率合成器的分頻器是由高速雙模前置分頻器（p/p+1）、吞脈沖計(jì)數(shù)器A，程序計(jì)數(shù)器N和模式控制邏輯電路組成。 （2）A計(jì)數(shù)器和N計(jì)數(shù)器均為減法計(jì)數(shù)器。 （3）雙模前置分頻的分頻比受控制邏輯電路換模信號(hào)MC控制，MC為低電平“0”，分頻比為P+1。MC為高電平“1”，分頻比為P。 （4）工作過(guò)程：先預(yù)置A計(jì)數(shù)器為A，N計(jì)數(shù)器為N。起始MC為“0”，雙模分頻器分頻比為P+1。此時(shí)每輸入（P+1）個(gè)VCO脈沖，雙模分頻器輸出一個(gè)脈沖，該脈沖同時(shí)送到A計(jì)數(shù)器和N計(jì)數(shù)器進(jìn)行減法計(jì)數(shù)。當(dāng)雙模分頻器輸出A個(gè)脈沖，也就是VCO輸出（P+1）A個(gè)脈沖時(shí)，A計(jì)數(shù)器為0，由控制邏輯產(chǎn)生MC為“1”，使雙模分頻器分頻比為P。VCO繼續(xù)給雙模分頻器輸入脈沖時(shí)，A計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，N計(jì)數(shù)器繼續(xù)從（N-A）進(jìn)行減法計(jì)數(shù)。當(dāng)VCO再送給雙模分頻器（N-A）P個(gè)脈沖后，N計(jì)數(shù)器為0。這時(shí)N計(jì)數(shù)器產(chǎn)生一輸出脈沖給鑒相器進(jìn)行鑒相，與此同時(shí)控制邏輯MC變?yōu)椤?”，又開(kāi)始新的工作周期。 5、總分頻比NT (1)()TNA PNA PPNA6、用于鎖相環(huán)路中，VCO輸出頻率為 0()RfPNA f注意：