12.1 自動增益控制(AGC)

1、12 反響控制電路12 反響控制電路12.1 自動增益控制(AGC)12.2 自動頻率微調(diào)(AFC)12.3 鎖相環(huán)路的根本工作原理12.4 鎖相環(huán)路各部件及其數(shù)學模型12.5 鎖相環(huán)路的分析12.6 集成鎖相環(huán)12.7 鎖相環(huán)路的應用簡介學習目的了解自動增益控制原理熟悉自動頻率微調(diào)原理掌握鎖相環(huán)路的數(shù)學模型了解鎖相環(huán)路的分析了解鎖相環(huán)路的某些應用12.1 自動增益控制(AGC) 電子設(shè)備往往需要各種類型的控制電路，來改善其性能指標。這些控制電路都是運用反響的原理，因而可統(tǒng)稱為反響控制電路。控制電路自動頻率微調(diào)電路自動增益控制電路鎖相環(huán)路 自動增益控制電路主要用于接收機中，以維持整機輸出恒定，

2、幾乎不隨外來信號的強弱而變化。幾十V幾mV1V左右 自動增益控制電路的作用是，當輸入信號電壓變化很大時，保持接收機輸出電壓幾乎不變。圖12.1.1 具有AGC的超外差式接收機方框圖幾十V幾mV1V左右 當輸入信號很弱時，接收機的增益大，控制電路不起作用。而當輸入信號很強時，控制電路進行控制，使接收機的增益減小。圖12.1.2 簡單的AGC特性曲線圖12.1.3 延遲式AGC原理電路 在二極管上加有一負電壓由負電源分壓獲得，稱為延遲電壓。圖12.1.4 延遲式AGC特性曲線圖12.1.5 延遲放大式AGC電路方框圖12.2 自動頻率微調(diào)(AFC) 振蕩器的頻率經(jīng)常由于各種因素的影響而發(fā)生變化，偏

3、離了預期的數(shù)值。這種不穩(wěn)定對無線電設(shè)備的工作顯然是不利的。用自動頻率微調(diào)可以使自激振蕩器頻率自動鎖定到近似等于預期的標準頻率上。圖12.2.1 自動頻率微調(diào)的原理方框圖 鑒頻器即有誤差電壓輸出，通過低通濾波器，只允許直流電壓輸出，用來控制本振壓控振蕩器，使f改變，直到fi fi 減小至等于剩余頻差為止。圖12.2.2 調(diào)頻通信機的AFC系統(tǒng)方框圖例如圖12.2.3 鑒頻特性曲線圖12.2.4 壓控振蕩器的調(diào)制特性曲線圖12.2.5 用圖解法確定AFC的動態(tài)平衡點圖12.2.6 捕捉帶fp確實定12.3 鎖相環(huán)路的根本工作原理圖12.3.1 鎖相環(huán)路的根本方框圖 鎖相環(huán)路重要概念：當兩個振蕩信號

4、頻率相等時，那么它們之間的相位差保持不變；反之，假設(shè)兩個振蕩信號的相位差是個恒定值，那么它們的頻率必然相等。鎖相環(huán)路與自動頻率微調(diào)工作過程的比較12.4 鎖相環(huán)路各部件及其數(shù)學模型12.4.1 鑒相器12.4.2 低通濾波器12.4.3 壓控振蕩器(VCO)12.4.4 鎖相環(huán)路的數(shù)學模型12.4 鎖相環(huán)路各部件及其數(shù)學模型圖12.4.1 根本鎖相環(huán)路方框圖 鎖相環(huán)路Phase locked loop縮寫PLL是一種相位自動控制電路，其作用是實現(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。 鑒相器是鎖相環(huán)路中的關(guān)鍵部件。它的形式很多，但在頻率合成器中所采用的鑒相器主要有

5、正弦波相位檢波器與脈沖取樣保持相位比較器兩種。分別討論如下：正弦波相位檢波器O(引用10.8節(jié)相位鑒相器的結(jié)論)圖12.4.2 正弦波相位檢波器圖12.4.3 正弦鑒相特性脈沖抽樣保持相位比較器圖12.4.4 脈沖抽樣保持相位比較器的根本方框圖圖12.4.5 脈沖抽樣保持相位比較器的波形圖圖12.4.6 脈沖抽樣保持相位比較器方框圖圖12.4.7 脈沖抽樣保持相位比較器電路舉例鑒相器的數(shù)學模型圖12.4.8 鑒相器的線性化數(shù)學模型時域圖12.4.9 鑒相器的線性化數(shù)學模型頻域12.4.2 低通濾波器RC濾波器圖12.4.10 一階RC低通濾波器取=RC為時間常數(shù)無源比例積分濾波器圖12.4.1

6、1 超前滯后網(wǎng)絡(luò)圖12.4.12 有源比例積分濾波器3有源比例積分濾波器 第一項為哪一項具有直流放大的比例系數(shù)，第二項是積分功能。12.4.3 壓控振蕩器(VCO)圖12.4.13 壓控振蕩器特性曲線 是特性曲線的斜率， 稱為CO的增益或靈敏度， 量綱為rad/(sV)，它表示單位控制電壓引起的振蕩角頻率變化的大小。圖12.4.14 壓控振蕩器的數(shù)學模型VCO的傳輸函數(shù)為12.4.4 鎖相環(huán)路的數(shù)學模型圖12.4.15 鎖相環(huán)路的數(shù)學模型時域圖12.4.15 鎖相環(huán)路的數(shù)學模型時域鎖相環(huán)路的根本方程式的頻域形式誤差傳輸函數(shù)開環(huán)傳遞函數(shù)12.5 鎖相環(huán)路的分析12.5.1 一階鎖相環(huán)路12.5.

7、2 二階鎖相環(huán)路12.5 鎖相環(huán)路的分析 傳遞函數(shù)的階數(shù)取決于濾波器的傳輸函數(shù)F()的形式，亦即取決于環(huán)路濾波器的形式。根據(jù)F()的不同，可將鎖相環(huán)路分為一階、二階以至更高階的形式。12.5.1 一階鎖相環(huán)路圖12.5.1 一階鎖相環(huán)路頻率特性1) 頻率特性(1) 環(huán)路傳輸函數(shù)(j)具有低通特性，其物理意義是：輸入信號1(t)中的各種頻率分量，經(jīng)過環(huán)路傳輸后，只有低頻成分出現(xiàn)在輸出信號V(t)中。(2) 誤差傳輸函數(shù)(j) 具有高通特性，其物理意義是：誤差信號e(t)中含有1(t)中的高頻成分，這是因為1(t)在環(huán)路之外，因此它的高頻成分不能被濾除。結(jié) 論：環(huán)路的鎖定 現(xiàn)在來研究鎖相環(huán)路的鎖定

8、問題，這時必須考慮環(huán)路的非線性，這主要是由鑒相器的非線性所引起的。以上三項分別稱為環(huán)路瞬時頻差、控制頻差、固有頻差。(1) 環(huán)路的鎖定條件是：(2) 當環(huán)路閉合時，在任何瞬間的環(huán)路瞬時頻差都等于環(huán)路的固有頻差與控制頻差的差值?；蛘哒f，瞬時頻差與控制頻差的代數(shù)和等于固有頻差。結(jié) 論：(3) 環(huán)路鎖定后，有一個固定的剩余相位差，即穩(wěn)態(tài)相位差圖12.5.3 一階鎖相環(huán)路的相圖3捕捉帶與同步帶 當鎖相環(huán)路本來處于失鎖狀態(tài)時，由于環(huán)路的作用，使壓控振頻率逐漸向標準參考頻率靠近，靠近到一定程度后，環(huán)路即能進入鎖定。這一過程叫做捕捉過程。系統(tǒng)能捕捉的最大頻率失諧范圍稱為捕捉帶或捕捉范圍。 當環(huán)路已鎖定后，如

9、果由于某種原因引起頻率變化，這種頻率變化反映為相位變化，那么通過環(huán)路的作用，可使VCO的頻率和相位不斷跟蹤變化。這時環(huán)路即處于跟蹤狀態(tài)。環(huán)路所能保持跟蹤的最大失諧頻帶稱為同步帶，又稱同步范圍或鎖定范圍。圖12.5.4 一階環(huán)路鎖定狀態(tài)的建立過程 從閉環(huán)開始，由不同步到達同步所需的時間叫做捕捉時間?？梢宰C明，在小擾動的條件下，一階環(huán)路的捕捉時間為 由此可見，要縮短捕捉時間鎖定時間，就要提高環(huán)路的總增益。 環(huán)路能夠鎖定的最大范圍，亦即同步帶為差拍狀態(tài)圖12.5.5 一階鎖相環(huán)路的相圖圖12.5.6 控制電壓和瞬時頻率圖12.5.7 環(huán)路平均頻差與固有頻差的關(guān)系曲線12.5.2 二階鎖相環(huán)路從以上對

10、一階環(huán)路的分析可知，這種環(huán)路只有一個可供調(diào)整的參數(shù)，而環(huán)路的各種重要特性都由它來決定。這就遇到了不可克服的矛盾，因為假設(shè)希望環(huán)路的同步范圍大和穩(wěn)態(tài)相差e小，那么要求增益大。但在增大值的同時，環(huán)路的截止頻率也提高了，因此環(huán)路的濾波性能變壞。一階環(huán)路不能解決這樣的矛盾，所以實際使用的鎖相環(huán)路總是要有適當?shù)臑V波器，以克服上述困難，并改善環(huán)路的性能。參加濾波器后，環(huán)路即變成高階的，其中最常用的是二階鎖相環(huán)路。 采用不同的一階低通濾波器，鎖相環(huán)路的根本方程式的頻域形式有n稱為鎖相環(huán)路的固有角頻率；稱為環(huán)路的阻尼系數(shù)。對于不同濾波器的參數(shù)表示式見表12.。RC無源比例有源比例圖12.5.8 RLC串聯(lián)諧振

11、電路RLC串聯(lián)諧振電路振蕩波形圖12.5.9 高增益二階環(huán)路的頻率響應最后簡略討論一下二階環(huán)路的同步帶、捕捉帶等問題。JGhlxu%Geu(AUyl(8C#YazF7TlpL&Y8vB4Toy!ilQfzhc+r5R8#PqAZ7(7jauX2SU&vIUff58I!e$gB5c8fS3q2oG45%!jsC+55l1Efj2V#%oFmi8FpaLGKA%B5iTmGlbZs&zt-ziEP0QeOB+rwmoiSBkQEzeuX9xj4aXsbtwE4f3IHQMb#BW4s+aal$hKrNqWPTPf+SoCL0#Cn&06#2lqEV8YiKoYNoB&il0OLdGmlBNzLJM

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