電子線路非線性部分第五版第六章課件

第六

章反饋控制電路

6.1反饋控制電路概述

xi和xo分別為反饋控制電路的輸入量和輸出量，反饋控制器對xo和xi進行比較，產(chǎn)生相應的誤差量xe，對象根據(jù)xe對輸出量xo進行調(diào)節(jié)，通過不斷比較和調(diào)節(jié)，最后使xo與xi之間接近到預定的關(guān)系，反饋控制電路進入穩(wěn)定狀態(tài)。反饋控制電路的組成方框圖6.1.1丙類諧振功率放大器一、自動電平控制電路

自動電平控制的組成方框圖反饋控制器由振幅檢波器、直流放大器和比較放大器組成；對象是可控增益放大器。二、應用

1、自動增益控制電路(AGC)

2、已調(diào)波功率放大器

6.1.2自動頻率控制電路

一、工作原理

自動頻率控制電路的組成方框圖壓控特性(a)和鑒頻特性(b)控制對象是振蕩頻率受誤差電壓控制的壓控振蕩器。用作圖法顯示環(huán)路鎖定時的e

6.1.3自動相位控制電路(鎖相環(huán)路)

控制對象為壓控振蕩器，而反饋控制器則由檢測相位差的鑒相器和低通濾波器組成。鎖相環(huán)路的組成方框圖用旋轉(zhuǎn)矢量說明鎖相環(huán)路的控制過程6.2鎖相環(huán)路性能分析

6.2.1基本環(huán)路方程

一、鑒相器

鑒相器的兩個輸入信號：鑒相器輸出電壓：瞬時相位差：二、壓控振蕩器(VCO)

壓控振蕩器的作用是產(chǎn)生頻率隨控制電壓變化的振蕩電壓。壓控振蕩器的振蕩頻率和控制電壓之間的關(guān)系可表示為上式可改寫為或可見，VCO是一個理想的積分器，往往將它稱為鎖相環(huán)路中的固有積分環(huán)節(jié)。p=d/dt，為微分算子環(huán)路低通濾波器：有源比例積分環(huán)路濾波器的電路模型：復頻率s用微分算子p替換，則vc(t)=AF(p)vd(t)簡單RC無源比例積分四、基本環(huán)路方程

將三個基本組成部分的電路模型連接起來，就可得到PLL的相位模型。在這個模型中，鑒相器為環(huán)路中唯一的非線性環(huán)節(jié)，環(huán)路基本方程為或鎖相環(huán)路模型：當環(huán)路鎖定時：穩(wěn)態(tài)相位誤差：式中瞬時角頻差：VCO振蕩角頻率偏離輸入信號角頻率的數(shù)值控制角頻差：輸入固有角頻差：環(huán)路基本方程表明，環(huán)路閉合后的任何時刻，瞬時角頻差和控制角頻差之和恒等于輸入固有角頻差。捕捉過程：剛接入輸入信號的瞬間，鑒相器輸出端產(chǎn)生角頻率為的正弦電壓。維持失鎖趨向鎖定若介于上述兩者之間，則有以下兩種情況：第一種情況：雖然較大，鑒相器輸出差拍電壓通過環(huán)路濾波器時就會受到較大衰減，但其值還能使VCO振蕩頻率擺到上，環(huán)路很快由失鎖進入鎖定；第二種情況：更大，鑒相器輸出差拍電壓通過環(huán)路濾波器時受到更大衰減，其值不能使VCO振蕩頻率擺到上，環(huán)路需要經(jīng)歷時間較長的頻率牽引過程才能進入鎖定。捕捉過程的示意圖捕捉過程中vd(t)的波形6.2.3跟蹤特性

在環(huán)路的跟蹤過程中，值一般是很小的，則有環(huán)路的閉環(huán)傳遞函數(shù)為環(huán)路的開環(huán)傳遞函數(shù)環(huán)路的誤差傳遞函數(shù)環(huán)路的相位誤差為穩(wěn)態(tài)相位誤差為相位誤差信號的瞬態(tài)響應：二、正弦穩(wěn)態(tài)響應

在PLL中，正弦穩(wěn)態(tài)響應是指輸入相位為正弦信號時環(huán)路的輸出響應。采用簡單RC濾波器時，環(huán)路的閉環(huán)傳遞函數(shù)為相應的幅頻特性為閉環(huán)幅頻特性曲線：6.3電荷泵鎖相環(huán)

6.3.1工作原理

電荷泵鎖相環(huán)由鑒頻鑒相器、電荷泵、低通濾波器和壓控振蕩器構(gòu)成。電荷泵鎖相環(huán)組成方框圖：帶有電荷泵和低通濾波器的鑒頻鑒相器：6.3.2環(huán)路方程

環(huán)路進入穩(wěn)態(tài)后，在t=0時刻，若B信號的相位階躍了0，即

e(t)=

0ε(t)。濾波器上積累的電荷量Q隨時間變化的斜率近似為，則則電荷泵的輸出電流為則icp相對于e的傳遞函數(shù)為vo相對于e的傳遞函數(shù)可以表示為環(huán)路的開環(huán)傳遞函數(shù)：環(huán)路的閉環(huán)傳遞函數(shù)：環(huán)路的線性化模型：L562的內(nèi)部電路6.4.2鎖相環(huán)在解調(diào)和鎖相接收中的應用1、調(diào)頻波鎖相解調(diào)：若VCO的頻率控制特性是線性的，輸出解調(diào)電壓vc(t)的拉氏變換為當輸入調(diào)頻波為單音調(diào)制，則輸出解調(diào)電壓的復數(shù)振幅為一、鎖相解調(diào)電路

為了實現(xiàn)不失真解調(diào)，捕捉帶大于輸入調(diào)頻波的最大頻偏，環(huán)路帶寬大于輸入調(diào)頻波中調(diào)制信號的頻譜寬度。采用L562組成調(diào)頻波鎖相解調(diào)器的外接電路

2、振幅調(diào)制信號的同步檢波

采用鎖相環(huán)的同步檢波電路：

二、鎖相接收機鎖相接收機組成方框圖：6.4.3鎖相環(huán)在頻率合成器中的應用一、概述頻率合成(FrequencySynthesizer)是利用一個或多個高穩(wěn)定晶體振蕩器產(chǎn)生出一系列等間隔的離散頻率信號的一種技術(shù)，這些離散頻率的準確度和穩(wěn)定度與晶體振蕩器相同。這樣，就可克服晶體振蕩器只能產(chǎn)生單一頻率信號的缺點。

評價頻率合成器的主要技術(shù)指標有：工作頻率范圍：由最高和最低輸出頻率確定；頻率間隔，又稱分辨率：用每個離散頻率之間的最小間隔表示；頻率轉(zhuǎn)換時間：從一個離散頻率轉(zhuǎn)換到另一個離散頻率（達到穩(wěn)定工作）所需的時間；頻率準確度和穩(wěn)定度；頻譜純度：是指輸出信號接近正弦波的程度，用輸出端的有用信號電平與各種干擾（包括噪聲）總電平之比的分貝數(shù)表示。

二、鎖相倍頻和鎖相混頻電路1、鎖相倍頻電路

鎖相倍頻電路的組成方框圖

2、鎖相混頻電路

鎖相混頻電路的組成方框圖

三、鎖相頻率合成器設置前置分頻器的頻率合成器：

fo=PNfi

采用前置混頻器的頻率合成器：

fo=fL+Nfi

將前置分頻器用雙模分頻器取代，可構(gòu)成吞脈沖頻率合成器：

fo=Ntfi=(PN+A)fi

采用Q3236構(gòu)成的吞脈沖頻率合成器：

若工作在雙模分頻模式下，fo可以在90~5135范圍內(nèi)分頻，若無雙模分頻，fo可以