第 7 章反饋控制電路

1、鏈接文稿主目錄第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 7.1 自動(dòng)增益控制電路自動(dòng)增益控制電路 7.2 自動(dòng)頻率控制電路自動(dòng)頻率控制電路 7.3 鎖相環(huán)路與頻率合成鎖相環(huán)路與頻率合成 本章小結(jié)本章小結(jié)鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路 根據(jù)需要控制的參量不同，反饋控制電路有：根據(jù)需要控制的參量不同，反饋控制電路有： 自動(dòng)增益控制電路自動(dòng)增益控制電路 自動(dòng)頻率控制電路自動(dòng)頻率控制電路 自動(dòng)相位控制電路自動(dòng)相位控制電路 簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)APC，用于鎖定相位，故又稱(chēng)鎖相，用于鎖定相位，故又稱(chēng)鎖相環(huán)路，簡(jiǎn)稱(chēng)環(huán)路，簡(jiǎn)稱(chēng)PLL。簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)AFC，用于維持工作頻率穩(wěn)定。，用于維持工作頻率穩(wěn)定

2、。又稱(chēng)自動(dòng)電平控制電路，簡(jiǎn)稱(chēng)又稱(chēng)自動(dòng)電平控制電路，簡(jiǎn)稱(chēng)AGC，用，用于控制輸出信號(hào)大小。于控制輸出信號(hào)大小。引言引言鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路7.1 自動(dòng)增益控制電路自動(dòng)增益控制電路主要要求：主要要求： 了解自動(dòng)增益控制電路的組成、工作原理和應(yīng)用。了解自動(dòng)增益控制電路的組成、工作原理和應(yīng)用。了解常用增益控制電路。了解常用增益控制電路。鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路7.1.1 自動(dòng)增益控制電路的作用自動(dòng)增益控制電路的作用作用：通過(guò)閉合環(huán)路的反饋控制作用，可使輸入信號(hào)作用：通過(guò)閉合環(huán)路的反饋控制作用，可使輸入信號(hào)ui 幅度增幅度增大或減小

3、時(shí)，輸出信號(hào)幅度保持恒定或僅在很小的范圍內(nèi)變化大或減小時(shí)，輸出信號(hào)幅度保持恒定或僅在很小的范圍內(nèi)變化一、一、AGC的組成、工作原理與作用的組成、工作原理與作用鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路具有簡(jiǎn)單具有簡(jiǎn)單AGC 的調(diào)幅接收機(jī)框圖的調(diào)幅接收機(jī)框圖 可控增益放大器可控增益放大器反饋控制器反饋控制器 LPF簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單AGC 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 只要有輸入信號(hào)，只要有輸入信號(hào)，AGC 就起控制作用，對(duì)接收弱信號(hào)不利。就起控制作用，對(duì)接收弱信號(hào)不利。二、二、AGC的應(yīng)用的應(yīng)用是高性能接收機(jī)的重要輔助電路是高性能接收機(jī)的重要輔助電路鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制

4、電路具有延遲式具有延遲式AGC 的調(diào)幅接收機(jī)框圖的調(diào)幅接收機(jī)框圖當(dāng)當(dāng)AGC檢波器輸檢波器輸入信號(hào)幅度小于入信號(hào)幅度小于UR時(shí)，時(shí)，AGC檢波檢波器不工作，器不工作，AGC 電壓為零，電壓為零，AGC不起控制作用。不起控制作用。當(dāng)當(dāng)AGC檢波器輸入檢波器輸入信號(hào)幅度大于信號(hào)幅度大于UR時(shí)，時(shí)， AGC 電路才起控電路才起控制作用。制作用。鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路7.1.2 增益控制電路增益控制電路控制晶體管發(fā)射極電流實(shí)現(xiàn)增益控制控制晶體管發(fā)射極電流實(shí)現(xiàn)增益控制Au gmgm IE / UT當(dāng)信號(hào)電壓當(dāng)信號(hào)電壓,使使 - -UC，則，則IE , gm , Au 通

5、常將控制電壓通常將控制電壓加至基極或發(fā)射極加至基極或發(fā)射極AGC 放大電路放大電路鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路7.2 自動(dòng)頻率控制電路自動(dòng)頻率控制電路主要要求：主要要求： 了解自動(dòng)頻率控制電路的組成、工作原理和應(yīng)用。了解自動(dòng)頻率控制電路的組成、工作原理和應(yīng)用。鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路7.2.1 工作原理工作原理當(dāng)當(dāng) fr = fo時(shí)，時(shí)， uD(t) = 0 ，fo不變不變當(dāng)當(dāng) fr fo時(shí)，時(shí)，uD(t) 正比于正比于 （ fo fr )，得，得uc c( (t t) )控制控制 fo o向向 fr r 接近接近有剩余頻差是有剩

6、余頻差是AFC 的缺點(diǎn)。的缺點(diǎn)。鑒頻特性和壓控振蕩器壓控特性的靈敏度越大，則鑒頻特性和壓控振蕩器壓控特性的靈敏度越大，則 f 越小。越小。經(jīng)若干調(diào)節(jié)周期，環(huán)路最后鎖定在經(jīng)若干調(diào)節(jié)周期，環(huán)路最后鎖定在 fo = fr + f 這個(gè)這個(gè) f 稱(chēng)為剩余頻率誤差，簡(jiǎn)稱(chēng)剩余頻差。稱(chēng)為剩余頻率誤差，簡(jiǎn)稱(chēng)剩余頻差。鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路7.2.2 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例廣泛用作接收機(jī)和發(fā)射機(jī)中的廣泛用作接收機(jī)和發(fā)射機(jī)中的自動(dòng)頻率微調(diào)電路自動(dòng)頻率微調(diào)電路比之普通調(diào)幅接收機(jī)多了比之普通調(diào)幅接收機(jī)多了限幅鑒頻器、低通濾波和放大電路限幅鑒頻器、低通濾波和放大電路等，并將本機(jī)振蕩器改為等

7、，并將本機(jī)振蕩器改為VCO 。AFC 保證了混頻器輸出頻率接近保證了混頻器輸出頻率接近fI ，從而提高接收機(jī)靈敏度，從而提高接收機(jī)靈敏度和選擇性。和選擇性。具有具有AFC 的調(diào)幅接收機(jī)框圖的調(diào)幅接收機(jī)框圖鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路具有具有AFC 的調(diào)頻發(fā)射機(jī)框圖的調(diào)頻發(fā)射機(jī)框圖鑒頻器的中心頻率調(diào)整在（鑒頻器的中心頻率調(diào)整在（ fr fc ）上。當(dāng)）上。當(dāng)調(diào)頻振蕩器的中調(diào)頻振蕩器的中心頻率發(fā)生漂移時(shí)，混頻器輸出的頻差也跟隨變化，使鑒頻心頻率發(fā)生漂移時(shí)，混頻器輸出的頻差也跟隨變化，使鑒頻器輸出電壓發(fā)生變化，經(jīng)窄帶器輸出電壓發(fā)生變化，經(jīng)窄帶LPF 濾除調(diào)制頻率分量后，

8、將濾除調(diào)制頻率分量后，將反映調(diào)頻波中心頻率漂移的緩變電壓，加至調(diào)頻振蕩器上，反映調(diào)頻波中心頻率漂移的緩變電壓，加至調(diào)頻振蕩器上，調(diào)節(jié)其振蕩頻率使其中心頻率漂移減小。調(diào)節(jié)其振蕩頻率使其中心頻率漂移減小。由于由于fr 穩(wěn)定度很高，穩(wěn)定度很高，因此可提高中心頻率穩(wěn)定度。因此可提高中心頻率穩(wěn)定度。鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路7.3 鎖相環(huán)路與頻率合成鎖相環(huán)路與頻率合成主要要求：主要要求： 掌握掌握PLLPLL的作用、基本組成和工作原理。掌握的作用、基本組成和工作原理。掌握頻率合成器的作用。頻率合成器的作用。了解了解PLLPLL的數(shù)學(xué)模型；了解的數(shù)學(xué)模型；了解PLLPLL的

9、捕捉與跟蹤的捕捉與跟蹤了解集成了解集成PLLPLL及其應(yīng)用；了解頻率合成器的及其應(yīng)用；了解頻率合成器的種類(lèi)與主要性能指標(biāo)。種類(lèi)與主要性能指標(biāo)。掌握簡(jiǎn)單鎖相頻率合成器的組成與工作原理。掌握簡(jiǎn)單鎖相頻率合成器的組成與工作原理。了解提高鎖相頻率合成器輸出頻率的方法。了解提高鎖相頻率合成器輸出頻率的方法。鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路7.3.1 鎖相環(huán)路基本原理鎖相環(huán)路基本原理鑒相器（鑒相器（PD）：用以比較用以比較ui、 uo相位，相位， 輸出反映相位誤差輸出反映相位誤差 的電壓的電壓uD(t)。環(huán)路濾波器（環(huán)路濾波器（LF）：用以濾除誤差信號(hào)中的高頻分量和噪用以濾除誤差

10、信號(hào)中的高頻分量和噪聲，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。聲，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。壓控振蕩器（壓控振蕩器（VCO）：在在uC(t) 控制下輸出相應(yīng)頻率控制下輸出相應(yīng)頻率 fo o。一、一、 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路兩個(gè)正弦信號(hào)的頻率和相位之間的關(guān)系兩個(gè)正弦信號(hào)的頻率和相位之間的關(guān)系若能保證兩個(gè)信號(hào)之間的相位差恒定，則若能保證兩個(gè)信號(hào)之間的相位差恒定，則這兩個(gè)信號(hào)的頻率必相等。這兩個(gè)信號(hào)的頻率必相等。鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路若若w wi w wo，則則ui(t) 和和uo(t) 之間產(chǎn)生相位變化之間產(chǎn)生相位變化 ，鑒相器輸出誤，鑒相器

11、輸出誤差電壓差電壓uD(t) ，它與瞬時(shí)誤差相位成正比，它與瞬時(shí)誤差相位成正比，經(jīng)過(guò)環(huán)路濾波，經(jīng)過(guò)環(huán)路濾波，濾，濾除了高頻分量和噪聲而取出緩慢變化的電壓除了高頻分量和噪聲而取出緩慢變化的電壓uc(t) ，控制，控制VCO 的角頻率的角頻率 w wo ，去接近，去接近w wi 。最終使最終使 w wi = w wo ，相位誤差為常數(shù)，環(huán)路鎖定，這時(shí)的相位誤，相位誤差為常數(shù)，環(huán)路鎖定，這時(shí)的相位誤差稱(chēng)為剩余相位誤差或穩(wěn)態(tài)相位誤差。差稱(chēng)為剩余相位誤差或穩(wěn)態(tài)相位誤差。鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路二、鎖相環(huán)路組成部件特性二、鎖相環(huán)路組成部件特性 )(cos)(o0oomot

12、tUtu w w )sin()(iimitUtuw w )()(io0o0io0ittttt w ww ww ww ww w 1、鑒相器、鑒相器(PD)設(shè)壓控振蕩器的輸出電壓為設(shè)壓控振蕩器的輸出電壓為o0 是壓控振蕩器未加控制電壓時(shí)固有振蕩角頻率；是壓控振蕩器未加控制電壓時(shí)固有振蕩角頻率； o(t) 是以是以o0為參考的瞬時(shí)相位。為參考的瞬時(shí)相位。環(huán)路輸入電壓環(huán)路輸入電壓ui(t)為為其相位可改寫(xiě)為其相位可改寫(xiě)為則則ui(t)與與uo(t) 之間的瞬時(shí)相位差之間的瞬時(shí)相位差為為)()()(oiettt 以以o0為參考的輸入為參考的輸入信號(hào)瞬時(shí)相位。信號(hào)瞬時(shí)相位?？梢?jiàn)可見(jiàn),鑒相器的輸出電壓鑒相器

13、的輸出電壓uD(t)與相位差與相位差可改寫(xiě)為可改寫(xiě)為 e(t) 成正比。成正比。鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路多用于兩路信號(hào)都是正弦信號(hào)的鎖相環(huán)路多用于兩路信號(hào)都是正弦信號(hào)的鎖相環(huán)路鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路環(huán)路濾波器的電路模型環(huán)路濾波器的電路模型2、環(huán)路濾波器、環(huán)路濾波器(LF)RC 積分濾波器積分濾波器RC 比例積分濾波器比例積分濾波器有源比例積分濾波器有源比例積分濾波器)(1111)()()(212212DCF sssCRRsCRsUsUsACRCR2211 圖（圖（b）電路的傳遞函數(shù)為）電路的傳遞函數(shù)為s =+j為為復(fù)頻率復(fù)頻

14、率鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路3、壓控振蕩器、壓控振蕩器(VCO)在在uc = 0 附近，附近，控制特性近似線性：控制特性近似線性：)s/(rad )()(oco0ooVAtuAt單位數(shù)），是控制靈敏度（增益系wwttuAtttttd)(d)()(0coo00o w ww w ttuAttd)()(0coo 以以o0為參考的瞬時(shí)相位為參考的瞬時(shí)相位 o(t) 為為可見(jiàn)就可見(jiàn)就 o(t) 和和uc(t) 之間關(guān)系來(lái)說(shuō)，之間關(guān)系來(lái)說(shuō)，壓控振蕩器是一個(gè)理想的積分器，通常稱(chēng)它為鎖相環(huán)路中的壓控振蕩器是一個(gè)理想的積分器，通常稱(chēng)它為鎖相環(huán)路中的固有積分環(huán)節(jié)。固有積分環(huán)節(jié)。VC

15、O的控制特性的控制特性鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路三、三、 鎖相環(huán)路捕捉與跟蹤鎖相環(huán)路捕捉與跟蹤由失鎖進(jìn)入鎖定的過(guò)程稱(chēng)為由失鎖進(jìn)入鎖定的過(guò)程稱(chēng)為捕捉捕捉過(guò)程。能夠由失鎖進(jìn)入鎖定過(guò)程。能夠由失鎖進(jìn)入鎖定的最大輸入固有頻差稱(chēng)為環(huán)路捕捉帶，用的最大輸入固有頻差稱(chēng)為環(huán)路捕捉帶，用p表示表示。捕捉過(guò)程：捕捉過(guò)程：失鎖失鎖 鎖定鎖定 1、瑣相環(huán)路的捕捉、瑣相環(huán)路的捕捉無(wú)輸入信號(hào)無(wú)輸入信號(hào)ui時(shí)，時(shí)，VCO以固有角頻率以固有角頻率o0 振蕩。振蕩。加入信號(hào)加入信號(hào)ui時(shí)，時(shí)，不等于不等于VCO的固有角頻率而存在固有輸入的固有角頻率而存在固有輸入角頻差角頻差i =i-o0 振蕩，

16、鎖相環(huán)路初始狀態(tài)是振蕩，鎖相環(huán)路初始狀態(tài)是失鎖失鎖的。的。鑒相器輸出一誤差電壓，經(jīng)環(huán)路濾波器變換后控制鑒相器輸出一誤差電壓，經(jīng)環(huán)路濾波器變換后控制VCO的頻的頻率，使其輸出信號(hào)的角頻率由率，使其輸出信號(hào)的角頻率由o0逐漸向輸入信號(hào)角頻率逐漸向輸入信號(hào)角頻率i 靠靠攏，達(dá)到一定程度后，環(huán)路進(jìn)入鎖定，攏，達(dá)到一定程度后，環(huán)路進(jìn)入鎖定，o=i。鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路若環(huán)路初始狀態(tài)是鎖定的，因某種原因使頻率發(fā)生變化，環(huán)若環(huán)路初始狀態(tài)是鎖定的，因某種原因使頻率發(fā)生變化，環(huán)路通過(guò)自身的調(diào)節(jié)來(lái)維持鎖定的過(guò)程稱(chēng)為路通過(guò)自身的調(diào)節(jié)來(lái)維持鎖定的過(guò)程稱(chēng)為跟蹤跟蹤過(guò)程。能夠保過(guò)程。

17、能夠保持跟蹤的輸入信號(hào)頻率與壓控振蕩器頻率最大頻差范圍稱(chēng)為持跟蹤的輸入信號(hào)頻率與壓控振蕩器頻率最大頻差范圍稱(chēng)為同步帶（又稱(chēng)跟蹤帶），用同步帶（又稱(chēng)跟蹤帶），用H表示。表示。跟蹤過(guò)程：跟蹤過(guò)程：鎖定鎖定 維持鎖定維持鎖定2、瑣相環(huán)路的跟蹤、瑣相環(huán)路的跟蹤鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路3、同步帶和捕捉帶的測(cè)量、同步帶和捕捉帶的測(cè)量當(dāng)當(dāng) w wi 從低頻至從低頻至高頻緩慢變化時(shí)高頻緩慢變化時(shí)未加控制電壓未加控制電壓(即即uD(t) = 0)時(shí)的時(shí)的VCO振蕩頻率振蕩頻率失失鎖鎖鎖鎖定定失失鎖鎖當(dāng)當(dāng) w wi 從高頻至從高頻至低頻緩慢變化時(shí)低頻緩慢變化時(shí)鎖鎖定定2P2H通常

18、捕捉帶小于通常捕捉帶小于同步帶同步帶2adHwww2bCPwww鎖相環(huán)路的同步帶為鎖相環(huán)路的同步帶為鎖相環(huán)路的捕捉帶為鎖相環(huán)路的捕捉帶為鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路四、四、 集成集成PLL模擬模擬PLL：模擬：模擬PD LF VCO數(shù)字?jǐn)?shù)字PLL：全數(shù)字：數(shù)字：全數(shù)字：數(shù)字PD 數(shù)字?jǐn)?shù)字LF 數(shù)字?jǐn)?shù)字VCO模擬模擬+ 數(shù)字：數(shù)字?jǐn)?shù)字：數(shù)字PD 模擬模擬 LF 模擬模擬VCO按電路構(gòu)成分類(lèi)按電路構(gòu)成分類(lèi)通用通用 PLL專(zhuān)用專(zhuān)用 PLL按用途分類(lèi)按用途分類(lèi)鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路1、通用型單片集成鎖相環(huán)路、通用型單片集成鎖相環(huán)路L56

19、2內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)引腳引腳工作頻率達(dá)工作頻率達(dá)30MHz鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路L562內(nèi)部?jī)?nèi)部VCO 采用射極耦合多諧振蕩器電路采用射極耦合多諧振蕩器電路振蕩頻率為振蕩頻率為的控制靈敏度的控制靈敏度是是式中式中VCO4)()(4)(4Dmocm0oDcmD00CUgAtugItuACUtugCUIfc 設(shè)起始時(shí)設(shè)起始時(shí)V1導(dǎo)通、導(dǎo)通、 V2截止，則截止，則VCC通通過(guò)過(guò)V3 、 V1向向C充電，充電電流為充電，充電電流為I02 。由于由于V1導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí)UE1 VCC UBE(on) ，故，故C充電使充電使UE2下降，當(dāng)其下降到（下降，當(dāng)其下降到（ VCC

20、UDUBE(on) ）時(shí)，）時(shí)， V2導(dǎo)通導(dǎo)通,使使UC2由由VCC下降為下降為 （ VCC UD），致使），致使V1截截止，止， VCC通過(guò)通過(guò)V4、 V2向向C反向充電，反向充電，充電電流為充電電流為I01 ，使，使UE1下降，直到引下降，直到引起起V1重新導(dǎo)通、重新導(dǎo)通、 V2又截止。如此循環(huán)又截止。如此循環(huán)鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路2、CMOS鎖相環(huán)路鎖相環(huán)路CD4046為數(shù)字為數(shù)字PLL。內(nèi)有兩個(gè)。內(nèi)有兩個(gè)PD、VCO、緩沖、緩沖放大器、輸入信號(hào)放大與整形電路、內(nèi)放大器、輸入信號(hào)放大與整形電路、內(nèi)部穩(wěn)壓器等。部穩(wěn)壓器等。具有電源電壓范圍寬、功耗低、輸入

21、阻抗具有電源電壓范圍寬、功耗低、輸入阻抗高等優(yōu)點(diǎn)。工作頻率達(dá)高等優(yōu)點(diǎn)。工作頻率達(dá)1MHz內(nèi)部?jī)?nèi)部VCO 產(chǎn)生產(chǎn)生50% 占空比的方波。輸出占空比的方波。輸出電平可與電平可與TTL電平或電平或CMOS 電平兼容。電平兼容。具有相位鎖定狀態(tài)指示具有相位鎖定狀態(tài)指示鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路PD由異或門(mén)構(gòu)成，由異或門(mén)構(gòu)成，具有三角形鑒相特性。具有三角形鑒相特性。它要求兩個(gè)輸入信號(hào)它要求兩個(gè)輸入信號(hào)均為均為50%占空比占空比的方的方波。當(dāng)無(wú)輸入信號(hào)時(shí)，波。當(dāng)無(wú)輸入信號(hào)時(shí)，其輸出電壓為其輸出電壓為VDD/2，用以確

22、定用以確定VCO的自由的自由振蕩頻率振蕩頻率。信號(hào)輸入端：允許輸信號(hào)輸入端：允許輸入入0.1V左右的小信號(hào)左右的小信號(hào)或方波，經(jīng)或方波，經(jīng)A1放大和放大和整形，提供滿足整形，提供滿足PD要要求的方波。求的方波。 PD采用數(shù)字式鑒頻鑒相器，輸入信號(hào)只在上。升沿起作用，采用數(shù)字式鑒頻鑒相器，輸入信號(hào)只在上。升沿起作用，故該故該P(yáng)D能處理非常窄的脈沖。能處理非常窄的脈沖。便于快速鎖定。便于快速鎖定。通常輸入信噪比以及固有頻差較小時(shí)采用通常輸入信噪比以及固有頻差較小時(shí)采用PD ，輸入信噪比較高或固有頻差較大時(shí)，采用輸入信噪比較高或固有頻差較大時(shí)，采用PD 。鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電

23、路反饋控制電路R1 、R2、C 確定確定VCO 頻率范圍。頻率范圍。R1 控制最高頻率，控制最高頻率，R2 控制控制最低頻率。最低頻率。 R2= 時(shí)，最低頻率為零。無(wú)輸入信號(hào)時(shí)，時(shí)，最低頻率為零。無(wú)輸入信號(hào)時(shí)， PD 將將VCO 調(diào)整到最低頻率。調(diào)整到最低頻率。接低電平時(shí)才接低電平時(shí)才允許允許VCO工作工作鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路7.3.2 頻率合成的基本原理頻率合成的基本原理為實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的無(wú)線通信，抗干擾，近代通信系統(tǒng)往往要求為實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的無(wú)線通信，抗干擾，近代通信系統(tǒng)往往要求通信機(jī)具有大量的、可供用戶選擇的、能迅速更換的頻率穩(wěn)通信機(jī)具有大量的、可供用戶選擇

24、的、能迅速更換的頻率穩(wěn)定度和精度很高的載波信號(hào)頻率。定度和精度很高的載波信號(hào)頻率。晶體振蕩器雖然頻率穩(wěn)定度和精度很高，但其頻率值只能在晶體振蕩器雖然頻率穩(wěn)定度和精度很高，但其頻率值只能在很小范圍內(nèi)微調(diào)。很小范圍內(nèi)微調(diào)。頻率合成器作用頻率合成器作用：利用一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)頻率，產(chǎn)生一系列等利用一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)頻率，產(chǎn)生一系列等間隔的離散頻率。這些頻率的頻率穩(wěn)定度和精度均和基準(zhǔn)頻間隔的離散頻率。這些頻率的頻率穩(wěn)定度和精度均和基準(zhǔn)頻率的相同，且頻率轉(zhuǎn)換的時(shí)間很短。率的相同，且頻率轉(zhuǎn)換的時(shí)間很短。鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路一、一、 頻率合成器的主要技術(shù)指標(biāo)頻率合成器的主要技術(shù)

25、指標(biāo)1. . 頻率范圍頻率范圍2. . 頻率間隔（又稱(chēng)分辨率）頻率間隔（又稱(chēng)分辨率）3. . 頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間相鄰頻率之間的最小間隔。相鄰頻率之間的最小間隔。從一個(gè)工作頻率轉(zhuǎn)換到另一個(gè)工作頻率，并達(dá)到穩(wěn)定工作所從一個(gè)工作頻率轉(zhuǎn)換到另一個(gè)工作頻率，并達(dá)到穩(wěn)定工作所需要的時(shí)間。它包含電路延遲時(shí)間和需要的時(shí)間。它包含電路延遲時(shí)間和PLL的捕捉時(shí)間。的捕捉時(shí)間。頻率合成器的工作頻率范圍。頻率合成器的工作頻率范圍。鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路5. . 頻譜純度頻譜純度指輸出信號(hào)接近正弦波的程度。用有用信號(hào)電平與各寄生頻指輸出信號(hào)接近正弦波的程度。用有用信號(hào)電平與各寄

26、生頻率分量總電平之比的分貝值表示。率分量總電平之比的分貝值表示。頻率穩(wěn)定度指：頻率穩(wěn)定度指：在規(guī)定的觀測(cè)時(shí)間內(nèi)，輸出頻率偏離標(biāo)稱(chēng)值在規(guī)定的觀測(cè)時(shí)間內(nèi)，輸出頻率偏離標(biāo)稱(chēng)值的程度。一般用偏離值與輸出頻率的相對(duì)值來(lái)表示。的程度。一般用偏離值與輸出頻率的相對(duì)值來(lái)表示。頻率準(zhǔn)頻率準(zhǔn)確度指：確度指：實(shí)際工作頻率與標(biāo)稱(chēng)頻率值之差，又稱(chēng)頻率誤差。實(shí)際工作頻率與標(biāo)稱(chēng)頻率值之差，又稱(chēng)頻率誤差。4. . 頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路二、二、 鎖相頻率合成器鎖相頻率合成器（一）簡(jiǎn)單鎖相頻率合成器（一）簡(jiǎn)單鎖相頻率合成器環(huán)路鎖定時(shí)環(huán)路鎖定時(shí) fr = f

27、s / R = fo / N故得故得 fo = N fs/ R = N fr改變改變N可得不同輸出頻率?？傻貌煌敵鲱l率。 頻率分辨率為頻率分辨率為fr。鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路參考分頻器由參考分頻器由12級(jí)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成。取分頻比級(jí)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成。取分頻比 R = 28 = 256，則得則得頻率間隔為：頻率間隔為：fr = 1024kHz/256 = 4kHz。CD4046組成的頻率合成器實(shí)例組成的頻率合成器實(shí)例N分頻器采用可編程分頻器分頻器采用可編程分頻器CC40103構(gòu)成。圖中構(gòu)成。圖中N=29。改變改變N 可獲得可獲得不同頻率的信不同頻率的信號(hào)輸出

28、。號(hào)輸出。鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路（二）簡(jiǎn)單頻率合成器存在的問(wèn)題（二）簡(jiǎn)單頻率合成器存在的問(wèn)題1. 頻率間隔不能很小頻率間隔不能很小2. 鎖相環(huán)路內(nèi)接入分頻器后，環(huán)路增益下降為原來(lái)鎖相環(huán)路內(nèi)接入分頻器后，環(huán)路增益下降為原來(lái)1/N。對(duì)于輸。對(duì)于輸出頻率高、頻率覆蓋范圍寬的合成器，當(dāng)要求頻率間隔很小時(shí)，出頻率高、頻率覆蓋范圍寬的合成器，當(dāng)要求頻率間隔很小時(shí)，N 的變化范圍將很大，這將使環(huán)路增益也大幅度變化，從而影的變化范圍將很大，這將使環(huán)路增益也大幅度變化，從而影響環(huán)路的動(dòng)態(tài)性能。響環(huán)路的動(dòng)態(tài)性能。3. 輸出頻率受到可編程分頻器的限制，可編程分頻器的工作頻輸出頻率

29、受到可編程分頻器的限制，可編程分頻器的工作頻率比較低，無(wú)法滿足大多數(shù)通信系統(tǒng)中工作頻率高的要求。率比較低，無(wú)法滿足大多數(shù)通信系統(tǒng)中工作頻率高的要求。 fr 小時(shí)，環(huán)路濾波器的帶寬也要小（帶寬需小于小時(shí)，環(huán)路濾波器的帶寬也要小（帶寬需小于fr ，以濾除，以濾除PD 輸出信號(hào)中的參考頻率及其諧波分量），這使頻率轉(zhuǎn)換時(shí)輸出信號(hào)中的參考頻率及其諧波分量），這使頻率轉(zhuǎn)換時(shí)的環(huán)路捕捉時(shí)間或跟蹤時(shí)間加長(zhǎng)，即減小頻率間隔與減小頻的環(huán)路捕捉時(shí)間或跟蹤時(shí)間加長(zhǎng)，即減小頻率間隔與減小頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間是矛盾的。率轉(zhuǎn)換時(shí)間是矛盾的。另外，另外， fr 小不利于降低小不利于降低VCO 引入的噪聲。引入的噪聲。鏈接本章文稿主頁(yè)

30、面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路減小頻率間隔而不降低參考頻率減小頻率間隔而不降低參考頻率 fr 。采用多環(huán)式鎖相頻率合成器。采用多環(huán)式鎖相頻率合成器。解決問(wèn)題的方法如下：解決問(wèn)題的方法如下：由于固定分頻器速度遠(yuǎn)比程序分頻器由于固定分頻器速度遠(yuǎn)比程序分頻器的高，故采用由固定分頻器與程序分的高，故采用由固定分頻器與程序分頻器組成的吞脈沖可變分頻器，可既頻器組成的吞脈沖可變分頻器，可既獲得小的頻獲得小的頻 率間隔，又顯著提高輸出率間隔，又顯著提高輸出頻率。頻率。構(gòu)成吞脈沖鎖相頻率合成器。構(gòu)成吞脈沖鎖相頻率合成器。鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路（三）多環(huán)式鎖相頻率

31、合成器（三）多環(huán)式鎖相頻率合成器fA = (NA/100)frfB = NB frfo = fA + fBfA = fofB = ( NA /100 NB ) fr單環(huán)單環(huán)單環(huán)單環(huán)混頻環(huán)混頻環(huán)頻率間隔為頻率間隔為1kHz 鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路三、三、 直接數(shù)字頻率合成器（直接數(shù)字頻率合成器（DDS）特點(diǎn)特點(diǎn)：極寬的工作頻率范圍、極高的頻率分辨率、極快的頻率切換速度以：極寬的工作頻率范圍、極高的頻率分辨率、極快的頻率切換速度以及頻率切換時(shí)相位連續(xù)、任意波形輸出、具有數(shù)字調(diào)制性能。及頻率切換時(shí)相位連續(xù)、任意波形輸出、具有數(shù)字調(diào)制性能。DDS系統(tǒng)的另一特點(diǎn)是它的

32、輸出信號(hào)沒(méi)有疊加任何電流脈沖，輸出變化是系統(tǒng)的另一特點(diǎn)是它的輸出信號(hào)沒(méi)有疊加任何電流脈沖，輸出變化是一個(gè)平穩(wěn)的過(guò)渡過(guò)程，相位連續(xù)變化是其他頻率合成技術(shù)所不具備的。一個(gè)平穩(wěn)的過(guò)渡過(guò)程，相位連續(xù)變化是其他頻率合成技術(shù)所不具備的。原理原理：根據(jù)奈奎斯特取樣定理，從連續(xù)信號(hào)的相位出發(fā)，對(duì)一個(gè)正弦信號(hào)：根據(jù)奈奎斯特取樣定理，從連續(xù)信號(hào)的相位出發(fā)，對(duì)一個(gè)正弦信號(hào)取樣、量化、編碼，形成一個(gè)正弦函數(shù)表，儲(chǔ)存于只讀儲(chǔ)存器中，合成時(shí)取樣、量化、編碼，形成一個(gè)正弦函數(shù)表，儲(chǔ)存于只讀儲(chǔ)存器中，合成時(shí)通過(guò)改變相位累加器的頻率控制字，改變相位增量，從而使一個(gè)周期內(nèi)的通過(guò)改變相位累加器的頻率控制字，改變相位增量，從而使一個(gè)

33、周期內(nèi)的取樣點(diǎn)不同，得到不同的輸出頻率。取樣點(diǎn)不同，得到不同的輸出頻率。改變只讀存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)值，可以得改變只讀存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)值，可以得到不同的輸出波形。到不同的輸出波形。比較比較：DDS和和PLL兩種不同方式的頻率合成技術(shù)。兩種不同方式的頻率合成技術(shù)。DDS是一種全數(shù)字開(kāi)環(huán)是一種全數(shù)字開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)，PLL是模擬閉環(huán)系統(tǒng)。各有各的特點(diǎn)，是模擬閉環(huán)系統(tǒng)。各有各的特點(diǎn)，DDS并不能完全取代傳統(tǒng)的并不能完全取代傳統(tǒng)的頻率合成技術(shù)。如將頻率合成技術(shù)。如將DDS和和PLL兩種技術(shù)結(jié)合起來(lái)，可達(dá)到單一技術(shù)難以?xún)煞N技術(shù)結(jié)合起來(lái)，可達(dá)到單一技術(shù)難以達(dá)到的效果。達(dá)到的效果。鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反

34、饋控制電路反饋控制電路Co2fKfNNff2CominDDS的輸出頻率：的輸出頻率：DDS的輸出最低頻的輸出最低頻率率/頻率分辨率：頻率分辨率：鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路7.3.3 鎖相環(huán)路的應(yīng)用鎖相環(huán)路的應(yīng)用1、鎖相環(huán)路的基本特性、鎖相環(huán)路的基本特性（1） 環(huán)路鎖定時(shí)，鑒相器的兩個(gè)輸入信號(hào)頻率相等，環(huán)路鎖定時(shí)，鑒相器的兩個(gè)輸入信號(hào)頻率相等， 沒(méi)有頻率誤差沒(méi)有頻率誤差。（2） 頻率跟蹤特性頻率跟蹤特性：環(huán)路鎖定時(shí)，環(huán)路鎖定時(shí)，VCO 輸出頻率能輸出頻率能 在一定范圍內(nèi)跟蹤輸入信號(hào)頻率的變化。在一定范圍內(nèi)跟蹤輸入信號(hào)頻率的變化。（3） 窄帶濾波特性窄帶濾波特性：可

35、以實(shí)現(xiàn)高頻窄帶帶通濾波。可以實(shí)現(xiàn)高頻窄帶帶通濾波。鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路2、鎖相鑒頻電路、鎖相鑒頻電路工作原理工作原理：輸入為調(diào)頻信號(hào)，當(dāng)環(huán)路鎖定后，壓控振蕩器的振輸入為調(diào)頻信號(hào)，當(dāng)環(huán)路鎖定后，壓控振蕩器的振蕩頻率就精確地跟蹤輸入調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率而變化，產(chǎn)生具蕩頻率就精確地跟蹤輸入調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率而變化，產(chǎn)生具有相同調(diào)制規(guī)律的調(diào)頻信號(hào)。只要壓控振蕩器的頻率控制特性有相同調(diào)制規(guī)律的調(diào)頻信號(hào)。只要壓控振蕩器的頻率控制特性是線性的，壓控振蕩器的控制電壓是線性的，壓控振蕩器的控制電壓uc(t) 就是輸入調(diào)頻信號(hào)的原就是輸入調(diào)頻信號(hào)的原調(diào)制信號(hào)。調(diào)制信號(hào)。環(huán)路帶寬

36、大于輸入調(diào)頻信號(hào)中調(diào)制信號(hào)的頻譜寬度。環(huán)路帶寬大于輸入調(diào)頻信號(hào)中調(diào)制信號(hào)的頻譜寬度。要求要求：捕捉帶捕捉帶 輸入調(diào)頻信號(hào)的最大頻偏輸入調(diào)頻信號(hào)的最大頻偏鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路3、調(diào)幅波的同步檢波、調(diào)幅波的同步檢波有有p/p/2固定相移固定相移工作原理工作原理：輸入為調(diào)幅信號(hào)或帶有導(dǎo)頻的單邊帶信號(hào)，輸入為調(diào)幅信號(hào)或帶有導(dǎo)頻的單邊帶信號(hào)，LF的的通頻帶很窄，使鎖相環(huán)路鎖定在調(diào)幅信號(hào)的載頻上，這樣壓通頻帶很窄，使鎖相環(huán)路鎖定在調(diào)幅信號(hào)的載頻上，這樣壓控振蕩器就可以提供能跟蹤調(diào)幅信號(hào)載波頻率變化的同步信控振蕩器就可以提供能跟蹤調(diào)幅信號(hào)載波頻率變化的同步信號(hào)。再利用同

37、步檢波器可以得到解調(diào)電壓輸出。號(hào)。再利用同步檢波器可以得到解調(diào)電壓輸出。注意注意：壓控振蕩器輸出電壓與輸入已調(diào)信號(hào)的載波電壓間有壓控振蕩器輸出電壓與輸入已調(diào)信號(hào)的載波電壓間有p p/2的固定相移，因此須經(jīng)過(guò)的固定相移，因此須經(jīng)過(guò)p p/2的移相器加到同步檢波器上，的移相器加到同步檢波器上，這樣才能使這樣才能使VCO輸出電壓與已調(diào)信號(hào)的載波電壓同相。輸出電壓與已調(diào)信號(hào)的載波電壓同相。鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路4、鎖相接收機(jī)（利用窄帶跟蹤特性）、鎖相接收機(jī)（利用窄帶跟蹤特性）信號(hào)頻率漂移較嚴(yán)重時(shí)，若采用普通接收機(jī)，就要求帶寬較寬，信號(hào)頻率漂移較嚴(yán)重時(shí)，若采用普通接收機(jī)，就要求帶寬較寬，這可能導(dǎo)致接收機(jī)輸出信噪比嚴(yán)重下降而無(wú)法檢出有用信號(hào)。這可能導(dǎo)致接收機(jī)輸出信噪比嚴(yán)重下降而無(wú)法檢出有用信號(hào)。采用鎖相接收機(jī)，利用采用鎖相接收機(jī)，利用PLL 的窄帶跟蹤特性，就可自動(dòng)跟蹤信的窄帶跟蹤特性，就可自動(dòng)跟蹤信號(hào)頻率進(jìn)行接收，有效提高輸出信噪比。號(hào)頻率進(jìn)行接收，有效提高輸出信噪比。鏈接本章文稿主頁(yè)面第第 7 章章 反饋控制電路反饋控制電路本章小