高頻電子線路ppt講義10反饋控制電路

1、第6章 反饋控制電路 自動(dòng)增益控制（AGC） AGC電路的作用與組成 AGC電壓的產(chǎn)生 實(shí)現(xiàn)AGC的方法 自動(dòng)頻率控制（AFC） AFC的工作原理 AFC的應(yīng)用 鎖相環(huán)路 鎖相環(huán)路的基本工作原理 鎖相環(huán)路的性能分析 集成鎖相環(huán)路及其應(yīng)用內(nèi)內(nèi)容容提提要要6.1 自動(dòng)增益控制(AGC)1、AGC電路的作用與組成(1) 作用當(dāng)輸入信號(hào)變化時(shí)，保證輸出信號(hào)幅度基本恒定。包括：能夠產(chǎn)生一個(gè)隨輸入信號(hào)大小而變化的控制電壓，即AGC電壓（UAGC）；利用AGC電壓去控制某些級(jí)的增益，實(shí)現(xiàn)AGC。(2) 組成具有AGC電路的接收機(jī)框圖2、AGC電壓的產(chǎn)生6.1 自動(dòng)增益控制(AGC)分析：中頻信號(hào)電壓經(jīng)檢波后

2、，除得到所需音頻信號(hào)之外，還得到一個(gè)平均直流分量。音頻信號(hào)由RL2兩端取出。平均直流分量(反映了輸入信號(hào)的幅度)從C3兩端取出，經(jīng)低通后，作為AGC電壓，加到中放管上去控制中放的增益。 (1) 平均值式AGC電路V1、R7和C4組成AGC檢波電路，運(yùn)放A為直流放大器，UREF為延遲電平。當(dāng)輸入信號(hào)較小時(shí)，AGC不起作用。當(dāng)輸入 信 號(hào) 較 大時(shí),AGC將起作用?？梢?jiàn)，該AGC電路具有延遲功能。 6.1 自動(dòng)增益控制(AGC)(2) 延遲式AGC電路(3) 改變放大器的負(fù)反饋深度6.1 自動(dòng)增益控制(AGC)3、實(shí)現(xiàn)AGC的方法(1) 改變發(fā)射極電流IE 正向AGC 反向AGC(2) 改變放大器

3、負(fù)載由于放大器的增益與負(fù)載密切相關(guān)，因此通過(guò)改變負(fù)載就可以控制放大器的增益 。通過(guò)控制負(fù)反饋的深度來(lái)控制放大器的增益。6.2 自動(dòng)頻率控制（AFC） 調(diào)幅接收機(jī)中的AFC系統(tǒng) 具有AFC電路的調(diào)頻發(fā)射機(jī)nAFC的工作原理nAFC的應(yīng)用n組成n工作原理AFC電路組成 作用：自動(dòng)控制振蕩器頻率穩(wěn)定 組成：鑒相器、低通濾波器和壓控振蕩器 標(biāo)準(zhǔn)頻率fr；輸出頻率fo；誤差電壓uD(t) ；直流控制電壓uC(t)。壓控振蕩器的輸出頻率fo與標(biāo)準(zhǔn)頻率fr在鑒頻器中進(jìn)行比較，當(dāng)fo=fr時(shí)，鑒頻器無(wú)輸出，壓控振蕩器不受影響；當(dāng)fofr時(shí)，鑒頻器即有誤差電壓輸出，其大小正比于(fofr)，經(jīng)低通濾波器濾除交流

4、成分后，輸出的直流控制電壓uc(t)，加到壓控振蕩器上，迫使壓控振蕩器的振蕩頻率fo與fr接近，而后在新的振蕩頻率基礎(chǔ)上，再經(jīng)歷上述同樣的過(guò)程，使誤差頻率進(jìn)一步減小，如此循環(huán)下去，最后fo和fr的誤差減小到某一最小值f時(shí)，自動(dòng)微調(diào)過(guò)程停止，環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)。 AFC工作原理AFC應(yīng)用調(diào)幅接收機(jī) 混頻器輸出的中頻信號(hào)經(jīng)中頻放大器放大后，除送到包絡(luò)檢波器外，還送到限幅鑒頻器進(jìn)行鑒頻。鑒頻器中心頻率調(diào)在fI上，它可將偏離中頻的頻率誤差變換成電壓，該電壓通過(guò)處理后加到VCO上，VCO振蕩頻率發(fā)生變化，使偏離中頻的頻率誤差減小，直至達(dá)到要求。 晶體振蕩器提供標(biāo)準(zhǔn)頻率fr，調(diào)頻振蕩器的中心頻率為fc；鑒頻

5、器的中心頻率調(diào)在(frfc)上。由于fr穩(wěn)定度很高，當(dāng)fc發(fā)生漂移時(shí)，混頻器輸出的頻差也跟隨變化，使限幅鑒頻器輸出電壓發(fā)生變化，經(jīng)濾波器后的誤差電壓加到調(diào)頻振蕩器上，調(diào)節(jié)其振蕩頻率使之中心頻率穩(wěn)定。 AFC應(yīng)用調(diào)頻發(fā)射機(jī)6.3之一: 鎖相環(huán)路的基本原理 組成框圖 ui(t)和VCO的uo(t) 在PD中進(jìn)行比較，PD輸出的誤差電壓ud(t)是二者相位差的函數(shù)。如果兩者頻率相同，相位差恒定，則經(jīng)LF后無(wú)輸出；如果兩者頻率不同，則經(jīng)LF后得到控制電壓去控制VCO的振蕩頻率，直至環(huán)路進(jìn)入“鎖定”狀態(tài)。 工作原理6.3之二: 鎖相環(huán)路的性能分析 鑒相器的電路模型 環(huán)路濾波器的電路模型 壓控振蕩器的電路

6、模型 鎖相環(huán)的相位模型及環(huán)路方程 捕捉過(guò)程 跟蹤過(guò)程 鎖相環(huán)的基本特性本講內(nèi)容：鑒相器的電路模型1.鑒相器的輸出電壓是ui(t)和uo(t)相位差的函數(shù) 。2.典型的乘積型鑒相器中，鑒相器的低頻分量輸出為：)()()()(sin)(OieeddttttAtu其中 鑒相器框圖 鑒相器電路模型分析3. 乘積型鑒相器具有正弦規(guī)律的鑒相特性。環(huán)路濾波器的電路模型微分方程 ：)()()(dFCtupAtu 常見(jiàn)環(huán)路濾波器的形式 環(huán)路濾波器電路模型其中，AF(p)為傳遞函數(shù)。壓控振蕩器的電路模型 壓控振蕩器的特性可用調(diào)頻特性來(lái)表示)(C0r0tuA 壓控振蕩器的電路模型P=d/dt為微分算子 在一定范圍內(nèi)

7、o與 uc(t) 幾乎成線性關(guān)系 有：A A0 0為VCO的壓控靈敏度。 鎖相環(huán)的相位模型及環(huán)路方程 鎖相環(huán)的相位模型)(sin1)()()()()(eFodiotppAAAttttie)()(sin)()(ieFodetpttAAAtp瞬時(shí)頻差控制頻差固有頻差 環(huán)路方程捕捉過(guò)程環(huán)路由失鎖進(jìn)入鎖定的過(guò)程i 較小ud(t) 能順利通過(guò)LF得到uC(t) 控制VCO環(huán)路鎖定 捕捉帶(p ) 環(huán)路由失鎖進(jìn)入鎖定所允許信號(hào)頻率偏離r的最大值。 捕捉時(shí)間(P )環(huán)路由失鎖狀態(tài)進(jìn)入鎖定狀態(tài)所需的時(shí)間i較大 ud(t) 通過(guò)LF有較大衰減 uC(t) 較小經(jīng)頻率牽引過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)環(huán)路鎖定i很大 ud(t) 不能

8、通過(guò)LF產(chǎn)生uC(t) VCO不受控環(huán)路失鎖跟蹤過(guò)程環(huán)路維持鎖定的過(guò)程 能夠維持環(huán)路鎖定所允許的最大固有頻差|i| ，稱(chēng)為鎖相環(huán)路的跟蹤帶或同步帶。 跟蹤過(guò)程（同步過(guò)程） 跟蹤帶（同步帶） 跟蹤帶（同步帶）和環(huán)路濾波器的帶寬及壓控振蕩器的頻率控制范圍有關(guān)。 如果輸入信號(hào)頻率i 或VCO振蕩頻率o 發(fā)生變化，則VCO振蕩頻率o跟蹤i 而變化，維持o =i 的鎖定狀態(tài)，稱(chēng)為跟蹤過(guò)程或同步過(guò)程。鎖相環(huán)的基本特性 環(huán)路鎖定后，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)頻率相等，沒(méi)有剩余頻差（有微小固定相差）良好的窄帶特性鎖定后沒(méi)有頻差自動(dòng)跟蹤特性環(huán)路相當(dāng)于一個(gè)高頻窄帶濾波器，只讓輸入信號(hào)頻率附近的頻率成份通過(guò)環(huán)路在鎖定時(shí)，輸

9、出信號(hào)頻率和相位能在一定范圍內(nèi)跟蹤輸入信號(hào)頻率和相位的變化6.3 之三: 集成鎖相環(huán)路及其應(yīng)用本本講講內(nèi)內(nèi)容容 集成鎖相環(huán)路簡(jiǎn)介 鎖相環(huán)的應(yīng)用 頻率合成 鎖相倍頻、分頻與混頻 鎖相調(diào)頻與鑒頻 調(diào)幅波的同頻檢波 彩色電視機(jī)色副載波的提取 鎖相接收機(jī) 主要技術(shù)指標(biāo) 鎖相頻率合成器集成鎖相環(huán)簡(jiǎn)介 集成鎖相環(huán)按其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)可分為 模擬鎖相環(huán)和數(shù)字鎖相環(huán) 集成鎖相環(huán)按其用途可分為 通用型和專(zhuān)用型 集成鎖相環(huán)按其工作頻率可分為 低頻（1MHz以下）、高頻（130MHz）和超高頻（30MHz以上） 幾種通用的集成鎖相環(huán) L565（低頻）、L562（高頻）和L564（超高頻）應(yīng)用之一：鎖相倍頻、分頻與混頻

10、倍頻電路框圖 當(dāng)反饋環(huán)路是分頻器時(shí)倍頻電路 當(dāng)反饋環(huán)路是倍頻器時(shí)分頻電路 當(dāng)反饋環(huán)路是混頻器和中頻放大器時(shí)混頻電路應(yīng)用之二：鎖相調(diào)頻和鑒頻 鎖相環(huán)調(diào)頻鎖相環(huán)使VCO的中心頻率穩(wěn)定在晶振頻率上，同時(shí)調(diào)制信號(hào)也加至VCO上，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)頻當(dāng)輸入調(diào)頻波的頻率發(fā)生變化時(shí)，經(jīng)PD和LF后將得到一個(gè)與輸入信號(hào)的頻率變化相同的控制電壓，即實(shí)現(xiàn)鑒頻鎖相環(huán)鑒頻應(yīng)用之三：調(diào)幅波的同步檢波 原理框圖 工作原理 在對(duì)DSB及SSB調(diào)幅信號(hào)解調(diào)的同步檢波器中，必須有一與載波信號(hào)同頻同相 的同步參考信號(hào)。圖中用載波跟蹤鎖相環(huán)路，在VCO輸出端經(jīng)900移相后而得到該信號(hào) 。應(yīng)用之四：彩色電視色副載波的提取 原理框圖 工作原理

11、在彩色電視中，為了重現(xiàn)彩色，接收端必須要有與發(fā)送端完全相同的色副載波。而其中的色同步信號(hào)是其產(chǎn)生的基準(zhǔn)。圖中利用鎖相環(huán)使VCO產(chǎn)生的色副載波，根據(jù)鎖相環(huán)的工作特點(diǎn)，該信號(hào)的頻率和相位受輸入端色同步信號(hào)的控制。應(yīng)用之五：鎖相接收機(jī) 原理框圖 工作原理通過(guò)鎖相環(huán)VCO產(chǎn)生本振頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)頻率的跟蹤，保證輸出中頻信號(hào)頻率相對(duì)穩(wěn)定。頻率合成器的主要技術(shù)指標(biāo) 頻率范圍頻率合成器的工作頻率范圍 頻率間隔相鄰頻率之間的最小間隔，又稱(chēng)分辨力 頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間從一個(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 頻率穩(wěn)定度與準(zhǔn)確度穩(wěn)定度在一定時(shí)間內(nèi)頻率偏差標(biāo)稱(chēng)頻率的程度準(zhǔn)確度實(shí)際工作頻率與標(biāo)稱(chēng)頻率

12、之間的偏差 頻譜純度輸出信號(hào)接的正弦波的程度單環(huán)式鎖相頻率合成器由晶體振蕩器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率源fs，經(jīng)參考分頻器R分頻后，得到參考頻率fr = fs /R 送到鑒相器的一輸入端，VCO輸出頻率fo經(jīng)N分頻后送到鑒相器的二輸入端 。環(huán)路鎖定時(shí)有fr=fo /N，因此VCO輸出信號(hào)頻率為fo = N fS /R= N fr 。即輸出信號(hào)頻率fo為輸入?yún)⒖夹盘?hào)頻率fr的N倍，改變N(分頻系數(shù))就可得到不同頻率的輸出。 頻率合成器實(shí)例由CD4046組成的頻率合成器：?jiǎn)苇h(huán)式頻率合成器存在的問(wèn)題 減小輸出頻率間隔和減小頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間是矛盾的 。要減小輸出頻率間隔，就必須減小輸入?yún)⒖碱l率fr。因環(huán)路濾波器的帶寬必

13、須小于參考頻率，因而環(huán)路濾波器的帶寬也要壓縮。環(huán)路的捕捉時(shí)間或跟蹤時(shí)間就要加長(zhǎng)，即頻率合成器的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間加大。 鎖相環(huán)路內(nèi)接入分頻器后，其環(huán)路增益將下降為原來(lái)的1/N。當(dāng)要求頻率間隔很小時(shí)，其分頻比N的變化范圍將很大，導(dǎo)致環(huán)路增益也大幅度的變化，從而影響到環(huán)路的動(dòng)態(tài)工作性能。 可編程分頻器的分頻比的數(shù)目決定了合成器輸出信道的數(shù)目，而程序分頻的輸入頻率就是合成器的輸出頻率。由于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。多環(huán)式鎖相頻率合成器上圖為三環(huán)頻率合成器組成框圖。它由三個(gè)鎖相環(huán)路組成。環(huán)路A和B為單環(huán)頻率合成器，環(huán)C為混頻環(huán)。 吞脈沖程序分頻器工作原理：設(shè)計(jì)數(shù)

14、開(kāi)始時(shí)模式控制輸出1，雙模前置分頻器和兩計(jì)數(shù)器在輸入脈沖作用下同時(shí)計(jì)數(shù)，當(dāng)輔助計(jì)數(shù)器計(jì)滿A個(gè)脈沖后模式控制電路輸出低電平0，輔助計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，同時(shí)使雙模前置分頻器分頻比變?yōu)镻然后繼續(xù)工作，主計(jì)數(shù)器也繼續(xù)計(jì)數(shù)滿N個(gè)脈沖后，使模式控制電路重新恢復(fù)高電平、雙模前置分頻器恢復(fù)(P+1)分頻比，各部件進(jìn)入第二個(gè)計(jì)數(shù)周期。 吞脈沖頻率合成器 上圖是用吞脈沖程序分頻器構(gòu)成的吞脈沖頻率合成器，其輸出信號(hào)頻率為：f0=(PN+A)fr 可見(jiàn)： fo提高了P倍，而頻率間隔仍保持為fr 。用MC145146構(gòu)成的吞脈沖頻率合成器 本章小結(jié) AGC電路是接收機(jī)的重要輔助電路之一，它使接收機(jī)的輸電路是接收機(jī)的重要輔助電路之一，它使接收機(jī)的輸出信號(hào)在輸入信號(hào)變化時(shí)能基本穩(wěn)定，故得到廣泛的應(yīng)用。出信號(hào)在輸入信號(hào)變化時(shí)能基本穩(wěn)定，故得到廣泛的應(yīng)用。 自動(dòng)頻率控制自動(dòng)頻率控制(AFC)也稱(chēng)自動(dòng)頻率微調(diào)，是用來(lái)控制振蕩器也稱(chēng)自動(dòng)頻率微調(diào)，是用來(lái)控制振蕩器的振蕩頻率以提高頻率穩(wěn)定度的振蕩頻率以提高頻率穩(wěn)定度 。 鎖相環(huán)路是利用相位的調(diào)節(jié)，以消除頻率誤差的自動(dòng)控制系鎖相環(huán)路是利用相位的調(diào)節(jié)，以消除頻率誤差的自動(dòng)控制系統(tǒng)，它由鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器等組成。統(tǒng)，它由鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器等組成。 在鎖相環(huán)路中，由失