第5章-反饋控制電路150427

第五章：反饋控制電路

鄧

鋼Gdeng@263.net綜述(一)綜述與內(nèi)容提要反饋控制電路可在系統(tǒng)受到擾動時，通過反饋控制作用使系統(tǒng)的某個參數(shù)達到所需的精度，或者按照一定的規(guī)律變化預先設定控制過程簡述：參考信號不變，輸出信號發(fā)生變化參考信號發(fā)生變化綜述(二)綜述與內(nèi)容提要根據(jù)需要比較和調(diào)節(jié)的參數(shù)不同，可對反饋控制電路進行分類：AGCAFCAPC(PLL)反饋控制系統(tǒng)的特點：自動進行誤差檢測和調(diào)整系統(tǒng)根據(jù)誤差信號的變化而進行調(diào)整，不管誤差信號由何種原因產(chǎn)生存在剩余誤差基本工作原理(一)第一節(jié)：自動增益控制電路基本作用是減小因各種因素引起的系統(tǒng)輸出信號電平的變化范圍，以維持整機輸出穩(wěn)定在輸入信號幅值變化很大的情況下，通過調(diào)節(jié)可控增益放大器的增益，使輸出信號幅值(電平)基本恒定或僅在較小范圍內(nèi)變化的一種電路電路結(jié)構(gòu)及反饋控制過程基本工作原理(二)第一節(jié)：自動增益控制電路低通濾波器的作用：濾除調(diào)制信號反調(diào)制AGC電路的輸入輸出量及其關系靜態(tài)誤差的產(chǎn)生自動電平控制電路的類型第一節(jié)：自動增益控制電路簡單AGC電路：優(yōu)點：電路簡單缺點：對微弱信號的接收不利延遲AGC電路：不同輸入信號強度時電路的工作狀態(tài)自動電平控制電路的應用第一節(jié)：自動增益控制電路自動頻率控制電路的原理第二節(jié)：自動頻率控制電路可使用自動頻率控制的方法來穩(wěn)定振蕩頻率。例如在高質(zhì)量的接收機中，采用AFC電路對本地振蕩器的頻率進行自動調(diào)節(jié)，使混頻所得差頻較精確地等于固定中頻，從而提高接收機的靈敏度電路結(jié)構(gòu)及工作過程鎖相環(huán)的特點第三節(jié)：自動相位控制電路-鎖相環(huán)是一種相位反饋控制系統(tǒng)，能使受控振蕩器的頻率和相位均與輸入信號保持確定的關系可分為模擬鎖相環(huán)和數(shù)字鎖相環(huán)。模擬鎖相環(huán)的特征是鑒相器輸出的誤差信號是連續(xù)的，對環(huán)路輸出信號的調(diào)節(jié)也是連續(xù)的鎖相環(huán)的構(gòu)成(一)第三節(jié)：自動相位控制電路-鎖相環(huán)鑒相器(PD)實質(zhì)上是個相位-電壓變換器鎖相環(huán)的構(gòu)成(二)第三節(jié)：自動相位控制電路-鎖相環(huán)壓控振蕩器(VCO)實質(zhì)上是個電壓-頻率變換器在一定控制電壓范圍內(nèi)可近似用線性函數(shù)表示壓控特性：：壓控振蕩器的固有角頻率：壓控振蕩器的控制靈敏度(增益系數(shù))第三節(jié)：自動相位控制電路-鎖相環(huán)鎖相環(huán)的構(gòu)成(三)環(huán)路濾波器(LPF)還可使鎖相環(huán)獲得所需的帶寬和增益，改善環(huán)路的性能以適應對鎖相環(huán)多種應用的需要嚴格來說：在鎖相環(huán)的分析中，習慣使用微分算子的函數(shù)來表示和的關系，即：可濾除鑒相器輸出中包含鑒相輸入信號頻率在內(nèi)的高頻分量，提高環(huán)路的抗干擾能力鎖相環(huán)的基本工作原理(一)第三節(jié)：自動相位控制電路-鎖相環(huán)環(huán)路鎖定狀態(tài)時的情況即當加到鑒相器上兩個信號的頻率相等時，其瞬時相位差是一個常數(shù)即當加到鑒相器上兩個信號的瞬時相位差為常數(shù)時，其頻率必然相等鎖相環(huán)的基本工作原理(二)第三節(jié)：自動相位控制電路-鎖相環(huán)當輸入輸出頻率不等時，由鎖相環(huán)與AFC均利用誤差信號的反饋作用來控制VCO的振蕩頻率，根本差別在于：可知，VCO的電壓將不斷改變，直至鎖定鎖相環(huán)路中的比較器為鑒相器，環(huán)路鎖定時存在剩余相差，不存在剩余頻差AFC中的比較器為鑒頻器，環(huán)路鎖定時存在剩余頻差鎖相環(huán)的數(shù)學模型第三節(jié)：自動相位控制電路-鎖相環(huán)推導可得鎖相環(huán)路的基本方程為：環(huán)路的鎖定狀態(tài)(一)第三節(jié)：自動相位控制電路-鎖相環(huán)環(huán)路鎖定過程簡述鎖定后壓控振蕩器角頻率與輸入信號同頻，但存在穩(wěn)態(tài)相位誤差VCO振蕩角頻率偏離輸入信號角頻率的值，稱為瞬時角頻差閉環(huán)后控制電壓作用于壓控振蕩器后引起的輸出角頻率的變化，稱為控制角頻差輸入信號角頻率偏離的數(shù)值，稱為環(huán)路的輸入固有角頻差，又稱為開環(huán)角頻差環(huán)路的鎖定狀態(tài)(二)第三節(jié)：自動相位控制電路-鎖相環(huán)當環(huán)路鎖定時，有：無環(huán)路濾波器的鎖相環(huán)稱為一階鎖相環(huán)，此時有：環(huán)路的鎖定狀態(tài)：例一第三節(jié)：自動相位控制電路-鎖相環(huán)設PD的特性為：VCO的特性為：求輸入角頻率分別為時的穩(wěn)態(tài)相差解：同理可得：故最后一種情況下環(huán)路不能鎖定環(huán)路的鎖定狀態(tài)：例二第三節(jié)：自動相位控制電路-鎖相環(huán)解：已知一階鎖相環(huán)路中正弦鑒相特性的鑒相器的；VCO的，自由振蕩頻率。問當輸入頻率分別為和的正弦信號時，環(huán)路能否鎖定？若能鎖定，穩(wěn)態(tài)相差多大，壓控振蕩器的控制電壓多大？故環(huán)路不能鎖定環(huán)路的鎖定狀態(tài)(三)第三節(jié)：自動相位控制電路-鎖相環(huán)假設環(huán)路已處于鎖定狀態(tài)，然后緩慢地改變輸入信號頻率，能夠繼續(xù)維持環(huán)路鎖定所允許的最大輸入固有角頻差的2倍，稱為鎖相環(huán)的同步帶或跟蹤帶，用表示故要增大鎖相環(huán)的同步帶，必須提高其直流總增益使用正弦型鑒相器時同步帶主要受到VCO最大頻率控制范圍的限制一階環(huán)路的平衡點第三節(jié)：自動相位控制電路-鎖相環(huán)在A、B兩點時：A、B兩點的區(qū)別一階環(huán)路的捕捉過程第三節(jié)：自動相位控制電路-鎖相環(huán)捕捉是指鎖相環(huán)路從失鎖狀態(tài)進入到鎖定狀態(tài)的過程捕捉時間捕捉帶：環(huán)路由失鎖到鎖定所允許的最大固有角頻差(或固有頻差)的含義對于一階環(huán)路來說，其捕捉帶與同步帶相等一階環(huán)路的差拍狀態(tài)第三節(jié)：自動相位控制電路-鎖相環(huán)差拍狀態(tài)的含義一階環(huán)路的頻率牽引第三節(jié)：自動相位控制電路-鎖相環(huán)差拍狀態(tài)狀態(tài)下盡管環(huán)路不能鎖定，但卻能使壓控振蕩器的頻率向著縮小頻差方向牽引，即向著鎖定方向牽引牽引作用隨著的增大而減弱一階鎖相環(huán)的頻率牽引特性環(huán)路的跟蹤過程第三節(jié)：自動相位控制電路-鎖相環(huán)環(huán)路鎖定時，輸入信號頻率與輸出信號頻率相同，但兩者之間有一穩(wěn)態(tài)相差跟蹤的定義鎖定狀態(tài)：相對于頻率和相位固定的輸入信號而言跟蹤狀態(tài)：相對于頻率和相位變化的輸入信號而言當輸入信號的頻率和相位改變時，只要相位變化不超過一定的范圍，通過環(huán)路的作用，壓控振蕩器輸出的頻率和相位也會以同樣規(guī)律隨之變化，不斷地跟蹤輸入信號頻率和相位的變化，這種情況稱為環(huán)路處于跟蹤狀態(tài)鎖相環(huán)的重要特性第三節(jié)：自動相位控制電路-鎖相環(huán)環(huán)路在鎖定狀態(tài)時無剩余頻差存在是一個理想的頻率控制系統(tǒng)輸出信號頻率可以精確地跟蹤輸入信號的變化。環(huán)路鎖定后，輸入信號和輸出信號之間的穩(wěn)態(tài)相位誤差可以通過增加環(huán)路增益的辦法被控制在所需數(shù)值范圍之內(nèi)對干擾來說，相當于一個窄帶高頻帶通濾波器良好的跟蹤特性良好的窄帶濾波特性在調(diào)制指數(shù)相同時要低于普通鑒頻器良好的門限特性易于集成化鎖相調(diào)頻電路第三節(jié)：自動相位控制電路-鎖相環(huán)對調(diào)頻波的基本要求：中心頻率足夠穩(wěn)定，頻偏足夠?qū)捰捎谥行念l率的漂移為慢變化，而調(diào)制信號頻率較高，若低通濾波器的通帶能夠濾除調(diào)制信號的頻譜，則可實現(xiàn)要求VCO的振蕩頻率同時受輸入調(diào)制信號和反映VCO中心頻率漂移的電壓控制鎖相鑒頻電路第三節(jié)：自動相位控制電路-鎖相環(huán)要求LPF在調(diào)制信號的有效頻譜范圍內(nèi)有平坦的幅頻特性和相頻特性注意對VCO和LPF的要求若環(huán)路帶寬設計得足夠?qū)?，則環(huán)路鎖定時VCO能夠跟蹤輸入調(diào)頻波中反映調(diào)制規(guī)律變化的瞬時頻率，此時VCO輸入端的控制電壓必然和輸入調(diào)頻波頻率的變化規(guī)律相同，故從LPF輸出端即可得到解調(diào)信號是調(diào)制跟蹤型鎖相環(huán)路同步檢波電路第三節(jié)：自動相位控制電路-鎖相環(huán)窄帶跟蹤濾波器第三節(jié)：自動相位控制電路-鎖相環(huán)混頻器輸出的中頻被鎖定在本地標準中頻上低通濾波器的帶寬很窄，調(diào)制信號分量不能進入環(huán)路，只對緩慢變化的頻移進行調(diào)整，從而提高了接收機的靈敏度載波頻率的變化范圍可以超過等效窄帶濾波器的通頻帶，但限制在壓控振蕩器的可控振蕩頻率范圍內(nèi)。其工作條件是載