APC_AFC_AGC教材

笫8章鎖相環(huán)路 PLL 及其他反饋控制電路 主要教學(xué)內(nèi)容 三種反饋控制電路 PLL AGC和AFC鎖相環(huán)路的構(gòu)成及基本原理 環(huán)路的鎖定 捕捉和跟蹤 環(huán)路的同步帶和捕捉帶鎖相環(huán)的數(shù)學(xué)模型 鎖相環(huán)路的應(yīng)用 教學(xué)重點 鎖相環(huán)的構(gòu)成及基本原理環(huán)路的鎖定 捕捉和跟蹤 環(huán)路的同步帶和捕捉帶鎖相環(huán)的數(shù)學(xué)模型 教學(xué)難點 鎖相環(huán)的基本原理環(huán)路的鎖定 捕捉和跟蹤鎖相環(huán)的數(shù)學(xué)模型 課時分配 總計2學(xué)時 8 1鎖相環(huán)路 一 基本概念三種反饋控制系統(tǒng)自動相位控制 APC AutomaticPhaseControl 電路 又叫鎖相環(huán)路PLL PhaseLockedLoop 是一種相位反饋控制系統(tǒng) 將參考信號與輸出信號間的相位進行比較 產(chǎn)生相位誤差電壓來調(diào)整輸出信號的相位 以達到與參考信號同頻的目的 特點 鎖相環(huán)路控制的是信號的相位 即誤差信號是相位 所以穩(wěn)定時只有相差 自動頻率控制 AFC AutomaticFrequencyControl 電路是一種頻率反饋控制系統(tǒng) 控制的是信號的頻率 特點 誤差信號是頻率 所以穩(wěn)定時有頻差 自動增益控制 AGC AutomaticGainControl 電路 在輸入信號幅度變化很大的情況下 使輸出信號幅度保持恒定或僅在較小范圍內(nèi)變化的一種自動控制電路 鎖相環(huán)路的基本特性 鎖定時無頻差環(huán)路鎖定時輸出與輸入之間只有一固定的相位差 頻帶差則等于零 因而可實現(xiàn)無誤差的頻率跟蹤 良好的窄帶跟蹤特性環(huán)路鎖定時可以對噪聲進行過濾 完成窄帶濾波器的作用 良好的調(diào)制跟蹤特性可以設(shè)計成跟蹤輸入信號的瞬時相位變化 這時環(huán)路既可輸出經(jīng)過提純的已調(diào)制信號 也可作為解調(diào)器輸出解調(diào)信號 門限性能好易于集成化基本部件都易于采用模擬集成電路 二 鎖相環(huán)的構(gòu)成及基本原理 三 各組成部分分析 1 鑒相器 PD 常用的鑒相器有數(shù)字 模擬 抽樣和鑒頻鑒相器等 作為原理分析 通常使用具有正弦鑒相特性的鑒相器 1 正弦波鑒相器的數(shù)學(xué)模型 設(shè)輸入信號為 式中 U1m為正弦信號的振幅 i為中心角頻率 i t 是以載波相位 it為參考的瞬時相位 若輸入信號為一固定的正弦波 則 i t i是一常數(shù) 即ui t 的初始相位 式中 U2m為余弦信號的振幅 o為環(huán)路VCO的自由振蕩角頻率 o t 是輸出信號以自由振蕩相位 ot為參考的瞬時相位 設(shè)輸出信號為 1 正弦波鑒相器的數(shù)學(xué)模型 續(xù) 兩信號經(jīng)乘法器相乘后 設(shè)乘法器的增益系數(shù)為Am 單位為1 V 則輸出為 ud隨兩信號的相位差作周期性的正弦變化 正弦波鑒相器 Kd為鑒相器的最大輸出電壓 在一定程度上反映了鑒相器的靈敏度 單位為 V 2 正弦波鑒相器線性化的數(shù)學(xué)模型 作拉氏變換 得到頻域內(nèi)的鑒相特性 2 環(huán)路濾波器 LF 線性低通濾波器鎖相環(huán)路中通常采用一階濾波器電路 有時需要較強地抑制鑒相器輸出中的交流分量時 也采用高階濾波電路 兩個功能 濾除誤差信號中的高頻分量及噪聲 為鎖相環(huán)路提供一個短期的記憶 如果系統(tǒng)由于瞬時噪聲而失鎖 可確保鎖相環(huán)路迅速重新捕獲信號 組成 線性元件電阻 電容和電感及運算放大器 鎖相環(huán)路中通常采用的濾波器電路RC積分濾波器無源比例積分濾波器有源比例積分濾波器 1 RC積分濾波器 2 無源比例積分濾波器 3 有源比例積分濾波器 3 壓控振蕩器 VCO 電壓 頻率變換器 有線性控制特性的調(diào)頻振蕩器 在外加控制電壓的作用下 輸出信號頻率按一定規(guī)律變化的振蕩電路 采用壓控元件作為頻率控制元件 作用 使振蕩頻率向輸入信號的頻率靠攏 直至兩者的頻率相同 使VCO輸出信號的相位和輸入信號的相位保持某種關(guān)系 達到相位鎖定的目的 特性 3 壓控振蕩器 續(xù) 在鎖相環(huán)路中 壓控振蕩器的輸出對鑒相器起作用的不是瞬時角頻率而是它的瞬時相位 VCO在鎖相環(huán)中起了一次積分作用 也稱為環(huán)路中的固有積分環(huán)節(jié) 該積分環(huán)節(jié)在環(huán)中起著相當重要的作用 改為拉氏變換形式 四 鎖相環(huán)的數(shù)學(xué)模型 閉環(huán)傳輸函數(shù) 誤差傳輸函數(shù) 開環(huán)傳輸函數(shù) d i o c s 五 環(huán)路的鎖定 捕獲和跟蹤 1 環(huán)路的鎖定沒有輸入信號時 VCO以自由振蕩頻率 o振蕩 有輸入信號ui t 時 剛開始 i o 當某時刻 i和 o接近到一定程度時 鑒相器輸出一誤差電壓 經(jīng)環(huán)路濾波器變換后控制VCO的頻率 使其輸出頻率變化到接近 i 且兩信號的相位誤差為 常數(shù) 這時環(huán)路鎖定 2 環(huán)路的捕捉 從信號的加入到環(huán)路鎖定以前 稱環(huán)路的捕捉過程 3 環(huán)路的跟蹤 環(huán)路鎖定后 當輸入基準信號的頻率或相位發(fā)生某種變化時 由于環(huán)路的反饋控制作用 壓控振蕩器的頻率和相位將隨輸入信號的變化而變化 使壓控振蕩器的頻率與輸入信號頻率相同且相位差固定為 但變化范圍是有限的 六 環(huán)路的同步帶和捕捉帶 捕捉帶環(huán)路能捕捉的最大的輸入信號頻率變化范圍 同步帶在環(huán)路已進入鎖定狀態(tài)后 壓控振蕩器能跟蹤輸入信號頻率變化的范圍 又稱為PLL的同步特性或非線性跟蹤特性 8 3鎖相環(huán)路的應(yīng)用 一 在調(diào)制解調(diào)技術(shù)中的應(yīng)用 1 鎖相調(diào)頻電路 實現(xiàn)鎖相調(diào)頻的條件 CC4046鎖相調(diào)頻實際電路 2 鎖相鑒頻電路 鎖相解調(diào)電路原理框圖 CD4046鎖相解調(diào)電路 NE 564調(diào)相解調(diào)電路 工作電壓5V 工作電壓12V 二 在空間技術(shù)上的應(yīng)用 窄帶跟蹤濾波器 鎖相接收機 三 在穩(wěn)頻技術(shù)中的應(yīng)用 1 用于振蕩器的穩(wěn)定與頻譜提純 振蕩器的穩(wěn)定與提純 振蕩器的穩(wěn)定與提純 2 頻率合成器 8 4自動增益控制電路 AGC AutomaticGainControl 在輸入信號幅度變化很大的情況下 用改變增益的方法 維持輸出信號幅度基本不變的一種反饋控制系統(tǒng) 8 5自動頻率控制電路 AFC AutomaticFrequencyControl 在輸入信號頻率變化很大的情況下