鎖相環(huán)技術(shù)及其在高頻電路中的應(yīng)用

1、鎖相環(huán)技術(shù)及其在高頻電路中的應(yīng)用高頻電子技術(shù)1.1鎖相環(huán)電路的組成和原理 鎖相環(huán)功能簡(jiǎn)述 鎖相環(huán)是一種典型的反饋控制電路，其基本功能就是實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)uc(t)頻率對(duì)于輸入信號(hào)ui(t)頻率的自動(dòng)跟蹤。本章主要介紹： （1）自動(dòng)跟蹤是如何實(shí)現(xiàn)的？ （2）有哪些典型應(yīng)用？1.1鎖相環(huán)電路的組成和原理 前述鎖相環(huán)基本功能是通過相位同步來實(shí)現(xiàn)的，因此將這類自動(dòng)控制的環(huán)路稱為鎖相環(huán)。環(huán)路組成如下： 所示環(huán)路為什么具有自動(dòng)控制功能？首先需要分析各單元電路的功能 。由于鎖相環(huán)已制成集成電路，分析時(shí)，我們并不討論各單元的具體電路1.1鎖相環(huán)電路的組成和原理1.鑒相器功能 鑒相器有兩個(gè)輸入信號(hào)，一個(gè)輸出信號(hào)。

2、輸入信號(hào)ui(t)是角頻率為i的正弦波電壓： 另一個(gè)輸入是壓控振蕩電路閉環(huán)時(shí)的輸出信號(hào) 1.1鎖相環(huán)電路的組成和原理1.鑒相器功能 鑒相器功能是使其輸出等于兩個(gè)輸入信號(hào)的乘積（鑒相器由乘法器組成），因此其輸出為（設(shè)兩個(gè)輸入信號(hào)的初相位=0）：利用三角函數(shù)公式可得 第一項(xiàng)為高頻成分，經(jīng)隨后的濾波器濾除：1.1鎖相環(huán)電路的組成和原理1.鑒相器功能 用三角函數(shù)公式sin，求得 式中e是兩個(gè)輸入信號(hào)t時(shí)刻瞬時(shí)位相差。 e對(duì)時(shí)間t求導(dǎo)，等于兩個(gè)輸入電壓角頻率之差： 上式所描述的就是鑒相器的基本功能：即如果鑒相器輸入和輸出電壓的頻率相等，則相位差e為常數(shù)，輸出電壓uc(t)也是常數(shù)1.1鎖相環(huán)電路的組成和

3、原理2. 環(huán)路濾波器 環(huán)路濾波器是低通濾波器，其功能就是允許Ud(t)中的低頻成分通過，因此輸入為Ud(t)時(shí)，輸出為Uc(t)高頻成分被濾去1.1鎖相環(huán)電路的組成和原理3.壓控振蕩器功能 輸出信號(hào)U0(t)的角頻率0與輸入電壓Uc(t)成正比，即 式中r壓控振蕩器的自由振蕩頻率，即輸入電壓Uc=0時(shí)的頻率。1.1.2 鎖相環(huán)路的工作原理 鎖相環(huán)路可能處于以下三種狀態(tài)： （1）鎖定狀態(tài)（i=0） 如果輸入信號(hào)頻率i=輸出信號(hào)頻率0,這時(shí)d/dt=0,相位差=常數(shù)，環(huán)路的作用是維持這一狀態(tài)不變，就說環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)1.1.2 鎖相環(huán)路的工作原理（2）捕捉過程（i與0偏離不大） 輸入信號(hào)頻率i不等

4、于0，但相差不大。根據(jù)式（8.7），輸入輸出信號(hào)之間的位相差e(t)將隨之變化，e(t)又導(dǎo)致電壓uc(t)變化，輸出頻率0(t)也隨之變化。于是會(huì)出現(xiàn)這樣的情況：變化的輸出信號(hào)頻率一旦等于輸入信號(hào)頻率（0=i），e(t)不再隨時(shí)間變化，uc(t)因此 也等于恒定值，在這一恒定值作用下壓控振蕩電路輸出頻率等于i，從而維持0=i的狀態(tài)不變，這時(shí)就說環(huán)路進(jìn)入了鎖定狀態(tài)。進(jìn)入鎖定的過程稱為鎖相環(huán)的捕捉過程。 1.1.2 鎖相環(huán)路的工作原理（3）失鎖狀態(tài) （i與0偏離較大）這時(shí)低頻成分的頻率過高，不能通過低通濾波器 這樣，壓控振蕩器沒有控制電壓，其振蕩頻率維持在自由振蕩頻率r，鎖相環(huán)無法維持輸出信號(hào)的

5、頻率等于i，我們就說鎖相環(huán)路處于失鎖狀態(tài)。可見，任何鎖相環(huán)路都存在一個(gè)最大的頻率控制范圍，超出這一范圍，鎖相環(huán)就無法通過捕捉過程進(jìn)入鎖定狀態(tài)，因而也就失去跟蹤位相，控制頻率的功能。1.2鎖相環(huán)典型應(yīng)用簡(jiǎn)介1.2.1 頻率調(diào)制與解調(diào)-解調(diào) 由0(t)=r+A0uC(t)可知，電壓uC(t)隨時(shí)間變化的規(guī)律和輸出頻率0(t)隨時(shí)間變化的規(guī)律相同。由于輸出信號(hào)頻率始終跟蹤輸入信號(hào)頻率變化，0(t)=i(t)，i(t)隨時(shí)間變化的規(guī)律與0(t)相同，因此也與電壓uC(t)的變化規(guī)律相同，這樣，環(huán)路濾波器的輸出電壓也就是解調(diào)的結(jié)果。1.2鎖相環(huán)典型應(yīng)用簡(jiǎn)介1.2.2 倍頻器 鎖相環(huán)鎖定時(shí)，鑒相器的兩個(gè)輸入信號(hào)的頻率嚴(yán)格相等，因此 上式表明，上圖所示倍頻器輸出信號(hào)的頻率是輸入信號(hào)的N倍。也就是說，在鎖相環(huán)路中加入1/N計(jì)數(shù)器分頻，就可以得到N倍頻的輸出信號(hào)1.2鎖相環(huán)典型應(yīng)用簡(jiǎn)介1.2.3 頻率合成器 壓控振蕩器的輸出經(jīng)可編程計(jì)數(shù)器分頻，形成頻率為f0/N的信號(hào)送入鑒相器，與輸入信號(hào)進(jìn)行相位比較后用來控制壓控振蕩即頻率合成器輸出信號(hào)的頻率為器的輸出。因此有1.3鎖相環(huán)應(yīng)用電路識(shí)讀1.3.1 鎖相環(huán)芯片CD4046簡(jiǎn)介 1.3鎖相環(huán)應(yīng)用電路識(shí)讀1.3.1 鎖相環(huán)芯片CD4046簡(jiǎn)介-電路 圖 1.3鎖相環(huán)應(yīng)用電路識(shí)讀1.3.1 鎖相