高頻電子線路反饋與控制

1、高頻電子線路反饋與控制第1頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五2本章基本要求掌握 AGC、AFC等基本反饋控制電路的原理及作用、相關(guān)電路 ；熟悉 鎖相環(huán)的應(yīng)用的分析方法；了解 集成鎖相環(huán)、頻率合成技術(shù)及其應(yīng)用 第2頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五3反饋控制電路 反饋控制電路是電子系統(tǒng)中的一種自動調(diào)節(jié)電路, 其作用是反饋系統(tǒng)在受到擾動的情況下, 系統(tǒng)通過自身反饋控制的調(diào)節(jié)作用, 使其中的某個參數(shù)（如電信號的振幅、頻率或相位）受控制達到預(yù)定的精度。反饋控制系統(tǒng)可以用如圖8-1-1所示的方框圖來描述 。 第3頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分

2、，星期五4反饋控制電路分類 自動增益控制(Automatic Gain Control, AGC) 、 自動頻率控制( Automatic Frequency Control, AFC)， AFC電路在某些系統(tǒng)中又稱為自動頻率微調(diào)電路（Automatic Frequency Tuning，AFT），自動相位控制 (Automatic Phase Control, APC)。APC電路又稱為鎖相環(huán)路(Phase Locked Loop，PLL), 這是應(yīng)用最廣的一種反饋控制電路。 第4頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五5自動增益控制（AGC）電路 在無線電通信、廣播、電視、

3、遙測遙感等系統(tǒng)中, 由于受到發(fā)射功率大小、接收距離遠(yuǎn)近及信號衰落等許多因素的影響, 接收機所接收到的信號強度變化較大, 信號的強弱可能相差幾十分貝。其原因主要有: a. 同一接收機在同一接收點接收不同發(fā)射機的信號。 由于各發(fā)射機的發(fā)射功率不同, 接收點與發(fā)射機的距離不同, 因此不同發(fā)射機在該接收點的場強不同。 b. 處于移動狀態(tài)中的接收機, 如手持移動電話、車、船、飛機中的通信等, 隨著接收地點的變化, 同一發(fā)射機的信號場強也在不斷變化。 c. 信號的多徑傳輸及其衰落等, 都使接收機的輸入信號強度發(fā)生變化。第5頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五6AGC電路的組成 AGC電

4、路的組成框圖如圖所示 第6頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五7第7頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五8增益控制的方法 接收機、發(fā)射機以及其他電子系統(tǒng)中有多種增益控制的方法。最基本的方法有兩種：一是通過改變放大管的直流偏置，改變放大管的正向傳輸導(dǎo)納變增益的目的； ，從而達到改二是利用二極管或場效應(yīng)管的變阻特性組成電控衰減器實現(xiàn)對放大器增益的控制。 第8頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五9(1) 改變放大管直流偏置法 當(dāng)晶體三極管的變化時，正向傳輸導(dǎo)納之變化，以此可以改變?nèi)龢O管的增益，控制方式分為正向下降；反向AGC則通過減小來控制

5、增益下降。也隨AGC和反向AGC兩種。正向AGC通過增加來控制增益如圖所示。第9頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五10(2) 采用電控衰減器法 第10頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五11(3) 利用PIN二極管構(gòu)成AGC電路 第11頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五12(4) 雙柵場效應(yīng)管的AGC電路 第12頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五13(5) 調(diào)幅收音機中的AGC電路 第13頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五14自動頻率微調(diào)（AFT）電路 自動頻率調(diào)整(AFT)電路也稱為自

6、動頻率控制(AFC)電路，是接收機中的重要電路之一。 它由反饋控制電路及可控頻率器件組成, 如圖所示。 第14頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五15 下圖為超外差電視接收機中的自動頻率控制電路，又稱為自動頻率微調(diào)(AFT)電路, 其作用是使本振頻率穩(wěn)定, 以保證接收機穩(wěn)定工作其中本振頻率為接收的高頻已調(diào)信號的載波頻率為,混頻器輸出的中頻 。 ，所頻率為第15頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五16第16頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五17第17頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五18自動相位控制（APC）電路

7、 自動相位控制（APC）電路又稱為鎖相 (PLL)。下圖所示是簡單的鎖相環(huán)電路組成框圖。 它的控制對象是VCO。反饋控制電路由鑒相器和低通濾波器組成。 第18頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五19APC電路也是一種實現(xiàn)頻率跟蹤的自動控制電路。但在與VCO的振蕩角頻率之間保持預(yù)定的關(guān)系(如=)。在滿足這種預(yù)定關(guān)系與率差, 而是利用它們之間的相位誤差, 即環(huán)路保持一個固定, 因此,環(huán)路的鎖定是指相位的鎖定。 APC 電路中, 輸入信號的角頻率時, 環(huán)路進入鎖定狀態(tài)。但這時不是利用之間的頻的相位差A(yù)PC系統(tǒng)的主要特性有: a) 環(huán)路鎖定時無頻差。 b) 良好的窄帶跟蹤特性。 c

8、) 良好的調(diào)制跟蹤特性。 d) 門限性能好。 e) 易于集成化。 第19頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五20集成鎖相環(huán)的基本部件及相位模型 集成鎖相環(huán)是將下圖所示的鎖相環(huán)中的重要部件鑒相器、 壓控振蕩器及某些特殊的器件集成在同一基片上，各部分之間采用部分連接或都不連接的一種集成電路。 第20頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五21鑒相器(PD) 它的作用是檢測出和兩個電壓之間的相位差, 。 產(chǎn)生相應(yīng)的輸出電壓第21頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五22為輸入信號, 為VCO輸出電壓, 兩信號正交, 即其中，是以為參考的的瞬時相位

9、； 是以為參考的的瞬時相位。若以為參考頻率, 則相位可寫為 的總式中，是以為參考角頻率時的瞬時相位。 于是有 第22頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五23將兩式所表示的輸入信號相乘, 濾除2獲得鑒相器輸出誤差電壓 分量, 即可若, 則鑒相器的特性稱為余弦鑒相特性 , 這時第23頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五24壓控振蕩器(VCO) 壓控振蕩器是一個電壓頻率轉(zhuǎn)換器, 其瞬時角頻率o(t)的函數(shù), 控制特性如圖a所示。 是控制電壓在環(huán)路鎖定點附近, VCO 的控制特性呈線性。 VCO輸出的總相位為 第24頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17

10、分，星期五25環(huán)路濾波器 環(huán)路低通濾波器主要用于濾除鑒相器輸出電流中一些無用的組合頻率及干擾, 以提高環(huán)路的穩(wěn)定性。 鎖相環(huán)中常用的環(huán)路濾波電路有簡單RC 低通濾波器或有源RC低通濾波器。 環(huán)路濾波器傳遞函數(shù)的通式為 式中，為濾波器的傳遞函數(shù)。 第25頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五26鎖相環(huán)的相位模型 如下圖所示的鎖相環(huán)路的相位模型 由該模型可得到環(huán)路的基本方程: 即 或表示為 稱為鎖相環(huán)路的瞬時角頻差 稱為環(huán)路的控制頻差 稱為輸入固有角頻差 第26頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五27鎖相環(huán)的自動調(diào)節(jié)過程 第27頁，共41頁，2022年，5月2

11、0日，1點17分，星期五28鎖相環(huán)路通常還用同步范圍和捕捉范圍來說明環(huán)路的頻率電壓特性，如圖所示。 第28頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五29集成鎖相環(huán)的應(yīng)用 通用集成鎖相環(huán)組成鎖相解調(diào)電路 第29頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五30偏置及溫度補償 第30頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五318.3.2 鎖相在倍頻、分頻、混頻和接收機中的應(yīng)用 在基本鎖相環(huán)路的反饋通道中插入分頻器, 就可組成鎖相倍頻電路, 其組成框圖如圖a所示。 由于反饋信號的角頻率是VCO輸出角頻率經(jīng)n 次分頻后的將與輸入信號角頻率相同, 所以VCO輸出信

12、號的角頻率是輸入信號角頻率的n 倍, 即。 角頻率, 當(dāng)環(huán)路鎖定時, 送入鑒相器的反饋信號角頻率(/n)第31頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五32若在環(huán)路中插入分頻器, 如圖b所示，則與上述情況，即分頻信號的分頻次數(shù)是倍頻器的倍頻次數(shù)。 相反, 環(huán)路鎖定時 ，VCO輸出第32頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五33在基本鎖相環(huán)的反饋通道中插入混頻器和中頻放大器, 還可組成鎖相混頻電路，如圖c所示。 第33頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五34圖所示為鎖相接收機的組成框圖。由圖可見, 它除了鑒相器、環(huán)路濾波和振蕩器(VCO)外,

13、還在基本環(huán)路中插入了混頻器、中頻放大器和基準(zhǔn)信號源（晶體振蕩器） 第34頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五35集成鎖相頻率合成技術(shù) 頻率合成，是利用一個或幾個高穩(wěn)定度和高精度的頻率源（通常為晶體振蕩器），通過對它進行混頻（加減）、倍頻（乘）或分頻（除），產(chǎn)生大量的具有相同頻率穩(wěn)定度和精度的頻率信號。圖所示為鎖相頻率合成器的組成框圖。其中，包括倍頻鎖相環(huán)、分頻鎖相環(huán)和混頻鎖相環(huán)(其中為參考角頻率)三種方式。 第35頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五36第36頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五37集成直接數(shù)字頻率合成器 根據(jù)奈奎斯特

14、采樣定理 對于一個周期的連續(xù)正弦波信號，可以沿著其相位軸方向，以等量的相位間隔對其進行相位/幅度采樣，得到一個周期性的離散相位的正弦信號抽樣序列，并對模擬幅度進行量化，對量化后的幅度采用相應(yīng)的二進制數(shù)據(jù)進行編碼，根據(jù)合成波形的精度要求，采用接近的整數(shù)值表示相應(yīng)的幅值序列。這樣就可以把一個周期性的連續(xù)正弦信號轉(zhuǎn)換成一系列離散的二進制序列，最后把它存儲在只讀存儲器中，每個存儲單元的地址就是相位取樣地址，而存儲單元的內(nèi)容即是量化的正弦波的幅度值。 第37頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五38采用一個只讀存儲器構(gòu)成一個與的正弦函數(shù)查找表，只要輸入相位地址，就可以立即得到相應(yīng)的正弦波幅度值數(shù)據(jù)，從而取代了用計算機對正弦函數(shù)的遞推運算。 相位取樣相對應(yīng)第38頁，共41頁，2022年，5月20日，1點17分，星期五39在固定的時間間隔內(nèi)，正弦波的相位角增量與正弦波的頻率構(gòu)成一一對應(yīng)關(guān)系，也就是為