高頻電子線路最新版課后習(xí)題解答第八章-反饋控制電路答案

1、第八章思考題與習(xí)題8.1反饋控制電路中的比較器根據(jù)輸入比較信號參量的不同，可分為自動(dòng)電平控制電路、_ 自動(dòng)頻率控制電路 和自動(dòng)相位控制電路 三種。8.2自動(dòng)增益控制電路又稱AGC,比較器比較的參量是電壓。自動(dòng)增益控制電路的核心電 路是可變增益放大器。8.3自動(dòng)相位控制電路又稱鎖相環(huán),比較器比較的參量是相位?；镜逆i相環(huán)路由鑒相 矍、環(huán)路低通濾波器和壓控振蕩器三部分組成。鎖相環(huán)再鎖定時(shí)，只有剩余相位 誤差，而沒有剩余頻率誤差。8.4鎖相環(huán)實(shí)際上是一個(gè)相位反饋控制系統(tǒng),當(dāng)環(huán)路達(dá)到鎖泄?fàn)顟B(tài)時(shí)，輸出信號與輸入?yún)⒖?信號兩者的頻率相等。AGC的作用是什么？主要的性能指標(biāo)包括哪些？答：AGC電路可用于控制

2、接收通適的增益，它以特性增益為代價(jià)，換取輸入信號動(dòng)態(tài) 范圍的擴(kuò)大使輸岀幾乎不隨輸入信號的強(qiáng)弱變化而變化。其性能指標(biāo)有兩個(gè)：動(dòng)態(tài)范圍和響應(yīng)時(shí)間。AFC的組成包括哪幾部分，其工作原理是什么？答：AFC由以下幾部分組成：頻率比較器、可控頻率電路、中頻放大器、鑒頻器、濾波 器。工作原理：在正常情況下，接收信號的載波為,，本振頻率人，頻輸出的中頻為刀。若由于某種不穩(wěn)定因素使本振發(fā)生了一個(gè)偏移+為；_?；祛l后的中頻也發(fā)生同樣的偏移，成 為乙+嗽，中頻輸出加到鑒頻器的中心頻率鑒頻器就產(chǎn)生了一個(gè)誤差電壓，低通濾波 器去控制壓控振蕩器，使壓控振蕩器的頻率降低從而使中頻頻率減小，達(dá)到穩(wěn)定中頻的目的 8.7比較AF

3、C和AGC系統(tǒng)，指出它們之間的異同。解：二者都屬于反饋控制系統(tǒng)，但AFC是采用鑒頻器，將輸入的兩個(gè)信號的頻率進(jìn)行比 較，它所輸出的誤差電壓與兩個(gè)比較的頻率源之間的頻率差成正比，所以達(dá)到最后穩(wěn)立狀態(tài) 時(shí)，兩個(gè)頻率之間存在穩(wěn)態(tài)頻率誤差。而AGC是將輸出電壓經(jīng)過處理后反送到某一前端放 大器控制該放大器的增益，以達(dá)到使輸出電壓基本不變的目的。8.8鎖相與自動(dòng)頻率微調(diào)有何區(qū)別？為什么說鎖相環(huán)路相當(dāng)于一個(gè)窄帶跟蹤濾波器？解：二者都是利用誤差信號的反饋?zhàn)饔脕砜刂票环€(wěn)定的振蕩器的振蕩頻率。但二者之間 有著根本的區(qū)別，在鎖相環(huán)路中，采用的是鑒相器，它所輸出的誤差電壓與兩個(gè)相互比較的 頻率源之間的相位差成正比，所

4、以達(dá)到最后穩(wěn)左（鎖泄）狀態(tài)時(shí)，被穩(wěn)泄（鎖左）的頻率等 于標(biāo)準(zhǔn)頻率，但有穩(wěn)態(tài)相位誤差（剩余相差）；在自動(dòng)頻率微調(diào)系統(tǒng)中，采用的是鑒頻器，它 所輸出的誤差電壓與兩個(gè)比較的頻率源之間的頻率差成正比，所以達(dá)到最后穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，兩 個(gè)頻率之間存在穩(wěn)態(tài)頻率誤差，即兩個(gè)頻率源的頻率不能完全相等。從這一點(diǎn)來看，利用鎖 相環(huán)可以實(shí)現(xiàn)較為理想的頻率控制。之所以說鎖相環(huán)路相當(dāng)于一個(gè)窄帶跟蹤濾波器”，是因?yàn)殒i相環(huán)路的傳遞函數(shù)具有窄帶 低通特性，且鎖相環(huán)具有理想的頻率跟蹤特性。8.9 PLL的主要性能指標(biāo)有哪些？其物理意義是什么？答：我們可以用“穩(wěn)”、“準(zhǔn)”、“快”、可控”、“抗擾”五大指標(biāo)衡量PLL的優(yōu)劣。（a） “穩(wěn)

5、”是指環(huán)的穩(wěn)立性。PLL的穩(wěn)左是它工作的前提條件，若環(huán)路由負(fù)反饋?zhàn)兂闪苏答仯?就不穩(wěn)泄了。理論分析表明，一、二階環(huán)路是無條件千金之子環(huán)。（b） “準(zhǔn)”是指環(huán)路的鎖泄=Jrad Is =14.27 x 103 rad / sY3.6xlO3xO.3xlO-68.14在圖8.T.2所示的鎖相環(huán)路中，當(dāng)輸入頻率發(fā)生突變厶=100rad/s時(shí)，要求環(huán)路的穩(wěn) 態(tài)相位誤差為0.1 rad,試確定放大器的增益已知Ad=25mV/rad,觀=10rad/sV , RC = 03soJ_解：P=，因?yàn)锳f(5)= - = 一1一仏恥丄 i+$RCsC所以 Af(O) = lAg?.100 rad / sAx

6、=:；=40AoAdAf (0)(pg 25 x 1 O3 V/rad x 1 O3rad/(sV)xO.lrad8.15已知一階鎖相環(huán)路鑒相器的最大輸出電壓Vd=2V,壓控振蕩器的= 104 Hz/V (或 2-xlO4rad/sV),壓控振蕩器的振蕩器頻率= 2x 106 rad/s。問當(dāng)輸入信號頻率 =2x1015xlO3rad/s時(shí)，環(huán)路能否鎖左？若能，穩(wěn)態(tài)相差等于多少？此時(shí)控制電 壓等于多少？解：因?yàn)? co - co, = 2x 1015x10 -2;rx 1000 x 10? = 2x 15x10、rad/sVdAo = 2x 2x 104 = 2/rx 20 x 1 O rad

7、/s滿足 嶺4,的條件，所以環(huán)路能夠鎖立。鎖立時(shí)的穩(wěn)態(tài)相位誤差為(pu = arcsin = arcsin = 21.5皿 20此時(shí)控制電壓 K =sin21.5 =2sin21.5 =0.733(V)8.16在某鎖相環(huán)路中，鑒相器靈敏度Ad=lV/rad,壓控靈敏度人,=2兀x 10rad/sV ,輸入 信號頻率/ = 1MHz .VCO的固有頻率 = 1.02MHz。若環(huán)路濾波器采用有源比例積分器，英直流增益/V(0) = 10,可使環(huán)路入鎖.試求鎖左后的剩余相差，以及鑒相器與濾波器輸出端的直流電壓。若環(huán)路濾波器采用RC積分濾波器或無源比例積分濾波器，試問環(huán)路能否鎖宦？解：題中島指的是洪=

8、0時(shí)的灼，單位是VI rad.A=2(/-/,) = 2(l-1.02)xl06r6iJ/5=2/rx0.02xl06rai7/5對正弦鑒相特性，ud=Kdsin(pc=Ud sin(pe.此時(shí)的單位是V,則鎖左后的剩余相差為(pc (s) 余相差為(pc (s) = arcsin= arcsinKdKvF(0)1x2x106x10=arcsin (-0.02) a -0.02raJ鑒相器的直流輸出電圧為Hd (o) = Kd sin(pe (co) = ud sin(pe (qo) -0.02 V濾波器的輸出端的直流電壓為uc = ud (O) X F (O) Q -0.02X10 =-0.

9、2V對于正弦鑒相特性，RC枳分器和無源比例積分器的F(0) = l(、2x(-0.02)xl06/ 八八0, (s) = arcsin二=arcsin (-0.2)八 72xl06xl 丿環(huán)路能夠鎖左。8.17無低通濾波器的一階鎖相環(huán)路，PD的靈敏度A, =lV/rad , VCO的4 = 2xl04rad/sV ,輸入信號頻率 / = 1MHz , VCO 的固有頻率 = 1.25MHz ,試問：(1)環(huán)路有無可能捕捉入鎖？(2)若調(diào)低到1.008MHz.有無可能入鎖？剩余相差是多少？若要求剩余相差不超過5, 應(yīng)調(diào)到多少？解：對于無低通濾波器的一階鎖相環(huán)路，同步帯=:捕捉帶。(1)如用正弦鑒

10、相特性 = 2 龍(/-) = 2;r(l-1.25)xl0bg/s=|2;rx0.25xl06”/$KdKv = lx2x 104 rad/sco(KiKv,所以環(huán)路不能入鎖。如用 題&16圖 所示鑒相特性即似在間是線性鑒相特性，則由鎖圧條 2 2丿件得； = Kd0,.Ky = 1X 蘭 X 2兀 X10“ = 2兀 X1.57 X10 v 2/r X 25 X10 也不能入鎖。2(2)= 2(/： -/j = 2(1 -1.008)x 106 = -2ttx0.008x 106rad/5用正弦鑒相特性 |A| = |2x0.008xl06|/Crf Kv =2xl04 所以能夠入鎖，英剩

11、余相差為(pe (s) (pe (s) = arcsin-2xO.8xlO42xl04=arcsin (-0.8)= 一 53=-O&ud如用 題8.16圖所示的鑒相特性，則=-O&ud(pe = -45.86X-) = arcsin = arcsinM = 58.18鎖相環(huán)路采用無源比例積分濾波器，已知同步帶4/i=10kHz, VCO的4,=10kHz/V,試求鑒相靈敏度。解：（1）解：（1）如用正弦鑒相特性，則厶軸=（0）心式中F（O）= 13箸為如如（2）如用 題6。16圖所示的鑒相特性，=笛禺尸（0）瓦，式中（pe=-22/rxlO48.19 某鎖相環(huán)路 PD 的 Arf = 2V/

12、rad VCO 的 & = 2龍 xl04rad/sV ,中心頻率 = 10kHz。輸入信號頻率/=1.01x106Hz，濾波器為無源枳分濾波器，試求：穩(wěn)態(tài)相位謀差。VCO的直流控制電壓。環(huán)路的同步范圍。解：設(shè)用正鑒相特性. 2x(1.01xl06-106)0 = arcsin= arcsin:= arcsin 0.5KdF)Kv2xlx2xl04卩=30。=心 sin% = 2x0.5 = IV同步帶/ =KdF(0)Kv =2xlx2xl04 =4x 104rad/s同步范用2兀2龍200 x104+4x104200 xl04-4rxl042/r2/r1020 x10比 980 xx103

13、Hz8.20在圖8.6.4所示的鎖相環(huán)路中，若將環(huán)路濾波器改為簡單RC濾波器，則當(dāng)環(huán)路的輸入信 號12,(/) = ,5111(7 + sinQZ)時(shí)，試證明：為實(shí)現(xiàn)不失真解調(diào)，必須滿足下列關(guān)系 式GA% (哄亍證明：不失真解調(diào)的兩個(gè)條件為(1)快捕帶大于或等于調(diào)頻波的最大頻偏皿丫沁；(2)環(huán)路帶寬大于或等于調(diào)制頻率叫、皿 根據(jù)式咳環(huán)路帶寬大于或等于調(diào)制頻率叫、皿 根據(jù)式咳Q和式釆用簡單濾波器RC時(shí)產(chǎn)厶哄8.21鎖相環(huán)直接調(diào)頻電路組成如圖8.T.3所示。由于鎖相環(huán)為無頻差的自動(dòng)控制系統(tǒng)，具有精 確的頻率跟蹤特性，它有很髙的中心頻率穩(wěn)泄度。試分析該電路的工作原理。調(diào)制信號調(diào)制信號圖&T.3題&21圖解：該實(shí)現(xiàn)調(diào)制的條件是調(diào)制信號的頻譜要處于環(huán)路低通濾波器通帶之外，并且調(diào)制指數(shù)不能太大。換句話說，只要環(huán)路濾波器的帶寬做的足夠窄，使它的帶寬低于調(diào)制頻率的下 限，調(diào)制信號就不能通過低通濾波器，因而在鎖相環(huán)內(nèi)不能形成交流反饋，也就是調(diào)制頻率 對鎖相環(huán)路無影響。該電路的VCO的中心頻率被鎖泄在輸入（載波）信號頻率上，而由調(diào)制信號對VCO的 頻率進(jìn)行調(diào)制，所以獲得的調(diào)頻波的中心頻率穩(wěn)定度很高。8.22鎖相可變倍頻器如圖8.T.4所示。已知鑒相器的靈敏度4=0.1V/rad,壓控振蕩器的靈敏度4 = l.