高頻電子線路-12反饋控制電路

12反饋控制電路12.1自動增益控制(AGC)12.2自動頻率微調(diào)(AFC)12.3鎖相環(huán)路的基本工作原理12.4鎖相環(huán)路各部件及其數(shù)學(xué)模型12.5鎖相環(huán)路的分析12.6集成鎖相環(huán)12.7

鎖相環(huán)路的應(yīng)用簡介《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.1自動增益控制(AGC)

電子設(shè)備往往需要各種類型的控制電路，來改善其性能指標(biāo)。這些控制電路都是運用反饋的原理，因而可統(tǒng)稱為反饋控制電路?？刂齐娐纷詣宇l率微調(diào)電路自動增益控制電路鎖相環(huán)路《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社

自動增益控制電路主要用于接收機(jī)中，以維持整機(jī)輸出恒定，幾乎不隨外來信號的強弱而變化?！陡哳l電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.1自動增益控制(AGC)幾十μV～幾mV1V左右

自動增益控制電路的作用是，當(dāng)輸入信號電壓變化很大時，保持接收機(jī)輸出電壓幾乎不變。圖12.1.1具有AGC的超外差式接收機(jī)方框圖《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.1自動增益控制(AGC)幾十μV～幾mV1V左右

當(dāng)輸入信號很弱時，接收機(jī)的增益大，控制電路不起作用。而當(dāng)輸入信號很強時，控制電路進(jìn)行控制，使接收機(jī)的增益減小。圖12.1.2簡單的AGC特性曲線《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.1自動增益控制(AGC)圖12.1.3延遲式AGC原理電路

在二極管上加有一負(fù)電壓（由負(fù)電源分壓獲得），稱為延遲電壓?！陡哳l電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.1自動增益控制(AGC)圖12.1.4延遲式AGC特性曲線《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.1自動增益控制(AGC)End圖12.1.5延遲放大式AGC電路方框圖《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.1自動增益控制(AGC)12.2自動頻率微調(diào)(AFC)

振蕩器的頻率經(jīng)常由于各種因素的影響而發(fā)生變化，偏離了預(yù)期的數(shù)值。這種不穩(wěn)定對無線電設(shè)備的工作顯然是不利的。用自動頻率微調(diào)可以使自激振蕩器頻率自動鎖定到近似等于預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)頻率上。圖12.2.1自動頻率微調(diào)的原理方框圖《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社

鑒頻器即有誤差電壓輸出，通過低通濾波器，只允許直流電壓輸出，用來控制本振（壓控振蕩器），使f０改變，直到fi'－fi

減小至等于剩余頻差為止。圖12.2.2調(diào)頻通信機(jī)的AFC系統(tǒng)方框圖示例《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.2自動頻率微調(diào)(AFC)圖12.2.3鑒頻特性曲線《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.2自動頻率微調(diào)(AFC)圖12.2.4壓控振蕩器的調(diào)制特性曲線《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.2自動頻率微調(diào)(AFC)圖12.2.5用圖解法確定AFC的動態(tài)平衡點《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.2自動頻率微調(diào)(AFC)End圖12.2.6捕捉帶Δfp的確定《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.2自動頻率微調(diào)(AFC)12.3鎖相環(huán)路的基本工作原理圖12.3.1鎖相環(huán)路的基本方框圖《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社

鎖相環(huán)路重要概念：當(dāng)兩個振蕩信號頻率相等時，則它們之間的相位差保持不變；反之，若兩個振蕩信號的相位差是個恒定值，則它們的頻率必然相等?！陡哳l電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.3鎖相環(huán)路的基本工作原理鎖相環(huán)路與自動頻率微調(diào)工作過程的比較End《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.3鎖相環(huán)路的基本工作原理12.4鎖相環(huán)路各部件及其數(shù)學(xué)模型12.4.1鑒相器12.4.2低通濾波器12.4.3壓控振蕩器(VCO)12.4.4鎖相環(huán)路的數(shù)學(xué)模型《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.4鎖相環(huán)路各部件及其數(shù)學(xué)模型圖12.4.1基本鎖相環(huán)路方框圖

鎖相環(huán)路（Phaselockedloop縮寫PLL）是一種相位自動控制電路，其作用是實現(xiàn)環(huán)路輸出信號與輸入信號之間無誤差的頻率跟蹤，僅存在某一固定的相位差。

《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.4.1鑒相器

鑒相器是鎖相環(huán)路中的關(guān)鍵部件。它的形式很多，但在頻率合成器中所采用的鑒相器主要有正弦波相位檢波器與脈沖取樣保持相位比較器兩種。分別討論如下：１）正弦波相位檢波器O (引用10.8節(jié)相位鑒相器的結(jié)論)《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社１）正弦波相位檢波器圖12.4.2正弦波相位檢波器圖12.4.3正弦鑒相特性《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.4.1鑒相器12.4.1鑒相器２）脈沖抽樣保持相位比較器圖12.4.4脈沖抽樣保持相位比較器的基本方框圖《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社２）脈沖抽樣保持相位比較器圖12.4.5脈沖抽樣保持相位比較器的波形圖《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.4.1鑒相器２）脈沖抽樣保持相位比較器圖12.4.6脈沖抽樣保持相位比較器方框圖《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.4.1鑒相器圖12.4.7脈沖抽樣保持相位比較器電路舉例《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.4.1鑒相器３）鑒相器的數(shù)學(xué)模型圖12.4.8鑒相器的線性化數(shù)學(xué)模型（時域）《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.4.1鑒相器End圖12.4.9鑒相器的線性化數(shù)學(xué)模型（頻域）《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.4.1鑒相器12.4.2低通濾波器１）RC濾波器圖12.4.10一階RC低通濾波器取τ=RC為時間常數(shù)２）無源比例積分濾波器圖12.4.11超前滯后網(wǎng)絡(luò)《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社End圖12.4.12有源比例積分濾波器3）有源比例積分濾波器

第一項是具有直流放大的比例系數(shù)，第二項是積分功能。《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.4.2低通濾波器12.4.3壓控振蕩器(VCO)圖12.4.13壓控振蕩器特性曲線

ＫＶ是特性曲線的斜率，稱為ＶCO的增益或靈敏度，量綱為rad/(s·V)，它表示單位控制電壓引起的振蕩角頻率變化的大小?！陡哳l電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社End圖12.4.14壓控振蕩器的數(shù)學(xué)模型 VCO的傳輸函數(shù)為《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.4.3壓控振蕩器(VCO)12.4.4鎖相環(huán)路的數(shù)學(xué)模型圖12.4.15鎖相環(huán)路的數(shù)學(xué)模型（時域）《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社圖12.4.15鎖相環(huán)路的數(shù)學(xué)模型（時域）《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.4.4鎖相環(huán)路的數(shù)學(xué)模型End

鎖相環(huán)路的基本方程式的頻域形式

誤差傳輸函數(shù)

開環(huán)傳遞函數(shù)《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.4.4鎖相環(huán)路的數(shù)學(xué)模型12.5鎖相環(huán)路的分析12.5.1一階鎖相環(huán)路12.5.2二階鎖相環(huán)路《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.5鎖相環(huán)路的分析

傳遞函數(shù)的階數(shù)取決于濾波器的傳輸函數(shù)F(ｓ)的形式，亦即取決于環(huán)路濾波器的形式。根據(jù)F(ｓ)的不同，可將鎖相環(huán)路分為一階、二階以至更高階的形式。《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.5.1一階鎖相環(huán)路《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社圖12.5.1一階鎖相環(huán)路頻率特性1)

頻率特性《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.5.1一階鎖相環(huán)路(1)環(huán)路傳輸函數(shù)Ｈ(jω)具有低通特性，其物理意義是：輸入信號θ1(t)中的各種頻率分量，經(jīng)過環(huán)路傳輸后，只有低頻成分出現(xiàn)在輸出信號θV(t)中。(2)誤差傳輸函數(shù)１－Ｈ(jω)具有高通特性，其物理意義是：誤差信號θe(t)中含有θ1(t)中的高頻成分，這是因為θ1(t)在環(huán)路之外，因此它的高頻成分不能被濾除。結(jié)論：《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.5.1一階鎖相環(huán)路２）環(huán)路的鎖定

現(xiàn)在來研究鎖相環(huán)路的鎖定問題，這時必須考慮環(huán)路的非線性，這主要是由鑒相器的非線性所引起的。

以上三項分別稱為環(huán)路瞬時頻差、控制頻差、固有頻差?！陡哳l電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.5.1一階鎖相環(huán)路(1)環(huán)路的鎖定條件是：(2)當(dāng)環(huán)路閉合時，在任何瞬間的環(huán)路瞬時頻差都等于環(huán)路的固有頻差與控制頻差的差值?；蛘哒f，瞬時頻差與控制頻差的代數(shù)和等于固有頻差。結(jié)論：《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.5.1一階鎖相環(huán)路(3)環(huán)路鎖定后，有一個固定的剩余相位差，即穩(wěn)態(tài)相位差結(jié)論：圖12.5.3一階鎖相環(huán)路的相圖《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.5.1一階鎖相環(huán)路3）捕捉帶與同步帶

當(dāng)鎖相環(huán)路本來處于失鎖狀態(tài)時，由于環(huán)路的作用，使壓控振頻率逐漸向標(biāo)準(zhǔn)參考頻率靠近，靠近到一定程度后，環(huán)路即能進(jìn)入鎖定。這一過程叫做捕捉過程。系統(tǒng)能捕捉的最大頻率失諧范圍稱為捕捉帶或捕捉范圍。

當(dāng)環(huán)路已鎖定后，如果由于某種原因引起頻率變化，這種頻率變化反映為相位變化，則通過環(huán)路的作用，可使VCO的頻率和相位不斷跟蹤變化。這時環(huán)路即處于跟蹤狀態(tài)。環(huán)路所能保持跟蹤的最大失諧頻帶稱為同步帶，又稱同步范圍或鎖定范圍?！陡哳l電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.5.1一階鎖相環(huán)路圖12.5.4一階環(huán)路鎖定狀態(tài)的建立過程《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.5.1一階鎖相環(huán)路

從閉環(huán)開始，由不同步到達(dá)同步所需的時間叫做捕捉時間。可以證明，在小擾動的條件下，一階環(huán)路的捕捉時間為

由此可見，要縮短捕捉時間（鎖定時間），就要提高環(huán)路的總增益Ｋ。

環(huán)路能夠鎖定的最大范圍，亦即同步帶為《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.5.1一階鎖相環(huán)路４）差拍狀態(tài)圖12.5.5一階鎖相環(huán)路的相圖《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.5.1一階鎖相環(huán)路圖12.5.6控制電壓和瞬時頻率《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.5.1一階鎖相環(huán)路End圖12.5.7環(huán)路平均頻差與固有頻差的關(guān)系曲線《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.5.1一階鎖相環(huán)路12.5.2二階鎖相環(huán)路

從以上對一階環(huán)路的分析可知，這種環(huán)路只有一個可供調(diào)整的參數(shù)Ｋ，而環(huán)路的各種重要特性都由它來決定。這就遇到了不可克服的矛盾，因為若希望環(huán)路的同步范圍大和穩(wěn)態(tài)相差θe小，則要求增益Ｋ大。但在增大Ｋ值的同時，環(huán)路的截止頻率ωｃ也提高了，因此環(huán)路的濾波性能變壞。一階環(huán)路不能解決這樣的矛盾，所以實際使用的鎖相環(huán)路總是要有適當(dāng)?shù)臑V波器，以克服上述困難，并改善環(huán)路的性能。加入濾波器后，環(huán)路即變成高階的，其中最常用的是二階鎖相環(huán)路?！陡哳l電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社

采用不同的一階低通濾波器，鎖相環(huán)路的基本方程式的頻域形式有

ωn稱為鎖相環(huán)路的固有角頻率；ζ稱為環(huán)路的阻尼系數(shù)?！陡哳l電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.5.2二階鎖相環(huán)路

對于不同濾波器的參數(shù)表示式見表12.５.１。RC無源比例有源比例《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.5.2二階鎖相環(huán)路圖12.5.8RLC串聯(lián)諧振電路《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.5.2二階鎖相環(huán)路12.5.2二階鎖相環(huán)路RLC串聯(lián)諧振電路振蕩波形《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社圖12.5.9高增益二階環(huán)路的頻率響應(yīng)《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.5.2二階鎖相環(huán)路

最后簡略討論一下二階環(huán)路的同步帶、捕捉帶等問題。End《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.5.2二階鎖相環(huán)路12.6集成鎖相環(huán)圖12.6.1L562方框圖《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社圖12.6.2L562線路圖PDVCO限幅偏置溫度補償《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.6集成鎖相環(huán)End圖12.6.3射極耦合壓控多諧振蕩器《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.6集成鎖相環(huán)12.7鎖相環(huán)路的應(yīng)用簡介12.7.2

鎖相環(huán)路的調(diào)頻與解調(diào)

12.7.3

調(diào)幅信號的解調(diào)12.7.4

振蕩器的穩(wěn)定與提純12.7.5

倍頻器與分頻器12.7.1

窄帶跟蹤接收機(jī)(鎖相接收機(jī))12.7.6

相關(guān)應(yīng)答器《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.7鎖相環(huán)路的應(yīng)用簡介

跟蹤特性

鎖相環(huán)路之所以獲得日益廣泛的應(yīng)用，是因為它具有如下一些重要特性：

濾波特性

鎖定狀態(tài)零頻差

易于集成化《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.7.1窄帶跟蹤接收機(jī)圖12.7.1L562窄帶跟蹤接收機(jī)方框圖《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社End12.7.2鎖相環(huán)路的調(diào)頻與解調(diào)圖12.7.2鎖相環(huán)路調(diào)頻器方框圖《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社圖12.7.3鎖相環(huán)路鑒頻器方框圖《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.7.2鎖相環(huán)路的調(diào)頻與解調(diào)End圖12.7.4L562用作FM解調(diào)器的接線圖《高頻電子線路》（第四版）張肅文主編高等教育出版社12.7.2鎖相環(huán)路的調(diào)頻與解調(diào)12.7.3