自動(dòng)增益控制

自動(dòng)增益控制第一頁，共五十七頁，2022年，8月28日12.1自動(dòng)增益控制(AGC)12.2自動(dòng)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)用簡介第二頁，共五十七頁，2022年，8月28日學(xué)習(xí)目的了解自動(dòng)增益控制原理熟悉自動(dòng)頻率微調(diào)原理掌握鎖相環(huán)路的數(shù)學(xué)模型了解鎖相環(huán)路的分析了解鎖相環(huán)路的某些應(yīng)用第三頁，共五十七頁，2022年，8月28日

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(yùn)用反饋的原理，因而可統(tǒng)稱為反饋控制電路?？刂齐娐纷詣?dòng)頻率微調(diào)電路自動(dòng)增益控制電路鎖相環(huán)路第四頁，共五十七頁，2022年，8月28日

自動(dòng)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(hào)的強(qiáng)弱而變化。幾十μV～幾mV1V左右第五頁，共五十七頁，2022年，8月28日

自動(dòng)增益控制電路的作用是，當(dāng)輸入信號(hào)電壓變化很大時(shí)，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)方框圖幾十μV～幾mV1V左右第六頁，共五十七頁，2022年，8月28日

當(dāng)輸入信號(hào)很弱時(shí)，接收機(jī)的增益大，控制電路不起作用。而當(dāng)輸入信號(hào)很強(qiáng)時(shí)，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特性曲線第七頁，共五十七頁，2022年，8月28日?qǐng)D12.1.3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。第八頁，共五十七頁，2022年，8月28日?qǐng)D12.1.4延遲式AGC特性曲線第九頁，共五十七頁，2022年，8月28日?qǐng)D12.1.5延遲放大式AGC電路方框圖第十頁，共五十七頁，2022年，8月28日

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(duì)無線電設(shè)備的工作顯然是不利的。用自動(dòng)頻率微調(diào)可以使自激振蕩器頻率自動(dòng)鎖定到近似等于預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)頻率上。圖12.2.1自動(dòng)頻率微調(diào)的原理方框圖第十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日

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)方框圖示例第十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日?qǐng)D12.2.3鑒頻特性曲線第十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日?qǐng)D12.2.4壓控振蕩器的調(diào)制特性曲線第十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日?qǐng)D12.2.5用圖解法確定AFC的動(dòng)態(tài)平衡點(diǎn)第十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日?qǐng)D12.2.6捕捉帶Δfp的確定第十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日?qǐng)D12.3.1鎖相環(huán)路的基本方框圖第十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日

鎖相環(huán)路重要概念：當(dāng)兩個(gè)振蕩信號(hào)頻率相等時(shí)，則它們之間的相位差保持不變；反之，若兩個(gè)振蕩信號(hào)的相位差是個(gè)恒定值，則它們的頻率必然相等。第十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日鎖相環(huán)路與自動(dòng)頻率微調(diào)工作過程的比較第十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日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)模型第二十頁，共五十七頁，2022年，8月28日?qǐng)D12.4.1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(dòng)控制電路，其作用是實(shí)現(xiàn)環(huán)路輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間無誤差的頻率跟蹤，僅存在某一固定的相位差。第二十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日

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)第二十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日?qǐng)D12.4.2正弦波相位檢波器圖12.4.3正弦鑒相特性第二十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日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第二十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日?qǐng)D12.4.5脈沖抽樣保持相位比較器的波形圖第二十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日?qǐng)D12.4.6脈沖抽樣保持相位比較器方框圖第二十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日?qǐng)D12.4.7脈沖抽樣保持相位比較器電路舉例第二十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日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(shí)域）第二十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日?qǐng)D12.4.9鑒相器的線性化數(shù)學(xué)模型（頻域）第二十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日１）RC濾波器圖12.4.10一階RC低通濾波器取τ=RC為時(shí)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)第三十頁，共五十七頁，2022年，8月28日?qǐng)D12.4.12有源比例積分濾波器3）有源比例積分濾波器

第一項(xiàng)是具有直流放大的比例系數(shù)，第二項(xiàng)是積分功能。第三十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日?qǐng)D12.4.13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。第三十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日?qǐng)D12.4.14壓控振蕩器的數(shù)學(xué)模型VCO的傳輸函數(shù)為第三十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日?qǐng)D12.4.15鎖相環(huán)路的數(shù)學(xué)模型（時(shí)域）第三十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日?qǐng)D12.4.15鎖相環(huán)路的數(shù)學(xué)模型（時(shí)域）第三十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日

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)第三十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日12.5.1一階鎖相環(huán)路12.5.2二階鎖相環(huán)路第三十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日

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。第三十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日第三十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日?qǐng)D12.5.1一階鎖相環(huán)路頻率特性1)頻率特性第四十頁，共五十七頁，2022年，8月28日(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(hào)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(hào)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(hào)θe(t)中含有θ1(t)中的高頻成分，這是因?yàn)棣?(t)在環(huán)路之外，因此它的高頻成分不能被濾除。結(jié)論：第四十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日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(shí)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(xiàng)分別稱為環(huán)路瞬時(shí)頻差、控制頻差、固有頻差。第四十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日(1)環(huán)路的鎖定條件是：(2)當(dāng)環(huán)路閉合時(shí)，在任何瞬間的環(huán)路瞬時(shí)頻差都等于環(huán)路的固有頻差與控制頻差的差值。或者說，瞬時(shí)頻差與控制頻差的代數(shù)和等于固有頻差。結(jié)論：第四十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日(3)環(huán)路鎖定后，有一個(gè)固定的剩余相位差，即穩(wěn)態(tài)相位差圖12.5.3一階鎖相環(huán)路的相圖第四十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日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(shí)，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(shí)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。第四十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日?qǐng)D12.5.4一階環(huán)路鎖定狀態(tài)的建立過程第四十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日

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

由此可見，要縮短捕捉時(shí)間（鎖定時(shí)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，亦即同步帶為第四十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日４）差拍狀態(tài)圖12.5.5一階鎖相環(huán)路的相圖第四十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日?qǐng)D12.5.6控制電壓和瞬時(shí)頻率第四十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日?qǐng)D12.5.7環(huán)路平均頻差與固有頻差的關(guān)系曲線第五十頁，共五十七頁，2022年，8月28日

從以上對(duì)一階環(huán)路的分析可知，這種環(huán)路只有一個(gè)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?yàn)槿粝Ｍh(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(shí)，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(shí)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。第五十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日

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)。第五十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日對(duì)于不同濾