《高頻電子線路簡明教程》課件8

第八章反饋控制電路第一節(jié)概述第二節(jié)自動(dòng)增益控制電路第三節(jié)自動(dòng)頻率控制電路第四節(jié)鎖相環(huán)路思考題與練習(xí)題第一節(jié)概述

反饋控制電路是一種自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其作用是通過環(huán)路自身的調(diào)節(jié)，使輸出與輸入之間保持某種預(yù)定的關(guān)系。

反饋控制電路組成框圖如圖8-1所示，它由反饋控制器和受控對(duì)象兩部分構(gòu)成。圖中，xi和xo分別表示系統(tǒng)的輸入量和輸出量，它們之間應(yīng)滿足所需要的確定關(guān)系：

(8-1)圖8-1反饋控制電路的組成框圖如果由于某種原因破壞了這個(gè)預(yù)定的關(guān)系式，反饋控制器就對(duì)xo和xi進(jìn)行比較，檢測(cè)出它們與預(yù)定關(guān)系的偏差程度，以產(chǎn)生相應(yīng)的誤差量xe并加到受控對(duì)象上。受控對(duì)象依據(jù)xe對(duì)輸出量xo進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過不斷比較和調(diào)節(jié)，最后使xo和xi之間接近到預(yù)定的關(guān)系，反饋控制電路進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。必須指出，反饋控制電路是依據(jù)誤差進(jìn)行調(diào)節(jié)的，因此xo和xi之間只能接近，而不能恢復(fù)到預(yù)定關(guān)系，它是一種有誤差的反饋控制電路。

根據(jù)比較和調(diào)節(jié)的參量不同，反饋控制電路可分為三種：（１）自動(dòng)增益控制（AutomaticGainCotrol，AGC）電路，受控量是增益，受控對(duì)象是可控放大器，相應(yīng)的xi和xo為電壓或電流，用于維持輸出電平的恒定。

（２）自動(dòng)頻率控制（

AutomaticFrequencyControl，AFC）電路，受控量是頻率，受控對(duì)象是壓控振蕩器，相應(yīng)的xi和xo為頻率，用于維持工作頻率的穩(wěn)定。

（３）自動(dòng)相位控制（

AutomaticPhaseControl，APC）電路，受控量是相位，受控對(duì)象是壓控振蕩器，相應(yīng)的xi和xo為相位。它又稱為鎖相環(huán)路（PhaseLockedLoop，PLL），用于鎖定相位，是一種應(yīng)用很廣的反饋控制電路，目前已制成通用的集成組件。

第二節(jié)自動(dòng)增益控制電路

一、基本工作原理

自動(dòng)增益控制電路的基本組成框圖如圖8-2所示。其反饋控制器由檢波器、直流放大器和比較器構(gòu)成，受控對(duì)象就是可控增益放大器。當(dāng)輸入電壓ui的幅度變化而使輸出電壓uo幅度也發(fā)生變化時(shí)，此變化通過檢波器檢出反映信號(hào)強(qiáng)度變化的電壓，通過直流放大器加至比較器，產(chǎn)生與外加參考信號(hào)ur之間的差值電壓ue，經(jīng)低通濾波器濾除不需要的較高頻率分量，取出與幅度相關(guān)的緩慢變化的電壓作為控制電壓uc加到可控增益放大器用來調(diào)整放大器的增益，使輸出信號(hào)電平保持在所需要的范圍內(nèi)。也就是當(dāng)輸入電壓ui減小而使輸出電壓uo減小時(shí)，誤差電壓ue經(jīng)過低通濾波器控制可控放大器的增益使其變大，從而使uo增大。反之，使uo

減小。這樣，通過環(huán)路不斷地循環(huán)反饋，就能使輸出電壓uo的幅度保持基本不變或僅在較小的范圍內(nèi)變化。

這種控制是通過改變受控放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)、輸出負(fù)載值、反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋量或與受控放大器相連的衰減網(wǎng)絡(luò)的衰減量來實(shí)現(xiàn)的。圖8-2自動(dòng)增益控制電路的基本組成框圖

二、自動(dòng)增益控制電路的應(yīng)用

１．簡單AGC電路的應(yīng)用

自動(dòng)增益控制電路通常用于調(diào)幅接收機(jī)。圖8-3所示為具有簡單AGC電路的調(diào)幅接收機(jī)原理框圖。圖中各級(jí)放大器組成環(huán)路可控增益放大器，檢波器和RC低通濾波器組成環(huán)路反饋控制器，與圖8-2相比，省略了直流放大器，并用檢波器兼作比較器。

圖8-3具有簡單AGC電路的調(diào)幅接收機(jī)原理框圖圖8-3中的包絡(luò)檢波器輸出的信號(hào)電壓主要由兩部分組成：一部分是低頻信號(hào)uΩ，它反映出調(diào)幅波的包絡(luò)變化規(guī)律；另一部分是反映中頻振幅的直流電壓，該電壓通過具有較大時(shí)間常數(shù)的RC低通濾波器后，得到一個(gè)隨輸入載波幅度變化的UAGC，用以改變被控級(jí)（中放和高放）的增益，從而使接收機(jī)的增益隨輸入信號(hào)的強(qiáng)弱而變化，實(shí)現(xiàn)了AGC控制。

簡單AGC電路的優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，缺點(diǎn)是在信號(hào)很小時(shí)增益也受控制而下降。也就是只要有輸入信號(hào)就立即產(chǎn)生控制電壓，并起控制作用。所以該電路適合于輸入信號(hào)振幅較大的場(chǎng)合。

２．延遲AGC電路的應(yīng)用

為了克服簡單AGC電路的缺點(diǎn)，一般采用延遲式AGC電路。在延遲式AGC電路里，有一個(gè)起控門限電壓ur，只有輸入信號(hào)電壓大于ur時(shí)，AGC電路才起作用，使增益減?。环粗?，可控放大器增益不變。相應(yīng)的調(diào)幅接收機(jī)的原理框圖如圖8-4所示。圖中單獨(dú)設(shè)置了提供AGC電壓的AGC檢波器，當(dāng)AGC檢波器輸入電壓的幅度小于ur

時(shí)，AGC檢波器不工作。此時(shí)UAGC＝0，AGC不起控制作用；反之，AGC才起控制作用。

圖8-4具有延遲AGC電路的調(diào)幅接收機(jī)原理框圖常用的最簡單的延遲式AGC電路如圖8-5所示。它有兩個(gè)檢波器，一個(gè)是由VD1

等元件組成的包絡(luò)檢波器，一個(gè)是由VD2等元件組成的AGC檢波器。當(dāng)天線感應(yīng)的信號(hào)很小時(shí)，AGC檢波器的輸入信號(hào)很小，由于門限電壓（由固定負(fù)偏壓E分壓獲得）的存在，VD2一直不導(dǎo)通，UAGC＝0；只有當(dāng)L2C2回路兩端信號(hào)電平超過E時(shí)，AGC檢波器才開始工作，所以稱為延遲AGC電路。由于延遲電路的存在，包絡(luò)檢波器必然要與AGC檢波器分開。這里要注意的是，包絡(luò)檢波器的輸出反映包絡(luò)變化的解調(diào)電壓，而AGC檢波器僅輸出反映輸入載波電壓振幅的直流電壓。

圖8-5延遲AGC電路

３．AGC電路的實(shí)際應(yīng)用

圖8-6是“白鶴”牌超外差調(diào)幅收音機(jī)的部分電路。

圖8-6白鶴牌七管檢波、AGC電原理圖圖中，V2、V3組成兩級(jí)中頻放大器。中頻信號(hào)由變壓器Tr5的初級(jí)線圈耦合到次級(jí)送至檢波二極管VD1。為了避免產(chǎn)生負(fù)峰切割失真，將檢波負(fù)載電阻分為R7和Rp，其中音量電位器Rp的一部分與下一級(jí)電路相連；為了提高濾波效果，又將負(fù)載電容分為C13、C11。耦合電容C14起隔直作用，使音頻信號(hào)通過音量控制電位器Rp傳送到下一級(jí)。該電路還有以下兩個(gè)附加電路：

１）檢波二極管VD1提供一定的正偏壓

直流電源UCC（＋）→R11→R1→R4（一部分）→R5→

R7→VD1→Tr5（次級(jí)）→地→（經(jīng)開關(guān)至）UCC（－）構(gòu)成一個(gè)直流通路，為檢波二極管VD1提供一定的正偏壓，避免產(chǎn)生截止失真。２）自動(dòng)增益控制電路

由R5、C7組成AGC低頻濾波電路，濾除檢波器輸出信號(hào)中的音頻信號(hào)，取出直流分量并送至第一中放管V2的基極，作為控制電壓UAGC來調(diào)整中頻放大器的增益。由于檢波器輸出的直流電壓分量與中頻輸出的調(diào)幅波成正比，因此當(dāng)接收信號(hào)增強(qiáng)時(shí)，中放輸出幅度隨之增大，由檢波二極管VD1的極性可知－UAGC增大，進(jìn)而使V2的基極電位降低，放大器增益下降；反之，使放大器增益增大，最后起到了自動(dòng)增益控制的作用。

第三節(jié)自動(dòng)頻率控制電路

一、基本工作原理

圖8-7所示為AFC電路的原理框圖，它由鑒頻器、低通濾波器和壓控振蕩器組成，受控對(duì)象是壓控振蕩器，反饋控制器為鑒頻器和低通濾波器。fr表示標(biāo)準(zhǔn)頻率（或參考頻率），fo表示輸出信號(hào)頻率。

圖8-7

AFC電路原理框圖在AFC系統(tǒng)中，被穩(wěn)定的壓控振蕩器頻率fo與標(biāo)準(zhǔn)頻率fr在鑒頻器中進(jìn)行比較，當(dāng)fo＝

fr時(shí)，鑒頻器無輸出，壓控振蕩器不受影響；當(dāng)fo≠fr時(shí)，鑒頻器將輸出一個(gè)與|

fo－

fr|成正比的誤差電壓ue，經(jīng)過低通濾波器濾除干擾和噪聲后，輸出的直流控制電壓uc迫使壓控振蕩器的振蕩頻率fo向fr接近，當(dāng)|fo－fr|減小到某一最小值Δf時(shí)，電路趨于穩(wěn)定狀態(tài)（鎖定），即壓控振蕩器將穩(wěn)定在fo＝fr±Δf的頻率上，自動(dòng)微調(diào)過程停止，此時(shí)的Δf稱為剩余頻差，這是AFC電路的一個(gè)重要特點(diǎn)。

由于自動(dòng)頻率控制電路是負(fù)反饋回路，只能把輸入的大頻差變成輸出的小頻差，而無法完全消除頻差，即必定存在剩余頻差，當(dāng)然希望Δf

越小越好。圖8-7中的標(biāo)準(zhǔn)頻率fr實(shí)際上可以利用鑒頻器的中心頻率，并不需要另外供給。二、自動(dòng)頻率控制電路的應(yīng)用

１．AFC在調(diào)幅接收機(jī)中的應(yīng)用

在超外差式接收機(jī)中，中頻是本振信號(hào)頻率與外來信號(hào)頻率之差。為了提高本地振蕩器的頻率穩(wěn)定度，穩(wěn)定中頻頻率，通常在接收機(jī)中加入AFC電路。

圖8-8所示是采用AFC電路的調(diào)幅接收機(jī)組成框圖。在正常情況下，接收機(jī)輸入的載波頻率為fc，本振頻率為fL，混頻器輸出的中頻為fI＝fL－fc，它正好等于鑒頻器的中心頻率。此時(shí)鑒頻器輸出電壓為零，本地振蕩器頻率不變。如果由于某種不穩(wěn)定因素使本振頻率發(fā)生偏移而變成犳Ｌ＋Δ犳Ｌ，則混頻后變?yōu)闋妫桑妫?。中放輸出信?hào)加到限幅鑒頻器，因?yàn)槠x了鑒頻器的中心頻率犳Ｉ，鑒頻器將產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的誤差輸出電壓狌ｅ，通過低通濾波器去控制壓控振蕩器，使壓控振蕩器的本振頻率降低，從而使中頻頻率減小，達(dá)到了穩(wěn)定中頻的目的。

圖8-8采用AFC電路的調(diào)幅接收機(jī)組成框圖

２．AFC在發(fā)射機(jī)中的應(yīng)用

為使調(diào)頻發(fā)射機(jī)既有較大的頻偏，又有穩(wěn)定的中心頻率，往往需要采用如圖8-9所示的調(diào)頻發(fā)射機(jī)方框圖。圖中，晶體振蕩器提供參考頻率fr，作為AFC電路的標(biāo)準(zhǔn)頻率；調(diào)頻振蕩器的標(biāo)稱中心頻率為fc；鑒頻器中心頻率調(diào)整在fr－

fc上，由于fr穩(wěn)定度很高，當(dāng)fc產(chǎn)生漂移時(shí)，反饋系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用就可以使fc的偏離減小。其中，低通濾波器用于濾除鑒頻器輸出電壓中的邊頻調(diào)制信號(hào)分量，使加在壓控振蕩器上的控制電壓只是反映中頻信號(hào)載波頻率偏移的緩慢電壓。圖8-9采用AFC電路的調(diào)頻發(fā)射機(jī)組成框圖第四節(jié)鎖相環(huán)路

一、基本工作原理

１．鎖相環(huán)路的基本組成及其數(shù)學(xué)模型圖8-10是鎖相環(huán)路的基本組成框圖。它的受控對(duì)象仍然是壓控振蕩器（VoltageControlOscillator，VCO），而反饋控制器則由能檢測(cè)出相應(yīng)誤差的鑒相器（PhaseDetector，PD）和環(huán)路濾波器（LoopFilter，LF）組成。

圖8-10鎖相環(huán)路的基本組成框圖圖8-10中，ur(t)是輸入?yún)⒖夹盘?hào)，θr(t)是參考信號(hào)的相角。當(dāng)鑒相器對(duì)相角θo(t)和θr(t)進(jìn)行比較時(shí)，輸出一個(gè)與相位差θe(t)成比例的誤差電壓ue(t)。該電壓經(jīng)環(huán)路濾波

器后，取出其中緩慢變化的直流或低頻電壓分量uc(t)作為控制電壓。uc(t)控制壓控振蕩器的頻率，使兩信號(hào)的相位差θe(t)不斷減小，當(dāng)θe(t)最終減小到某一較小的恒定值時(shí)（即剩余相差），由可知，此時(shí)Δω(t)＝ωr－ωo＝0，即ωo＝ωr，鎖相環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)。

可見，鎖相環(huán)路是通過相位來控制頻率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無誤差的頻率跟蹤的，這是它優(yōu)于自動(dòng)頻率控制電路之處。１）鑒相器

在PLL中，鑒相器完成的是輸入?yún)⒖夹盘?hào)與壓控振蕩信號(hào)之間的相位差到電壓的變換。鑒相器有各種實(shí)現(xiàn)電路，在作為原理來分析時(shí)，通常使用具有正弦鑒相特性的鑒相器，它可以用模擬相乘器與低通濾波器實(shí)現(xiàn)，電路模型如圖8-11（a）所示。ur(t)與uo(t)經(jīng)過乘法器，再經(jīng)過低通濾波器濾除高頻分量，便得到低頻誤差電壓ue(t)。θe(t)為鑒相器參考信號(hào)的瞬時(shí)相位誤差，對(duì)應(yīng)的正弦鑒相器數(shù)學(xué)模型如圖8-11（b）所示，它與原理框圖8-10的區(qū)別在于所處理的對(duì)象是ur(t)與uo(t)的相位差，不是原信號(hào)本身。該模型表明鑒相器具有把相位誤差轉(zhuǎn)換為誤差電壓的作用。

圖8-11正弦鑒相器的模型在上面的分析中，是假設(shè)兩個(gè)輸入信號(hào)分別為正弦和余弦形式下進(jìn)行的，目的是得到正弦鑒相特性。實(shí)際上，兩者同時(shí)都用正弦或余弦表示也可以，只不過此時(shí)得到的將是余弦鑒相特性。

２）環(huán)路濾波器

環(huán)路濾波器為低通濾波器，常用的環(huán)路濾波器有RC

積分濾波器、RC比例積分濾波器和有源比例積分濾波器，對(duì)應(yīng)的電路分別如圖8-12所示。

圖8-12正弦鑒相器的模型假定環(huán)路濾波器的電壓傳輸函數(shù)為F(p)，可得環(huán)路濾波器的數(shù)學(xué)模型如圖8-13所示。它是一個(gè)低通濾波器，其作用是抑制鑒相器輸出電壓中的高頻分量及干擾雜波，而讓鑒相器輸出電壓中的低頻分量或直流分量順利通過，因此它也是鎖相環(huán)路中的一個(gè)基本環(huán)節(jié)。

圖8-13環(huán)路濾波器數(shù)學(xué)模型３）壓控振蕩器

壓控振蕩器是振蕩角頻率受電壓uc控制的一種振蕩器，其電路形式很多，最常見的是用變?nèi)荻O管的結(jié)電容

Cj充當(dāng)調(diào)諧回路中的電容而構(gòu)成的振蕩電路。

在鎖相環(huán)中，壓控振蕩器受環(huán)路濾波器輸出電壓uc(t)的控制，其振蕩角頻率ωo(t)隨uc(t)而變化。一般情況下，壓控振蕩器的控制特性是非線性的，如圖8-14（a）所示，ωo(t)為壓控振蕩器的瞬時(shí)角頻率；ωo為壓控振蕩器的固有角頻率；特性曲線的斜率KV為VCO的增益或控制靈敏度，單位為rad/(s·V)。在鎖相環(huán)路中，對(duì)鑒相器起作用的不是壓控振蕩器輸出的瞬時(shí)角頻率，而是它的瞬時(shí)相位。該瞬時(shí)相位可由對(duì)ωo(t)積分獲得。壓控振蕩器在鎖相環(huán)路中實(shí)際上起了一次積分的作用，數(shù)學(xué)模型如圖8-14（b）所示?？梢?，壓控振蕩器具有把電壓轉(zhuǎn)化為相位變化的功能。

圖8-14壓控振蕩器的控制特性及數(shù)學(xué)模型

２．鎖相環(huán)路的數(shù)學(xué)模型和基本方程

將圖8-11、圖8-13和圖8-14所示三個(gè)基本環(huán)路部件的數(shù)學(xué)模型按照?qǐng)D8-10所示的環(huán)路連接起來，就組成了圖8-15所示的鎖相環(huán)路數(shù)學(xué)模型。

圖8-15鎖相環(huán)路的數(shù)學(xué)模型

(8-2)

(8-3)式中：pθe(t)稱為瞬時(shí)角頻差，表示壓控振蕩器瞬時(shí)角頻率偏離輸入?yún)⒖夹盘?hào)角頻率ωr的數(shù)值；KVF(p)Kesin

θe(t)稱為控制角頻差，表示壓控振蕩器在uc(t)＝F(p)Kesin

θe(t)的

作用下，振蕩角頻率ωo(t)偏離振蕩器固有角頻率ωo的數(shù)值；pθ1(t)稱為固有角頻差，表示輸入?yún)⒖夹盘?hào)角頻率ωr偏離ωo的數(shù)值?？梢?，式（8-3）完整地描述了環(huán)路閉合后所發(fā)生的控制過程，可表示為

如果固有角頻差不變，環(huán)路閉合后，由于環(huán)路的自動(dòng)調(diào)整作用，控制角頻差不斷增大，而瞬時(shí)角頻差不斷減小，最終達(dá)到控制角頻差等于固有角頻差、瞬時(shí)角頻差等于零情況下的環(huán)路鎖定狀態(tài)。

３．鎖相環(huán)路的自動(dòng)調(diào)節(jié)過程

由于式（8-3）表示的是一個(gè)非線性的微分方程，對(duì)它求解比較困難，因此，只能對(duì)鎖相環(huán)路的工作過程進(jìn)行定性分析。

鎖相環(huán)路有鎖定和失鎖狀態(tài)兩個(gè)狀態(tài)，在這兩個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變存在兩個(gè)動(dòng)態(tài)過程，分別稱為跟蹤與捕捉。

１）鎖定和失鎖狀態(tài)

在環(huán)路的作用下，當(dāng)控制角頻差逐漸趨于固有角頻差時(shí)，瞬時(shí)角頻差趨于零，即

(8-4)此時(shí)θe(t)為一固定值，不再變化。如果這種狀態(tài)一直保持下去，就可以認(rèn)為鎖相環(huán)路進(jìn)入了鎖定狀態(tài)。在鎖定狀態(tài)，ωo(t)＝ωr。

當(dāng)瞬時(shí)角頻差總不為零時(shí)的狀態(tài)稱為失鎖狀態(tài)。

２）環(huán)路跟蹤過程

在環(huán)路鎖定的前提下，如果由于某種原因使得輸入?yún)⒖夹盘?hào)的頻率或相位在一定的范圍內(nèi)以一定的速率發(fā)生變化，輸出信號(hào)的頻率或相位以同樣的規(guī)律跟隨變化，這一過程叫做跟蹤過程或同步過程。在跟蹤過程中，能夠維持環(huán)路鎖定所允許的輸入信號(hào)頻率偏移的最大值稱為同步帶或跟蹤帶，也叫做同步范圍或鎖定范圍。當(dāng)輸入?yún)⒖夹盘?hào)的頻率偏移超出同步帶，環(huán)路進(jìn)入失鎖狀態(tài)。３）環(huán)路捕捉過程

跟蹤過程是在假設(shè)環(huán)路鎖定的前提下來分析的。在實(shí)際情況中，環(huán)路在開始時(shí)往往是失鎖的。但由于環(huán)路的作用，使壓控振蕩器的頻率逐漸向輸入?yún)⒖夹盘?hào)的頻率靠近，靠近到一定程度后，環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)，這一過程叫做捕捉過程。在捕捉過程中，環(huán)路能夠由失鎖進(jìn)入鎖定所允許輸入信號(hào)頻率偏移的最大值叫做捕捉帶或捕捉范圍。

跟蹤和捕捉是鎖相環(huán)路兩種不同的自動(dòng)調(diào)節(jié)過程。捕捉帶不等于同步帶，且前者小于后者。

４．鎖相環(huán)路的主要特點(diǎn)

鎖相環(huán)路有如下特點(diǎn)：

（１）鎖定特性。鎖相環(huán)路鎖定時(shí)，壓控振蕩器的輸出頻率等于輸入?yún)⒖夹盘?hào)的頻率（ωo＝ωr）。說明鎖相環(huán)路是利用相位差來產(chǎn)生誤差電壓，鎖定時(shí)只有剩余相位差，沒有剩余頻差。

（２）跟蹤特性。環(huán)路鎖定后，當(dāng)輸入?yún)⒖夹盘?hào)的頻率在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，鎖相環(huán)路的輸出信號(hào)頻率能夠精確地跟蹤其變化。（３）窄帶濾波特性。當(dāng)壓控振蕩器的輸出頻率鎖定在輸入?yún)⒖夹盘?hào)頻率上時(shí)，位于信號(hào)頻率附近的干擾成分將以低頻干擾信號(hào)的形式進(jìn)入鎖相環(huán)路，通過其中的環(huán)路濾波器，能夠?qū)⒔^大部分干擾濾除，獲得良好的窄帶濾波特性。

（４）易于集成化。組成環(huán)路的基本部件易于集成化。環(huán)路集成化可減小體積、降低成本及提高可靠性，更主要的是減小了調(diào)整的難度。

二、鎖相環(huán)路的應(yīng)用

１．鎖相調(diào)頻電路

在普通的直接調(diào)頻電路中，振蕩器的中心頻率穩(wěn)定度較差，而采用晶體振蕩器的調(diào)頻電路其調(diào)頻范圍又太窄。解決的方法是采用鎖相環(huán)路組成的調(diào)頻電路，如圖8-16所示，它能夠得到中心頻率穩(wěn)定性高、頻偏大的調(diào)頻信號(hào)。圖8-16鎖相調(diào)頻電路原理框圖實(shí)現(xiàn)鎖相調(diào)制的條件是：除了調(diào)頻信號(hào)的頻譜要處于低通濾波器的通帶之外，并且調(diào)制指數(shù)不能太大，這樣調(diào)制信號(hào)在鎖相環(huán)路內(nèi)不能形成交流反饋，對(duì)環(huán)路無影響；鎖相環(huán)路只對(duì)VCO中心頻率不穩(wěn)定所引起的頻率變化（處于環(huán)路濾波器通帶內(nèi)）起作用。當(dāng)環(huán)路鎖定后，VCO的中心頻率鎖定在晶振頻率上，同時(shí)調(diào)制信號(hào)加在VCO

上，對(duì)中心頻率進(jìn)行調(diào)制。若將調(diào)制信號(hào)經(jīng)過微分電路送入壓控振蕩器，環(huán)路輸出的就是調(diào)相信號(hào)。

２．鎖相鑒頻電路

鎖相鑒頻電路原理框圖如圖8-17所示。調(diào)頻信號(hào)輸入給鑒相器，當(dāng)環(huán)路鎖定后，壓控振蕩器的振蕩頻率就能夠跟隨輸入調(diào)頻波瞬時(shí)頻率的變化而變化。只要壓控振蕩器的控制特性是線性的，那么控制壓控振蕩器的控制電壓uc(t)與輸入調(diào)頻波具有相同的調(diào)制特性，也就是說從環(huán)路濾波器取出的電壓uc(t)就是解調(diào)信號(hào)。

實(shí)現(xiàn)鎖相鑒頻電路的條件是環(huán)路濾波器的通帶足夠?qū)?，使鑒相器的輸出電壓順利通過。當(dāng)輸入信號(hào)的頻率變化時(shí)，環(huán)路濾波器輸出一個(gè)控制電壓，迫使VCO能精確地跟蹤輸入調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率變化，產(chǎn)生具有相同調(diào)制規(guī)律的解調(diào)信號(hào)。圖8-17鎖相鑒頻電路原理框圖

３．鎖相倍頻電路

鎖相倍頻電路原理框圖如圖8-18所示，它是在鎖相環(huán)路的反饋通道上插入了分頻器。當(dāng)環(huán)路鎖定后，鑒相器的輸入信號(hào)頻率ωi與壓控振蕩器經(jīng)分頻器反饋到鑒相器的信號(hào)角頻率ωN＝ωo/N相等，即ωi＝ωN

＝ωo/N

，則有ωo＝Nωi，實(shí)現(xiàn)了倍頻。若采用具有高分頻次數(shù)的可變數(shù)字分頻器，則鎖相倍頻電路可做成高倍頻次數(shù)的可變倍頻器。

圖8-18鎖相倍頻電路原理框圖

４．鎖相分頻電路

鎖相分頻電路在原理上與鎖相倍頻電路相似，它是在鎖相環(huán)路的反饋通道上插入了倍頻器，如圖8-19所示。當(dāng)環(huán)路鎖定后，鑒相器的兩個(gè)輸入信號(hào)頻率相等，即ωi＝Nωo，從而實(shí)現(xiàn)了ωo＝ωi/N的分頻作用。

圖8-19鎖相分頻電路原理框圖

圖8-20鎖相混頻電路原理框圖

６．頻率合成器

頻率合成器是利用一個(gè)（或幾個(gè)）標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源的頻率來產(chǎn)生一系列所需頻率。鎖相環(huán)路加上一些輔助電路后，就能容易地對(duì)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行加、減、乘、除運(yùn)算而產(chǎn)生所需的信號(hào)頻率。目前DDS是最流行頻率合成器，它是直接數(shù)字式頻率合成器（DirectDigitalSynthesizer）的英文縮寫。與傳統(tǒng)的頻率合成器相比，DDS具有低成本、低功耗、體積小、重量輕、高分辨率、快速轉(zhuǎn)換時(shí)間、相位連續(xù)、相位噪聲低、可以產(chǎn)生任意波形和全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，DDS廣泛使用在電信與電子儀器領(lǐng)域，是實(shí)現(xiàn)設(shè)備全數(shù)字化的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。

圖8-21給出了一個(gè)單環(huán)頻率合成器的基本組成，它是在基本鎖相環(huán)路的反饋通道中插入了分頻器。由石英晶體振蕩器產(chǎn)生一高穩(wěn)定度的標(biāo)準(zhǔn)頻率源fs，經(jīng)參考（前置）分頻器進(jìn)行分頻后得到參考頻率fr＝fs/M，送到鑒相器的一個(gè)輸入端；同時(shí)壓控振蕩器經(jīng)可變分頻器得到的頻率

fo/N也反饋到鑒相器的另一輸入端。當(dāng)環(huán)路鎖相時(shí)，輸入到鑒相器的兩個(gè)信號(hào)頻率相等，即fs/M＝fo/N，進(jìn)而得到：

這說明環(huán)路的輸出頻率fo為輸入?yún)⒖碱l率fr的N倍，實(shí)際上就是鎖相倍頻器。改變可變分頻次數(shù)N就可以得到不同頻率的信號(hào)輸出。fr為各輸出信號(hào)頻率之間的頻率間隔，即為頻率合成器的頻率分辨率。(8-5)圖8-21單環(huán)頻率合成器的基本組成框圖顯然，設(shè)計(jì)頻率合成器的關(guān)鍵在于確定參考分頻器M

和可變分頻器N，在選定標(biāo)準(zhǔn)頻率源fs后通常分兩步進(jìn)行：首先是由給定的頻率間隔求出參考（前置）分頻器的分頻比M；其次是由輸出頻率范圍確定可變分頻比N

。

為了減小頻率間隔而又不降低參考頻率fr，可采用多環(huán)構(gòu)成的頻率合成器。在此以例題的方式加以說明。例8-1三環(huán)頻率合成器如圖8-22所示。若取fr＝100kHz，M＝10，N1＝10~109，N2＝2~20，試求輸出頻率范圍和頻率間隔。

圖8-22

例8.4.1解它由三個(gè)鎖相環(huán)路組成，環(huán)路1和環(huán)路2為單環(huán)頻率合成器，環(huán)路3內(nèi)含取差頻輸出的混頻器，稱為混頻環(huán)。

環(huán)路１鎖定時(shí)，由