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微弱信号处理 频率合成器工作原理 1 外差式锁定放大器结构框图 2 频率合成器的工作原理 频率合成器 利用一个或多个标准信号 通过各种技术途径产生大量离散信号的设备 广泛用于 仪器仪表 遥控遥测通信 雷达 电子对抗 导航以及广播电视等各个领域 作用 给微波扫频信号提供一定分辨力的频率参考信号 并对微波信号输出频率进行逐点锁定 以得到高准确度和稳定度的扫频输出信号 3 产生高稳定度的中频fi和混频所需要的频率fi f0 频率合成器内部有一个频率为fi的晶体振荡器 其频率稳定性很高 再利用锁相环 PLL 合成出fi f0 当PLL处于锁定状态时f0 f0 频率合成器的结构框图 4 石英晶体振荡器是利用石英晶体 二氧化硅的结晶体 的压电效应制成的一种谐振器件 它的基本构成大致是 从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片 简称为晶片 它可以是正方形 矩形或圆形等 在它的两个对应面上涂敷银层作为电极 在每个电极上各焊一根引线接到管脚上 再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器 简称为石英晶体或晶体 晶振 其产品一般用金属外壳封装 也有用玻璃壳 陶瓷或塑料封装的 若在石英晶体的两个电极上加一电场 晶片就会产生机械变形 反之 若在晶片的两侧施加机械压力 则在晶片相应的方向上将产生电场 这种物理现象称为压电效应 如果在晶片的两极上加交变电压 晶片就会产生机械振动 同时晶片的机械振动又会产生交变电场 在一般情况下 晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小 但当外加交变电压的频率为某一特定值时 振幅明显加大 比其他频率下的振幅大得多 这种现象称为压电谐振 它与LC回路的谐振现象十分相似 它的谐振频率与晶片的切割方式 几何形状 尺寸等有关 5 关于压控振荡器 指输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路 VCO 频率是输入信号电压的函数的振荡器VCO 振荡器的工作状态或振荡回路的元件参数受输入控制电压的控制 就可构成一个压控振荡器 其特性用输出角频率 0与输入控制电压uc之间的关系曲线 图1 来表示 图中 uc为零时的角频率 0 0称为自由振荡角频率 曲线在 0 0处的斜率K0称为控制灵敏度 在通信或测量仪器中 输入控制电压是欲传输或欲测量的信号 调制信号 人们通常把压控振荡器称为调频器 用以产生调频信号 在自动频率控制环路和锁相环环路中 输入控制电压是误差信号电压 压控振荡器是环路中的一个受控部件 6 2020 2 5 7 8 频率合成器的各部分电路的工作原理如下 1 振荡与混频 频率合成器有两个振荡器 一个是晶体振荡器 它产生频率为fi的正弦波 fi高度稳定 另一个是压控振荡器VCO 其输出频率为fi fo 此频率受VCO输入电压VC的控制 这两种频率相乘而混频 产生差频项频率fo 和频项频率2fi fo 经过LPF滤除和频率项 输出fo 给鉴相器 2 鉴相1 由参考通道输入的频率为fo的信号与LPF输出频率为fo 的正弦波在鉴相器中进行鉴相 当fo fo且两者同相 或正交 取决于鉴相器 时 鉴相器的输额出电压为零 积分器的输出电压也为零 VCO振荡频率不变 锁相环处于锁定状态 9 2 当fo fo时 鉴相器的输出电压为负 经积分和放大施加给VCO控制输入端 这会使vco输出频率上升 从而使fo 趋近于fo 直到fo fo 此时环路达到新的平衡 3 当fo fo时 鉴相器的输出电压