第6章 反馈控制电路.ppt

6 1概述6 2锁相环路的性能分析 反馈控制电路 反馈控制电路的组成框图 6 1反馈控制电路概述 反馈控制电路 自动电平控制电路 自动增益控制电路 自动相位控制电路 具有AGC电路的接收机组成框图 自动电平控制电路 二 自动电平控制电路应用 1 自动增益控制电路 AGC 根据输入信号的类型 特点以及对控制的要求 AGC电路主要有以下几种类型 1 简单AGC电路 在简单AGC电路里 参考电平vr 0 这样 只要输入信号振幅vi增加 AGC的作用就会使增益kv减小 从而使输出信号振幅vo减小 自动增益控制电路 2 延迟AGC电路 3 前置AGC 后置AGC与基带AGC 前置AGC是指AGC处于解调以前 由高频 或中频 信号中提取检测信号 通过检波和直流放大 控制高频 或中频 放大器的增益 后置AGC是从解调后提取检测信号来控制高频 或中频 放大器的增益 基带AGC是整个AGC电路均在解调后的基带进行处理 自动增益控制电路 一 工作原理 自动频率控制 AFC 电路由频率比较器 低通滤波器和可控频率器件三部分组成 自动频率控制电路 可控频率器件通常是压控振荡器 VCO 其输出振荡角频率可写成 二 应用 自动频率微调电路 简称AFC电路 自动频率控制电路 调频通信机的AFC系统方框图 AFT原理方框图 6 2锁相环路的性能分析 一 框图与各部分作用 锁相环是一个相位负反馈控制系统 它由鉴相器 PhaseDetector 缩写为PD 环路滤波器 LoopFilter 缩写为LF 和电压控制振荡器 VoltageControlledOscillator 缩写为VCO 三个基本部件组成 各部分的作用PD 产生误差电压LF 产生控制电压VCO 产生瞬时输出频率 框图及各部分作用 鉴相器 鉴相器 PD 又称为相位比较器 它是用来比较两个输入信号之间的相位差 e t 鉴相器输出的误差信号vd t 是相差 e t 的函数 低通滤波器 LF 用于取出其中缓慢变化的分量 滤除vd t 中的高频分量及噪声以提高环路的性能 增加系统的稳定性 压控振荡器 VCO 起着电压 频率的变换作用 原理 PLL环路在某一因素作用下 利用输入与输出信号的相位差产生误差电压 并滤除其中非线性成分与噪声后的纯净控制信号控制压控振荡器 使朝着缩小固有角频差方向变化 一旦趋向很小常数 称为剩余相位差 时 则锁相环路被锁定了 即 充分必要条件 1 原理与环路锁定的充分必要条件 环路工作原理 二 环路工作原理 2 举例说明 以一阶锁相环为例 未锁定 锁定 可见 环路锁定过程中是从0 2 周期的变化 若干周期后使 则环路被锁定 环路工作原理 求环路中各部件的数学表示式与数学模式A 鉴相器 PD 叠加型 其中 三 环路相位模式 乘积型 环路相位模式 B 环路滤波器 LF C 压控振荡器 VCO 则数学模型为 环路的相位模型 若上述经PD输出的误差电压可表示为 环路相位模式 1 RC积分滤波器 其中 四 环路滤波器 常用的环路滤波器有 电压传递函数为 若作为作为环路滤波器 F s 为一个极点而无零点的多项式 环路相位模式 2 无源RC比例积分滤波器 电压传递函数为 其中 若作为作为环路滤波器 F s 为一个极点一个零点的多项式 环路相位模式 3 有源RC比例积分 或RC理想积分 滤波器 电压传递函数为 其中 若作为作为环路滤波器 F s 为一个极点一个零点的多项式 因为极点在原点 所以是理想的积分环节 环路相位模式 1 环路方程及其意义分析 物理意义 方程 各项的物理意义 锁相环路分析 表示VCO振荡频率偏离输入信号频率的数值 称为瞬时角频差 锁相环路分析 称为控制角频差 称为固有角频差 环路进入锁定 这时相位差为固定值 用表示 称为剩余相位差 若设滤波器的直流增益为则当环路锁定时 有 b 方程的物理意义 在任何时候环路开环输入固有角频率永远恒等于环路闭环瞬时角频差和环路控制角频差之和 在锁定过程瞬时角频差逐渐减小 控制角频差逐渐增大 它们之和永远恒等于开环时输入固有角频差 锁相环路分析 2 环路的同步带 捕捉带和快捕带 是能够维持环路锁定状态的最大固有角频差 称为环路的同步带 环路原先是失锁的 由失锁进入锁定所允许的最大的称为环路的捕捉带 捕捉带 快捕带 不经2 周期跳跃即可入锁 允许最大固有角频差 称为一阶环路的快捕带 同步带 跟踪带 锁相环路分析 3 结论 只有环路锁定时 瞬时角频差为0 才实现了频率准确跟踪 锁相环路分析 环路方程是非线性微分方程 其中非线性取决于鉴相器 而微分方程阶数取决于环路滤波器多项式F P 的阶数 例题 一阶锁相环路的鉴相灵敏度 锁相环路的分析 输入信号频率 VCO的固有频率 试问环路有无可能埔捉入锁 有无可能埔捉入锁 应调到多少 一 锁相倍频 分频和混频 锁定时 1 锁相倍频 2 锁相分频 锁定时 锁相环路的应用 3 锁相混频 锁定时 二 锁相调频 调相 鉴频 鉴相及其同步检波 锁相调频 1 锁相调频 调相 2 鉴频 鉴相 3 锁相同步检波 锁相调相 锁相环路的应用 三 数字锁相频率合成器 1 单环频率