高频电子电路第7章课件

1、第第7章章 反馈控制电路反馈控制电路 7.1 概述概述 为了提高通信和电子系统的性能指标，或者实现某些特定为了提高通信和电子系统的性能指标，或者实现某些特定的要求，必须采用自动控制方式。由此，各种类型的反馈控制的要求，必须采用自动控制方式。由此，各种类型的反馈控制电路便应运而生了。电路便应运而生了。 反馈控制电路可分为三类反馈控制电路可分为三类 自动增益控制自动增益控制(Automatic Gain Control，简称，简称AGC) 自动频率控制自动频率控制(Automatic Frequency Control，简称，简称AFC) 自动相位控制自动相位控制(Automatie Phase

2、Control，简称，简称APC) 自动相位控制电路又称为锁相环路自动相位控制电路又称为锁相环路(Phase Locked Loop，简称，简称PLL)，是应用最广的一种反馈控制电路。，是应用最广的一种反馈控制电路。 7.2 7.2 反馈控制电路的基本原理与分析方法反馈控制电路的基本原理与分析方法 在反馈控制电路里，比较器、控制信号发生器、可控器件、在反馈控制电路里，比较器、控制信号发生器、可控器件、反馈网络四部分构成了一个负反馈闭合环路。反馈网络四部分构成了一个负反馈闭合环路。 比较器比较器 控制信控制信号发生器号发生器 可控器件可控器件反馈网络反馈网络参考信号参考信号 xr(t)反馈信号反

3、馈信号 xf(t)误差信号误差信号 xe(t)控制信号控制信号 xc(t)输出信号输出信号 xy(t)输入信号输入信号 xi(t)根据参考信号的不同情况，反馈控制电路的工作情况有两种。根据参考信号的不同情况，反馈控制电路的工作情况有两种。 (1) (1) 参考信号参考信号x xr r( (t t) )不变，恒定为不变，恒定为x xroro(2) 参考信号参考信号xr(t)变化变化7.2.2 7.2.2 数学模型数学模型 将反馈控制电路近似作为一个线性系统分析。由于直接采将反馈控制电路近似作为一个线性系统分析。由于直接采用时域分析法比较复杂，所以采用复频域分析法，用时域分析法比较复杂，所以采用复

4、频域分析法，根据反馈控根据反馈控制电路的组成方框图，可画出用拉氏变换表示的数学模型制电路的组成方框图，可画出用拉氏变换表示的数学模型 图中图中Xr(s)，Xe(s)，Xc (s)，Xi (s)，Xy(s)和和Xf (s)分别是，分别是，xr(t)，xe(t)，xc (t)，xi (t)，xy(t) 和和xf (t)的拉氏变换。的拉氏变换。 比较器输出的误差信号比较器输出的误差信号xe(t)通常与通常与xr(t)和和xf (t)的差值成正比，设比例的差值成正比，设比例系数为系数为kp，则有，则有 xe(t)= kpxr(t)- -xf (t) 比较器比较器 控制信控制信号发生器号发生器可控器件可

5、控器件反馈网络反馈网络参考信号参考信号 Xr(s)反馈信号反馈信号 Xf(s)误差信号误差信号 Xe(s)控制信号控制信号 Xc(s)输出信号输出信号 Xy(s)输入信号输入信号 Xi(s)kpH1(s)kcH2(s)写成拉氏变换式，有写成拉氏变换式，有Xe(s)= kpXr(s)-Xf (s) 可控器件作为线性器件，有可控器件作为线性器件，有 xy(t)= kc xc (t) kc是比例系数。写成拉氏变换式，有是比例系数。写成拉氏变换式，有Xy(s)= kc Xc (s) 实际电路中一般都包括滤波器，其位置可归纳在控制信号发生器或反馈实际电路中一般都包括滤波器，其位置可归纳在控制信号发生器或

6、反馈网络中，所以将网络中，所以将这两个环节看作线性网络。其传递函数分别为这两个环节看作线性网络。其传递函数分别为 )()()(ec1sXsXsH )()()(yf2sXsXsH 闭环传递函数闭环传递函数 )()(1)()()()(21cp1cpryTsHsHkksHkksXsXsH 误差传递函数误差传递函数 )()(1)()()(21cppreesHsHkkksXsXsH 7.3 7.3 自动增益控制电路自动增益控制电路 自动增益控制自动增益控制(AGC)电路是某些电子设备特别是接收设备的重要辅助电路是某些电子设备特别是接收设备的重要辅助电路之一，其主要作用是使设备的输出电平保持为一定的数值。

7、因此也称电路之一，其主要作用是使设备的输出电平保持为一定的数值。因此也称自动电平控制自动电平控制(ALC)电路。电路。 7.3.1 AGC电路的工作原理电路的工作原理 1. 电路组成框图电路组成框图 输入电压输入电压 Ui比较器比较器 控制信控制信号发生器号发生器 可控增可控增益放大器益放大器低通滤波低通滤波参考电压参考电压 Ur反馈电压反馈电压 Uf误差电压误差电压 ue控制电压控制电压 uc输出电压输出电压 Uykpk1Ag电平检测电平检测直流放大直流放大k2k3 设输入信号振幅为设输入信号振幅为Ui，输出信号振幅为，输出信号振幅为Uy，可控增益放大器增益为，可控增益放大器增益为Ag(uc

8、)，是控制信号，是控制信号uc的函数，则有的函数，则有 Uy = Ag(uc)Ui 7.4 7.4 自动频率控制自动频率控制(AFC)(AFC)电路电路 AFC电路也是一种反馈控制电路。它与电路也是一种反馈控制电路。它与AGC电路的区别在于控制对电路的区别在于控制对象不同，象不同，AGC电路的控制对象是信号的电平，而电路的控制对象是信号的电平，而AFC电路的控制对象则电路的控制对象则是信号的频率。其主要作用是自动控制振荡器的振荡频率。是信号的频率。其主要作用是自动控制振荡器的振荡频率。 7.4.1 AFC电路的组成和基本特性电路的组成和基本特性 1. AFC电路的组成电路的组成 (1) 频率比

9、较器频率比较器 频率比较器频率比较器滤波器滤波器可控频率电路可控频率电路kpkcH(s)r y yueucUc(s)Ue(s)r(s)y(s) 频率比较器的输出误差电压频率比较器的输出误差电压ue与这两个输入信号的频率差有关，而与这与这两个输入信号的频率差有关，而与这两个信号的幅度无关，两个信号的幅度无关，ue为为ue= kp (r- -y)式中，式中，kp在一定的频率范围内为常数，实际上就是鉴频跨导。在一定的频率范围内为常数，实际上就是鉴频跨导。 常用的频率比较电路有两种形式：一是鉴频器，二是混频常用的频率比较电路有两种形式：一是鉴频器，二是混频- -鉴频器。鉴频器。 7.5 锁相环路锁相环

10、路(PLL) 锁相环路（锁相环路（Phase locked loop缩写缩写PLL）是一种相位自动）是一种相位自动控制电路，其作用是实现环路输出信号与输入信号之间无误差控制电路，其作用是实现环路输出信号与输入信号之间无误差的频率跟踪，仅存在某一固定的相位差。的频率跟踪，仅存在某一固定的相位差。 PLL电路广泛应用于电路广泛应用于 精精密密测测量量频频率率合合成成遥遥测测遥遥成成电电视视通通信信7.5.1 锁相环的基本原理锁相环的基本原理 一、锁相环的组成部件一、锁相环的组成部件 PLL是一个相位负反馈系统，可对输入信号的频率与相位是一个相位负反馈系统，可对输入信号的频率与相位实施跟踪实施跟踪。

11、 )()()(VCOLFPD压压控控振振荡荡器器环环路路滤滤波波器器鉴鉴相相器器三个基本部分构成一个负反馈环。三个基本部分构成一个负反馈环。 PD PD LF LFVCOvi(t)vd(t)vc(t)vo(t)i(t)o(t)e(t)vo(t) PD PD LF LFVCO1、鉴相器（、鉴相器（PD）即即 )()()()(0ttftftvied PD PDvi(t)/ i(t)vo(t) /o(t)vd(t) /e(t)鉴相器是一个相位比较器，鉴相器是一个相位比较器， 输出信号输出信号 是两个输入信号是两个输入信号 )(tvd与与的相位差的相位差 e 的函数，的函数， vi(t)vo(t)正弦

12、特性，三角波特性，锯齿波特正弦特性，三角波特性，锯齿波特性等性等，其中最基本的是，其中最基本的是正弦波特性正弦波特性，它可用一个模拟乘法器与低通滤波它可用一个模拟乘法器与低通滤波器串接而成。器串接而成。e(t)vd(t)鉴相特性的形式有许多种，鉴相特性的形式有许多种，如如:乘法器乘法器低 通 滤低 通 滤波波PDvi(t)vo(t)vd(t)如果设环路输入信号：如果设环路输入信号： )t (tsinV)t (viiimi PLL环输出的反馈信号：环输出的反馈信号： )t (tcosV2)t (tsinV)t (v00m000m00 经过相乘，并滤除和频分量，可得输出的误差电压为：经过相乘，并滤

13、除和频分量，可得输出的误差电压为： )t(t)t(tsinVKV21)t(v00iim0imd esinkd 其中其中 )t ()t ()t (t)t (t2100iie )t (tt)t (i0i1 )t(ti0 )t()t(02 )(0i0 为输入信号的瞬时相位差。为输入信号的瞬时相位差。 )t(e 由上式可得鉴相器的数学模型，由上式可得鉴相器的数学模型，如下图所示，如下图所示， 1(t)-2(t) sinkd) t (sinkvedd 另外，可以看出：另外，可以看出：当当 时，时， 6e)t (k)t (sinkvededd 2、环路滤波器、环路滤波器LF 环路滤波器具有低通特性，其环路

14、滤波器具有低通特性，其主要作用是滤除鉴相器输出主要作用是滤除鉴相器输出端的高频分量和噪声端的高频分量和噪声， 经经LF后得到一个平均电压后得到一个平均电压 用来用来控制控制VCO的频率变化，常见的滤波器有以下几种形式。的频率变化，常见的滤波器有以下几种形式。) t (vd)t (vcRCvd（t）vc（t）RC积分滤积分滤波器波器vd（t）vc（t）无源比例积无源比例积分滤波器分滤波器vd（t）vc（t）有源比例积有源比例积分滤波器分滤波器 RC积分滤波器积分滤波器传输函数：传输函数： 1s1Rc1sRc1sc1Rsc1)s(V)s(V)s(Fdc R1CR2R1R2C-+无源比例积分滤波器无

15、源比例积分滤波器 12212212s1s1RRsc1csR1sc1RRsc1R)s(F R1CR2vd（t）vc（t）无源比例积分无源比例积分滤波器滤波器其中：其中： cR,c )RR(221211 , 通常通常R1R2有源比例积分滤波器有源比例积分滤波器1212121fss1csRcsR1Rsc1RZZ)s(F )s(V)s(F)s(Vdc 有有 如果将如果将F（s）中的中的s用微分算子用微分算子p替代，可写出滤波器的输出替代，可写出滤波器的输出电压电压 与输入信号与输入信号 之间的微分方程：之间的微分方程： ) t (vc) t (vd)t (v )p(F)t (vdc 其中其中 dtdp

16、 为微分算子，为微分算子， 由上式可得环路滤波器的电由上式可得环路滤波器的电路模型如右图所示。路模型如右图所示。F(p) t (vd)t (v )p(F)t (vdc vd（t）vc（t）有源比例积有源比例积分滤波器分滤波器R1R2C-+3、压控振荡器（、压控振荡器（VCO） 压控振荡器：压控振荡器：是瞬时频率是瞬时频率 控制的振荡器控制的振荡器。其控制特性可用压控特性曲线来描述，如右图所示。其控制特性可用压控特性曲线来描述，如右图所示。 )t(v)t(cc受受电电压压 ovc(t)c)t(VKc00c 其中：其中： 0vVCOc0 在在：为为 时的固有振荡频率：时的固有振荡频率： SradK

17、0：压控灵敏度：压控灵敏度 VSrad 由于由于VCO的输出反馈到鉴相器，而从锁相环的控制作用的输出反馈到鉴相器，而从锁相环的控制作用来看，来看，VCO对鉴相器起作用的不是其频率而是相位对鉴相器起作用的不是其频率而是相位，故对上，故对上式积分即可求出相位：式积分即可求出相位： t020t0c00c)t (tdt)t (vKtdt)t ( t0c0c02)t(vpKdt)t(vK)t( 上式中：上式中： dtp1t0 为积分算子为积分算子 压控振荡器数学模型如右图所示。压控振荡器数学模型如右图所示。 KO/p)t (vc)t(2 F(p)1(t) e(t) sinkd KO/p2(t)t (si

18、nkvedd ) t (v )p(F) t (vdc p) t (vK) t (co2 二、锁相环路相位模型和基本方程二、锁相环路相位模型和基本方程1、相位模型、相位模型 将上述锁相环的三个基本部件的模型按环路组成框图联接起将上述锁相环的三个基本部件的模型按环路组成框图联接起来，即可构成锁相环路相位模型，如下图所示：来，即可构成锁相环路相位模型，如下图所示： 2、基本方程、基本方程 根据锁相环路相位模型，可得到以相位形式表示的基本根据锁相环路相位模型，可得到以相位形式表示的基本微分方程：微分方程： ) t () t (21e )t (sin)p(Fkkp1)t (p)t (vk)t (edo1

19、c01 环路的微分方程为：环路的微分方程为：)t(p)t(sin)p(Fkk)t(p)t(sin)p(Fkk)t(p)t(p1ed0eed01e 或或3、环路工作的定性分析、环路工作的定性分析 设输入信号为固定频率的正弦信号（即设输入信号为固定频率的正弦信号（即 均为常量）均为常量）ii, 由于由于 i0i0i1tt )()t ( 有：有： 011)t(dtd)t(p 固有角频差固有角频差 代入环路的微分方程可得：代入环路的微分方程可得：0ed0e)t (sin)p(Fkkdt)t (d 上式左边第一项上式左边第一项 dt) t (de )t (e 环路的环路的瞬时角频差瞬时角频差。 左边第二

20、项：左边第二项： )t (sin)p(Fkked0 )t(p2 c0cc0)t (Vk 是是VCO受控制电压受控制电压Vc(t)的作用后输出的瞬时角频率的作用后输出的瞬时角频率 c 与固有振荡频率与固有振荡频率 o 之差，称为之差，称为控制角频差控制角频差。 由以上分析可得：由以上分析可得： 0ce)t ( 结论：闭合环路中任何时刻满足：结论：闭合环路中任何时刻满足： 瞬时频差瞬时频差+控制频差控制频差=固有频差固有频差。 三、锁相环路的工作原理三、锁相环路的工作原理 设压控振荡器的固有振荡频率为设压控振荡器的固有振荡频率为 ,而当环路闭合瞬间，外而当环路闭合瞬间，外输入信号角频率输入信号角频

21、率 与与 即不相同也不相干，则鉴相器输出的差即不相同也不相干，则鉴相器输出的差拍电压为：拍电压为：0 0 i )()()sin()(00tttktuiidd )()(sin00tttkid 失锁状态失锁状态 如果环路固有角频差如果环路固有角频差 环路低通滤波器的通频带环路低通滤波器的通频带 0 LFBW则差拍电压则差拍电压 将被滤除，而不能形成控制电压将被滤除，而不能形成控制电压 )t(vd)t (vc压控振荡器输出角频率压控振荡器输出角频率 不变化即不变化即0 ,0c 则则 0e)t( 即：即：环路的瞬时频差环路的瞬时频差= 固有频差固有频差环路此时处于失锁状态。环路此时处于失锁状态。锁定状

22、态锁定状态 由于由于 i 很接近很接近 0 ，所以，所以 c 很可能摆动到很可能摆动到 i 上，当上，当 0ci 时：相位差时：相位差 常常数数 iciiett 如果如果 十分接近十分接近 ，即固有频差，即固有频差 ，则差拍电压，则差拍电压 不会被环路滤波器滤除而形成控制电压不会被环路滤波器滤除而形成控制电压 ，去控制压，去控制压控振荡器，控振荡器，VCO产生中心频率为产生中心频率为 的调频信号的调频信号0 )(tuc)(tudLFOBW i 0 VCO的瞬时振荡频率的瞬时振荡频率 将以将以 为中心在一定范围内来回摆为中心在一定范围内来回摆动，即环路产生了控制频差动，即环路产生了控制频差 0

23、c c 此时鉴相器输出电压是一个较小的直流电压，环路进入锁此时鉴相器输出电压是一个较小的直流电压，环路进入锁定状态。定状态。牵引捕捉状态牵引捕捉状态 当当 介于上述两者之间时，如果介于上述两者之间时，如果VCO的瞬时的瞬时频率频率 围绕围绕 为中心摆动的范围小，至使为中心摆动的范围小，至使 不可能不可能摆动到摆动到 处时，环路不能立即入锁。此时处时，环路不能立即入锁。此时VCO输出的调输出的调频波，其调制频率就是差拍频率，与输入信号频波，其调制频率就是差拍频率，与输入信号 经鉴相器经鉴相器PD鉴相，输出一个正弦波与调频波的差拍电压：鉴相，输出一个正弦波与调频波的差拍电压：Oi0 c 0 c i

24、 ivttsink)t(vcidd 如果令如果令: 0i 另有另有 )t (tt00c )t (tsink)t (v00dd 其中其中 0t )(toi0 显然显然 )(tvd不再是一个正弦电压，而是一个上下不对称的不再是一个正弦电压，而是一个上下不对称的差拍电压；经环路滤波后有直流电压差拍电压；经环路滤波后有直流电压 )(tvc加到加到VCO的的 控制端，从而使控制端，从而使 )(00tvkcc 的偏移增大，使的偏移增大，使 c 更接更接 i ,上述过程持续直到上述过程持续直到 ic ，环路进入锁定状态。，环路进入锁定状态。 vdt跟踪状态跟踪状态当环路已处于锁定状态后，如果当环路已处于锁定

25、状态后，如果 )(tvi的频率和相位的频率和相位有稍变化时，有稍变化时， 例如：例如： ci 则则 ccdevv 000直到直到 ic ，状态锁定为止。，状态锁定为止。 evd同理如果同理如果 ci 则则 ccdevv 000直到直到 ic ，状态锁定为止。，状态锁定为止。 cvc四、锁相环性能分析四、锁相环性能分析 锁相环性能主要指标有：锁相环性能主要指标有： 同步带宽同步带宽 捕捉带宽捕捉带宽 稳态相差稳态相差H p )( e 1.同步带宽同步带宽 H 设环路已处于锁定状态，当缓慢改变输入信号频率使固有频设环路已处于锁定状态，当缓慢改变输入信号频率使固有频差值向正或负方向逐步增大时，差值向

26、正或负方向逐步增大时，由于环路的自身调节作用，由于环路的自身调节作用，能够维持环路锁定的最大频差能够维持环路锁定的最大频差 称为环路同步带称为环路同步带，记作，记作。由于环路鉴频特性对零点是对称的，因此同步带相对于。由于环路鉴频特性对零点是对称的，因此同步带相对于也是对称的。也是对称的。om H o 2.捕捉带宽捕捉带宽 p 设锁相环路处于失锁状态，改变设锁相环路处于失锁状态，改变 使固有频差使固有频差 减少减少,环路能够经牵引捕获而入锁的最大固有频差值环路能够经牵引捕获而入锁的最大固有频差值 称为环路称为环路捕捉带捕捉带 。通常。通常 。i o om p Hp 3稳态相差稳态相差 )( e

27、环路处于锁定状态时，存在着的固定相差称为稳态相位环路处于锁定状态时，存在着的固定相差称为稳态相位误差误差 。)( e 由方程：由方程： oed0e)t(sin)p(Fkkdt)t(d 环路锁定意味着瞬时频差为零，即环路锁定意味着瞬时频差为零，即 0)( dttde 此时此时 )0(sin)(1Fkkodoe 式中，式中， 为环路直流总增益，其值增大可使为环路直流总增益，其值增大可使 减少。减少。 )0(Fkkod)( e 4锁相环性能特点锁相环性能特点 锁相环路用作调频信号解调时，与普通鉴频器相比较，有锁相环路用作调频信号解调时，与普通鉴频器相比较，有低门限信噪比特性。低门限信噪比特性。这是因

28、为环路有反馈控制作用，跟踪相位这是因为环路有反馈控制作用，跟踪相位差小，降低了鉴相特性的非线形影响，从而改善了门限效应。差小，降低了鉴相特性的非线形影响，从而改善了门限效应。（1） 环路在锁定状态下无剩余频差环路在锁定状态下无剩余频差 锁相环路对输入的固定基准频率锁定后，锁相环路对输入的固定基准频率锁定后，压控振荡器输出压控振荡器输出频率与基准频率的频差为零。环路输出可做到无剩余频差存在频率与基准频率的频差为零。环路输出可做到无剩余频差存在，是一个理想的频率控制系统。是一个理想的频率控制系统。 （2） 锁相环有良好的窄带特性锁相环有良好的窄带特性 锁相环具有窄带特性，锁相环具有窄带特性，当压控

29、振荡器频率锁定在输入频率当压控振荡器频率锁定在输入频率上时，仅位于输入信号频率附近的干扰成分能以低频干扰的形上时，仅位于输入信号频率附近的干扰成分能以低频干扰的形式进入环路，而绝大多数的干扰会受到环路低通滤波器的抑制式进入环路，而绝大多数的干扰会受到环路低通滤波器的抑制，从而减少了对压控振荡器的影响。，从而减少了对压控振荡器的影响。（3） 良好的跟踪特性良好的跟踪特性 VCO的输出频率可以跟踪输入信号的变化，表现出良好的跟踪的输出频率可以跟踪输入信号的变化，表现出良好的跟踪特性特性。在接收有多普勒频移的动目标时，这种特性尤为重要。在接收有多普勒频移的动目标时，这种特性尤为重要。 (4) 低门限

30、特性低门限特性7.6 锁相环的典型应用锁相环的典型应用1、锁相倍频、锁相倍频 在在锁相环路的反馈通道中插入分频器就可构成锁锁相环路的反馈通道中插入分频器就可构成锁相倍频电路相倍频电路。如下图所示：。如下图所示： i(t) PD PD LF LFVCOvi(t)vo(t)o(t)o(t)/NN 当环路锁定时，鉴相器两输入信号频率相等。当环路锁定时，鉴相器两输入信号频率相等。即有：即有：iiNN 00式中式中N为分频器的倍频比。为分频器的倍频比。 2、锁相分频：、锁相分频： 在在锁相环路中插入倍频器就可构成锁相分频电路锁相环路中插入倍频器就可构成锁相分频电路。如下图所示：如下图所示： i(t) P

31、D PD LF LFVCOvi(t)vo(t)o(t)No(t)N 当环路锁定时：当环路锁定时： NNiooi 式中式中N为倍频器的倍频次数。为倍频器的倍频次数。 3、锁相混频器、锁相混频器 设混频器的本振信号频率为设混频器的本振信号频率为L ，在，在Lo时混时混频器的输出频率为（频器的输出频率为（L-o），经差频放大器后加到），经差频放大器后加到鉴相器上。鉴相器上。 当环路锁定时当环路锁定时 )()(iLooLi o(t)i(t)L(t) PDPD LF LFVCOvi(t)vo(t)|L(t)-o(t)| 混频混频差频放大差频放大4、频率合成器、频率合成器 频率合成器是利用一个标准信号源的

32、频率来产生一频率合成器是利用一个标准信号源的频率来产生一系列所需频率的技术。系列所需频率的技术。锁相环路加上一些辅助电路后，锁相环路加上一些辅助电路后，就能容易地对一个标准频率进行加、减、乘、除运算就能容易地对一个标准频率进行加、减、乘、除运算而产生所需的频率信号，且合成后的信号频率与标准而产生所需的频率信号，且合成后的信号频率与标准信号频率具有相同的长期频率稳定度及具有较好的频信号频率具有相同的长期频率稳定度及具有较好的频率纯度率纯度，如果结合单片微机技术，可实现自动选频和，如果结合单片微机技术，可实现自动选频和频率扫描。频率扫描。 锁相式单环频率合成器基本组成如下图所示：锁相式单环频率合成

33、器基本组成如下图所示： 当环路锁定后，鉴相器两路输入频率相等当环路锁定后，鉴相器两路输入频率相等即：即： iooifMNfNfMf 当当N改变时，输出信号频率相应为改变时，输出信号频率相应为fi 的整数倍变化。的整数倍变化。 PD PD LF LFVCOvi(t)vo(t)fi(t)fo(t)fo(t)/N晶振晶振fi(t)/MN M 环环C例：下图为三环式频率合成器方框图例：下图为三环式频率合成器方框图已知：已知： 397351,399300,100 BAiNNKHzf求输出信号频率范围及频率间隔求输出信号频率范围及频率间隔 环环A环环BPDPDLFLFVCOfi(t)fA(t)fA(t)/

34、NAPDPDLFLFVCOfi(t)fB(t)fA(t)/NBPDPDLFLFVCO混频混频 带通带通fo(t)fc(t)fo-fBAN BN 100 解：解： iAAfNf iBBfNf 而而 iAAcfNff100100 而环路而环路C为混频环，为混频环，即当环路锁定时：即当环路锁定时： Bcfff 0有有 iBABcfNNfff)100(0 当当NA=300，NB=351时，时， KHzf35400100)351100300(min0 当当NA=301，NB=351时，时， KHzf35401100)351100301(0 因此频率间隔：因此频率间隔： KHz1fffmin00 PDPD

35、LFLFVCOfi(t)fA(t)fA(t)/NAPDPDLFLFVCOfi(t)fB(t)fB(t)/NBPDPDLFLFVCO混频混频带通带通fo(t)fc(t)fo-fBAN BN 100 而当而当 =399， =397时输出频率最高。时输出频率最高。 ANBNKHz40099100)397100399(fmax0 所以，合成器的频率范围为：（所以，合成器的频率范围为：（35.440.099）MHz5、锁相环调频电路、锁相环调频电路 普通的直接调频电路中，振荡器的中心频率稳定度较差，而普通的直接调频电路中，振荡器的中心频率稳定度较差，而锁相调频电路能得到中心频率稳定度很高的调频信号锁相调

36、频电路能得到中心频率稳定度很高的调频信号,锁相环调锁相环调频电路如下图所示。环路滤波器的带宽必须很窄，截至频率应小频电路如下图所示。环路滤波器的带宽必须很窄，截至频率应小于调制信号的频率。于调制信号的频率。 fi(t)晶振晶振 PD PD LF LF VCOfo(t)调频波调频波f(t)调制信号调制信号+ 当调制信号为锯齿波时，可输出扫频信号。当调制信号为当调制信号为锯齿波时，可输出扫频信号。当调制信号为数字脉冲时，可产生移频键控调制（数字脉冲时，可产生移频键控调制（FSK信号）信号） 调制信号作为调制信号作为VCO控制电压的一部分使其频率产生相应的控制电压的一部分使其频率产生相应的变化，由此

37、在输出端得到已调频信号。变化，由此在输出端得到已调频信号。 6、锁相解调电路、锁相解调电路 (1)、调频波解调、调频波解调下图是用锁相环实现调频波解调的原理框图。下图是用锁相环实现调频波解调的原理框图。 如果将环路的频带设计的足够宽，使环路捕捉带大于调频如果将环路的频带设计的足够宽，使环路捕捉带大于调频波的最大频偏，利用锁相环的跟踪特性，可以使波的最大频偏，利用锁相环的跟踪特性，可以使VCO的振荡的振荡频率跟踪输入调频波的瞬时频率。如果频率跟踪输入调频波的瞬时频率。如果VCO的电压的电压-频率特频率特性是线形的，则加到性是线形的，则加到VCO的控制电压的变化规律必与调频波的控制电压的变化规律必

38、与调频波的瞬时频率变化规律相同，因此在的瞬时频率变化规律相同，因此在LF的输出端可获得不失真的输出端可获得不失真的解调输出。调频波锁相解调的优点是解调门限值比普通鉴的解调输出。调频波锁相解调的优点是解调门限值比普通鉴相器低相器低45dB。PDPDLFLFVCOVFM(t)调频波调频波V(t)调制信号调制信号(2)、AM信号的同步检波信号的同步检波 下图是用锁相环实现下图是用锁相环实现AM信号同步检波的原理框图。信号同步检波的原理框图。 PD PD LF LF VCOVAM(t)调幅波调幅波V(t)调制信号调制信号/2移项移项同步检波同步检波 当环路工作在载波跟踪状态时，当环路工作在载波跟踪状态

39、时，VCO输出频率与环路输出频率与环路输入已调信号的载波相同，但存在输入已调信号的载波相同，但存在/2的固定相移。的固定相移。 因此，经过因此，经过/2移项后变成与输入已调信号的载频移项后变成与输入已调信号的载频相同的信号。将它与输入已调信号共同加到同步检波器相同的信号。将它与输入已调信号共同加到同步检波器就能得到解调信号输出。就能得到解调信号输出。 BG322、X38、CD4046、MC1404b。5.3单片集成锁相环电路单片集成锁相环电路模拟锁相环路：模拟锁相环路： N E 5 6 0 、 N E 5 6 1 、 5 6 2 、 5 6 5 L562、L564、SL565、KD801、KD

40、802、KD8041等。等。数字锁相环路：数字锁相环路： 一、一、NE562 NE562（国内同类产品（国内同类产品L562、KD801、KD8041）是目前广）是目前广泛应用的一种多功能单片锁相环路。泛应用的一种多功能单片锁相环路。 1NE562组成框图组成框图 NE562是最高工作频率可达是最高工作频率可达30MHz的通用型集成锁相环。的通用型集成锁相环。 定时电容定时电容CrPDLF限幅限幅VCOA1A2A312111523415678910131416Vcc外接环路滤波外接环路滤波器器RC元件元件去加重去加重-VEE跟踪跟踪范围范围偏压偏压输出输出FM解调解调输出输出VCO输出输出 反

41、馈反馈信号输入信号输入信号输入信号输入 NE562123456789101112131415 16PD（鉴相器）：采用双平衡模拟乘法器（鉴相器）：采用双平衡模拟乘法器 LF：13、14脚可外接脚可外接RC元件构成环路滤波器。元件构成环路滤波器。 VCO：是射极定时的压控多谐振荡器，定时电容由：是射极定时的压控多谐振荡器，定时电容由5、6脚外脚外接电容。接电容。限幅器：是与限幅器：是与VCO串接的一级控制电路，串接的一级控制电路，7脚注入电流的大脚注入电流的大 小可以控制环路的跟踪范围。小可以控制环路的跟踪范围。 放大器放大器A1、A2、A3：作为隔离，缓冲放大器，：作为隔离，缓冲放大器，10脚

42、用于外接去脚用于外接去加重电容加重电容 。当环路用于解调时，。当环路用于解调时，A1，A2的放大作用可以提高的放大作用可以提高9脚输出的解调信号的电平值。既可以保证脚输出的解调信号的电平值。既可以保证VCO的频稳度，又放的频稳度，又放大了大了VCO的输出电压，使的输出电压，使3、4脚输出的电压幅度增大到约脚输出的电压幅度增大到约4.5V，以满足以满足PD对对VCO信号电压幅度的要求。信号电压幅度的要求。 11，12脚：外接输入信号。脚：外接输入信号。 VCO输出输出3、4脚与脚与PD的反馈信号输入端的反馈信号输入端2、15脚之间，可外脚之间，可外接其它部件以发挥多功能作用。接其它部件以发挥多功

43、能作用。 2NE562的使用说明的使用说明 (1) 输入信号从输入信号从11、12脚输入时，应采用电容耦合，以避免脚输入时，应采用电容耦合，以避免影响输入端的直流电位，要求容抗影响输入端的直流电位，要求容抗 输入电阻（输入电阻（2K ）。）。 )(tVic 1 可以双端输入，也可单端输入，单端输入时，另一端应可以双端输入，也可单端输入，单端输入时，另一端应交流接地，以提高交流接地，以提高PD增益。增益。 )(tVi(2)环路滤波的设计环路滤波的设计 NE562常用的环路滤波器有下图所示的四种形式：常用的环路滤波器有下图所示的四种形式： NE562RCRCCfCf1314NE562RCRCCf1

44、314CfNE562RCRCCf1314RfRfNE562RCRCCf1314RfPDLF限幅限幅VCOA1A2A312111523415678910131416Vcc外接环路滤波外接环路滤波器器RC元件元件去加重去加重-VEE跟踪跟踪范围范围偏压偏压输出输出FM解调解调输出输出VCO输出输出 反馈反馈信号输入信号输入信号输入信号输入13、14脚的外接电路与脚的外接电路与NE562内部的内部的PD负载电阻负载电阻Rc共同构共同构成积分滤波器。成积分滤波器。 一般已知一般已知Rc=6 K , 通常选在通常选在50200 之间，根据所要之间，根据所要求设计的环路滤波器截至频率求设计的环路滤波器截至

45、频率 可计算出可计算出 值：值： fR c fC对图对图(a): ccccfRfRC 211 对图对图(b): ccccfRfRC 4121 对图对图(c): )(21)(1fccfccfRRfRRC 对图对图(d): )RR2(f21)RR2(1Cfccfc0f NE562RCRCCfCf1314NE562RCRCCf1314CfNE562RCRCCf1314RfRfNE562RCRCCf1314Rf(3)VCO的输出方式与频率调整的输出方式与频率调整1VOC信号输出端信号输出端3、4脚与地之间应当接上脚与地之间应当接上数值相等数值相等的射极的射极电阻，阻值一般为电阻，阻值一般为212 K ,使内部射极输出器的平均电流不使内部射极输出器的平均电流不超过超过4mA. 2当当VCO输出需与逻辑电路连接时，必须外接电平移动电输出需与逻辑电路连接时，必须外接电平移动电路，使路，使VCO输出端输出端12V的直流电平移到某一低电平值上，并的直流电平移到某一低电平值上，并使输出方波符合逻辑电平要求，工作频率可达到使输出方波符合逻辑电平要求，工作频率可达到20MHz。 图（图（a）为实用的单端输出，）为实用的单端输出，图（图（b）为实用的双端驱）为实用的双端驱动的电平移动电路，动的电平移动电路，NE56234图（图（a）5v输出到输出到逻辑电逻辑电平