(完整版)高频电子线路杨霓清答案第六章-反馈控制电路

1、278思考题与习题6.1 有哪几种反馈控制电路，每一类反馈控制电路控制的参数是什么，要达到的目的是什么？答：自动增益控制（AGC）电路、自动频率控制（AFC）电路、自动相位控制（APC）电路三种控制参量分别为信号的电平、频率、和相位AGC电路可用于控制接收通道的增益，它以特性增益为代价，换取输入信号动态范围的扩大使输出几乎不随输入信号的强弱变化而变化。AFC电路用于稳定通信与电子系统中的频率源利用频率误差信号来调节输出信号的频率，使输出频率稳定。APC电路以相位误差去消除频率误差。6.2 AGC的作用是什么？主要的性能指标包括哪些？答：AGC电路可用于控制接收通道的增益，它以特性增益为代价，换

2、取输入信号动态范围的扩大使输出几乎不随输入信号的强弱变化而变化。其性能指标有两个：动态范围和响应时间6.3 AFC的组成包括哪几部分，其工作原理是什么？答：AFC由以下几部分组成：频率比较器、可腔频率电路、中放器、鉴频器、滤波器工作原理:在正常情况下，接收信号的载波为f，本振频率f混频输出的中频为f。sLI若由于某种不稳定因素使本振发生了一个偏移+纣。混频后的中频也发生同样的偏移，成L为f+纣，中频输出加到鉴频器的中心频率f，鉴频器就产生了一个误差电压，低通滤波ILI器去控制压控振荡器，使压控振荡器的频率降低从而使中频频率减小，达到稳定中频的目的6.4比较AFC和AGC系统，指出它们之间的异同

3、。6.5 锁相与自动频率微调有何区别？为什么说锁相环路相当于一个窄带跟踪滤波器？6.6 有几种类型的频率合成器，各类频率合成器的特点是什么？频率合成器的主要性能指标有哪些？答：频率合成器有三种：直接式频率合成器、锁相频率合成器（包括倍频锁环、混频锁相环、除法降频锁相环）、直接数字式频率合成器。直接式频率合成器是直接对参考频率源进行混频分频和倍频得到所需频率是一个开环系统；锁相频率合成器是锁相环进行频率合成，是一个闭环譏数字频率合成器是一种全数字化的频率合成器，是一个开环系统。频率合成器的主要性能指标有：频率准确度和频率稳定度、频率分辨率（频率步长）、频率范围、频率转换时间（或频率时间）、相位噪

4、声和杂散、功耗和体积等6.7 PLL的主要性能指标有哪些？其物理意义是什么？答:我们可以用“稳”“准”“快”“可控”、“抗扰”五大指标衡量PLL的优劣。（a）“稳”是指环的稳定性。PLL的稳定是它工作的前提条件，若环路由负反馈变成了正反馈，就不稳定了。理论分析表明，一、二阶环路是无条件千金之子环。（b）“准”是指环路的锁定精度。PLL锁定后没有频差，只有剩余相差，所以锁定精度由剩余相差来表征，我们希望相差越小越好，（c）“快”是环路由失锁进入锁定状态的时间，所以锁定时间由捕获时间来表征，我们希望快捕时间与捕获时间越短越好。（d）“可控”指环路能进入锁定与维持锁定的频差范围，通常前者以快捕带与捕

5、获带来表征，而后者以同步带来表征。我们希望捕获带和同步带越大越好，这样环路的可控能力就越强；（e）“抗扰”指一号对干扰或噪声的过滤能力。这种能力可由环路信噪比、输出相位抖动方差、失锁概率等表征。6.8 AFC电路达到平衡时回路有频率误差存在，而PLL在电路达到平衡时频率误差为零，这是为什么？PLL达到平衡时，存在什么误差？答：AFC电路是一个负反馈闭合环路，它利用频率误差信号来调节输出信号的频率，使输出频率稳定。AFC电路在达到最后状态时，两个频率不可能完全相等，存在剩余频差。PLL电路是以消除频率误差为目的的反馈电路，但其基本原理是利用相位误差消除频率误差，所以当电路达到平衡状态时虽然有剩余

6、相位误差存在，但频率误差可以降到0从而实现无频率误差的频率跟踪和相位跟踪。6.9 锁相环路合成法频率合成器根据哪些特点分为模拟式与数字式两大类？它们各有何优缺点？6.10为什么在鉴相器后面一定要加入环路滤波器？题6.11图6.11题6.11图是调频接收机AGC电路的两种设计方案，试分析哪一种可行，并加以说明。6.12在题6.12图所示的锁相环路中，已知A二2兀x25krad/sV，f二50kHz，A=2，鉴or1相器的最大输出电压0.7V，试求环路的同步带。若R=3.6kQ，C=0.3aF，试求环路的快捕带。题6.12图解：（1）同步带Aw=±AAAA（0），苴中A（0）=1，则Ld

7、10FFAw=±0.7Vx2x2兀x25krad/(sgV)=±219.9x103rad/sL2）快捕带Aw厂土:字=±lAwLlRC219.9x103rad/s=±14.27x103rad/s3.6x103x0.3x10-66.13在题6.12图所示的锁相环路中，当输入频率发生突变Aw=100rad/s时，要求环路的i稳态相位误差为0.1说,试确定放大器的增益A1。已知Ad=25mV/说，A0=l03rad/sV,RC=10-3s。Aw=i=eg解：9=汁=AAA；(o)，因为af(s)S0o1dF1疋=11=1+sRCR+sC所以A(0)=1Fl00

8、rad/sAAw1AAA(0)q25x10-3V/radx10-3rad/(sgV)xO.lradodFeg6.14已知一阶锁相环路鉴相器的最大输出电压V=2V,压控振荡器的A二104HZ/V(或do2x104rad/sV)，压控振荡器的振荡器频率w二2兀x106rad/s。问当输入信号频率ow二2兀x1015x103rad/s时，环路能否锁定？若能，稳态相差等于多少？此时控制电压i等于多少？6.15在某锁相环路中，鉴相器灵敏度A二1V/rad，压控灵敏度A二2兀x105rad/sV，输入do信号频率f二1MHz,vCO的固有频率f二1.02MHz。io(1) 若环路滤波器采用有源比例积分器，

9、其直流增益A(0)二10，可使环路入锁.试求F锁定后的剩余相差，以及鉴相器与滤波器输出端的直流电压。(2) 若环路滤波器采用RC积分滤波器或无源比例积分滤波器，试问环路能否锁定？dU解：题中K指的是9二0时的，单位是V/rad。ded9eAw=2兀(f-f)=2兀(1-1.02)x106rad/s=2兀x0.02x106rad/soio(1)对正弦鉴相特性，u=Ksin9=Usin9，此时K的单位是V,则锁定后的剩ddeded余相差为9eAw.-2kx0.02x106o=arcsinKKF(0)1x2kx106x10dV=arcsin(-0.02)沁-0.02rad鉴相器的直流输出电压为(0)

10、=Ksin9(g)=Usin9(g)u-0.02vdede滤波器的输出端的直流电压为u=u(o)xF(0)Q0.02x10=0.2Vcd(2)对于正弦鉴相特性，RC积分器和无源比例积分器的F(0)=1甲d)=arcsin兰土)=arcsin(0.2)e2兀X106X1环路能够锁定。6J6无低通滤波器的一阶锁相环路，PD的灵敏度Ad=1V/rad，VCO的A=2兀x104rad/sV，输入信号频率f=1MHz，VCO的固有频率f=1.25MHz，oio试问：(1)环路有无可能捕捉入锁？(2) 若f调低到1.008MHz。有无可能入锁？剩余相差®是多少？oea(3) 若要求剩余相差不超过

11、5o，f应调到多少？o解：对于无低通滤波器的一阶锁相环路，同步带=捕捉带。(1)如用正弦鉴相特性Aw=2兀(ff)=2兀(1一1.25)x106rad/s=2nx0.25x106rad/soioKK=1x2兀x104rad/sdV>KK，所以环路不能入锁。dV(兀兀、如用题6。16图所示鉴相特性即9在-丁：怎之间是线性鉴相特性，则由锁定eI22丿条件得；兀Aw=K9K=1xx2kx104=2kx1.57x104<2kx25x104也不能入锁。odeV2(2)Aw=2k(ff)=2k(11.008)x106=2kx0.008x106rad/soio用正弦鉴相特性|Aw|=2kx0.0

12、08x106<KK=2kx104dV所以能够入锁，其剩余相差为2kx0.8x1042kx104=arcsin(0.8)=530=0.8rad9=45.860e如用题6。16图所示的鉴相特性，则AwoKKdVm）A®2兀（f-f）3）串a丿二arcsm卄二arcsmi0二5oeKK2KX104dV匚：=0.087则f二0.99913MH1040z6.17如题6.17图所示锁相环中，输入信号频率的变化为二100rad/s，鉴相器的ir./丫°?Z_题6。16图开关乘法器作相位检测器的鉴相特性A二25mV/rad，VCO的A二2兀x103rad/sV，RC=10-3S，要求

13、稳态相位误差为do0.1rad，试确定放大器的增益A题6.17图解：=103rad/s，保证A®二100rad/s的范围内，低通滤器能通过RCm0.1=arcsinmKKKdVA®100因为m很小，所以上式可写成e0.1沁sin=一KKK25X10-3xKx103dV得K=40。即要放大器的增益为40617锁相环路采用无源比例积分滤波器，已知同步带AfL-±10kHz，VCO的A二10kHz/V，试求鉴相灵敏度。o解：（1）如用正弦鉴相特性，则A®=±KF（0）K式中F（0）=1HdVA®mKV巴=1V/rad104（2）如用题6。1

14、6图所示的鉴相特性，A®=±KmF（0）KHdeV兀式中m=±e2Aw贝Kd=申F(0K=eV2Kx104=2V/radx1x2kx104k2618某锁相环路PD的Ad=2V/rad。VCO的A=2兀x104rad/sV,中心频率f=103kHz。输入信号频率f=1.01x106Hz，i滤波器为无源积分滤波器，试求：稳态相位误差。VCO的直流控制电压环路的同步范围。（1）（2）（3）解：设用正鉴相特性1）Aw®=arcsineKF(0)KdV2kx(1.01x106-106)=arcsin=arcsin0.52x1x2兀x104申=3002）3）eU=K

15、sin申=2x0.5=1Vdde同步带Aw=±KF(0)K=±2x1x2kx104=±4兀x104rad/sVw+Aw同步范围一0H2k200kx104+4kx104200kx104-4kx1041020x103H:980xx103HzZ6.19将题6.20图所示的锁相环路用来解调调频信号。设环路的输入信号u(t)=Vsin(wt+10sin2兀x103t),已知，有源比例积分滤波器的参数为iimrR=17.7k0,R=0.94k0,C=0.03尸,A=250mV/rad,A=40,12dA=2kx25x103rad/sV，试求放大器输出1kHz的音频电压振幅卩o

16、0m题6.20图解：因为Vo(s)sQ(s)sH(s)0(s)o=iAAH(s)=H(s)1+H(s)A(s)=±fsr1/AAAA(s)式中H0丿=s1oFos其中i=RC=0.53x10-3s,爲=RC=0.028x10-3sTT()AAA4()AAA1+sr83x10-3(巾u“)所以H(s丿=-oA(s)=-o2=s+37.5x10-3丿s2osFssr1H(s)83x10-3(s+37.5x10-3)H(s)=o()=1+H(s)s2+83x10-3sx2.96x10-9o已知Ap=MsinQti(t)f所以叫）=V片(t)=mqcosQt=2兀x103cos2兀x1031

17、(rad/s)i-dt其中Vp=25x10-3rad/Sim所以Sm=H(Q)=2工5；0-3H(Q)=0.4H(Q)o83x103+37.5x103)其中HjQ=2.96x109-Q2+85x103jQ.5x83x103H(q)=2.96x109-Q2+Q2x103Q)当Q=2兀x103rad/s时，H（2兀x103）a1则V=0.4VQm6.20在题6.20图所示的锁相环路中，若将环路滤波器改为简单RC滤波器，则当环路的输入信号u（t）二Vsin（t+MsinQt）时，试证明：为实现不失真解调，必须满足下列关iimrf系式QA<()2mc证明：不失真解调的两个条件为（1）快捕带大于或

18、等于调频波的最大频偏AAo；（2）环路带宽大于或等于调制频率o>Q。根据式AoHc采用简单滤波器RC时o=Ao,（Ao匕QoHccm6.21锁相环直接调频电路组成如题6.22图所示。由于锁相环为无频差的自动控制系统，具有精确的频率跟踪特性，它有很高的中心频率稳定度。试分析该电路的工作原理。题6.22图6.22锁相可变倍频器如题6.23图所示。已知鉴相器的灵敏度Ad二O.lV/rad,压控振荡器的灵敏度A二1.1x107rad/(sV),环路输入端的基准信号(由晶振产生)频率f为12.5kHz,or反馈支路中的固定分频器的分频比P=8，可变分频器的分频比M=653793。试求VCO输出信号

19、的频率范围及频率间隔。题6.23图解：环路锁定时,f=厶rMP所以VCO输出信号的频率范围f=MPf=(653:793)x8x12.5二(653:793)x100二65300:79300(kHz)or频率间隔纣=8x12.5=100(kHz)6.23电路如题6.24图所示，试求输出频率的变化范围，以及输出频率的间隔N=760950。题6.24图解：PD的输入为f'=10KHiZ(f(1)当分频器为760时，f'=10KH=f'=-0十760iZo(10丿所以f=f'x10x760=760x102KH0iZ当分频器为950时f=f'xlOx950=950xl02KH0iZ即输出频率在前76MH:95MH的范围内变化。ZZ(95-76)x106(2)输出频率在