第八章 反馈控制电路

1、第8章 反馈控制电路 第第8 8章反馈控制电路章反馈控制电路p8.1 8.1 自动增益控制电路自动增益控制电路p8.2 8.2 自动频率控制电路自动频率控制电路p8.3 8.3 锁相环的基本原理锁相环的基本原理p8.4 8.4 频率合成技术频率合成技术p思考题与习题思考题与习题第8章 反馈控制电路 由放大电路、由放大电路、 振荡电路、振荡电路、 调制电路和解调电路，组成一调制电路和解调电路，组成一个完整的通信系统或其它电子系统个完整的通信系统或其它电子系统, , 但是这样组成的系统其性但是这样组成的系统其性能不一定完善。能不一定完善。一、在无线通信中为什么要引入自动控制电路？一、在无线通信中为

2、什么要引入自动控制电路？二、自动控制电路分类二、自动控制电路分类 自动增益控制电路自动增益控制电路AGC，Automatic Gain Control 自动频率控制电路自动频率控制电路AFC，Automatic Frequency Control 自动相位控制电路自动相位控制电路APC，Automatic Phase Control 第8章 反馈控制电路 反馈控制系统的组成反馈控制系统的组成比较器控制信号发生器参考信号ur(t)误差信号ue(t)可控器件控制信号uc(t)反馈网络反馈信号uf(t)输入信号ui(t)输出信号uo(t) 由由比较器比较器、控制信号发生器控制信号发生器、可控器件可控

3、器件和和反馈网络反馈网络四部分四部分组成一个负反馈闭合环路。组成一个负反馈闭合环路。第8章 反馈控制电路 8.1 8.1 自动增益控制（自动增益控制（AGCAGC）电路）电路 v在无线电通信系统中在无线电通信系统中, , 由于受到发射功率大小、接收距离远近由于受到发射功率大小、接收距离远近及信号衰落等许多因素的影响及信号衰落等许多因素的影响, , 接收机所接收到的信号强度变接收机所接收到的信号强度变化较大化较大, , 信号的强弱可能相差几十分贝。信号的强弱可能相差几十分贝。其原因主要有其原因主要有: :p a. a. 同一接收机在同一接收点接收不同发射机的信号。同一接收机在同一接收点接收不同发

4、射机的信号。 由于各由于各发射机的发射功率不同发射机的发射功率不同, , 接收点与发射机的距离不同接收点与发射机的距离不同, , 因此不同因此不同发射机在该接收点的场强不同。发射机在该接收点的场强不同。p b. b. 处于移动状态中的接收机处于移动状态中的接收机, , 如手持移动电话、车、船、飞如手持移动电话、车、船、飞机中的通信等机中的通信等, , 随着接收地点的变化随着接收地点的变化, , 同一发射机的信号场强也同一发射机的信号场强也在不断变化。在不断变化。p c. c. 信号的多径传输及其衰落等信号的多径传输及其衰落等, , 都使接收机的输入信号强度发都使接收机的输入信号强度发生变化。生

5、变化。第8章 反馈控制电路 高频放大器至解调器混频器中频放大器直流放大器AGC检波器ur 具有具有AGCAGC电路的接收机组成框图电路的接收机组成框图当输入信号电压变化当输入信号电压变化很大很大时，保持接收机输出电压时，保持接收机输出电压恒恒定或基本不变。定或基本不变。 第8章 反馈控制电路 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Uo，可控增益放大器增，可控增益放大器增益为益为Kv(uc)，它是控制电压，它是控制电压uc的函数，则有：的函数，则有：()ovciUKu U 低通滤波器iurU 电压比较器可控增益 放大器控制信号 发生器 电平检测器 直流放大器oU工作

6、原理工作原理cueufu第8章 反馈控制电路 无无AGCAGC电路电路有有AGCAGC电路电路7.17.1 自自 动动 增增 益益 馈馈 控控 制制 电电 路路第8章 反馈控制电路 自动增益控制电路类型自动增益控制电路类型 （1 1）简单）简单AGCAGC电路电路 （2 2）延迟）延迟AGCAGC电路电路 （3 3）前置）前置AGCAGC、后置、后置AGCAGC与基带与基带AGCAGC性能指标性能指标（1 1）动态范围）动态范围 （2 2）响应时间）响应时间在给定输出信号振幅变化范围内，允在给定输出信号振幅变化范围内，允许输入振幅变化的范围。许输入振幅变化的范围。 AGC AGC电路的反应既要

7、能跟得上输入电路的反应既要能跟得上输入信号振幅的变化速度信号振幅的变化速度, ,又不会出现反调又不会出现反调制现象制现象, ,这就是响应时间特性。这就是响应时间特性。第8章 反馈控制电路 8.2 8.2 自动频率控制电路自动频率控制电路低通滤波器H(s)可控频率器件Kcueucrr(s)频率比较器KpUe(s)Uc(s)r(s)r输出信号频率比较器频率比较器低通滤波器低通滤波器可控频率器件可控频率器件（VCO）0yycck u 自动频率控制是利用误差信号的反馈作用来控制被稳定的振自动频率控制是利用误差信号的反馈作用来控制被稳定的振荡器频率，使之稳定。荡器频率，使之稳定。 第8章 反馈控制电路

8、压控振荡器的输出频率压控振荡器的输出频率wy与标准频率与标准频率wr在频率比较器中进行在频率比较器中进行比较，比较，p 当当wy =wr时，频率比较器无输出，压控振荡器不受影响；时，频率比较器无输出，压控振荡器不受影响；p 当当wy wr时，频率比较器即有误差电压输出，其大小正比时，频率比较器即有误差电压输出，其大小正比于于(wy -wr)，经低通滤波器滤除交流成分后，输出的直流控制电，经低通滤波器滤除交流成分后，输出的直流控制电压压uc，加到压控振荡器上，迫使压控振荡器的振荡频率，加到压控振荡器上，迫使压控振荡器的振荡频率wy与与wr接近，而后在新的振荡频率基础上，再经历上述同样的过程，接近

9、，而后在新的振荡频率基础上，再经历上述同样的过程，使误差频率进一步减小，如此循环下去，最后使误差频率进一步减小，如此循环下去，最后wy和和wr的误差减的误差减小到某一最小值小到某一最小值f时，自动微调过程停止，环路进入锁定状态。时，自动微调过程停止，环路进入锁定状态。 工作原理工作原理第8章 反馈控制电路 主要性能指标主要性能指标（1 1）暂态和稳态特性）暂态和稳态特性（2 2）跟踪特性）跟踪特性第8章 反馈控制电路 8.3 8.3 锁相环的基本原理锁相环的基本原理 AFCAFC电路和锁相环基本原理的比较电路和锁相环基本原理的比较相同点：都是以消除频率误差为目的的反馈控制电路。相同点：都是以消

10、除频率误差为目的的反馈控制电路。不同点：不同点： AFCAFC利用频率误差电压去消除频率误差，会有剩余频率误差利用频率误差电压去消除频率误差，会有剩余频率误差存在；存在； 锁相环利用相位误差去消除频率误差，会有剩余相位误差存锁相环利用相位误差去消除频率误差，会有剩余相位误差存在，不会有剩余频率误差存在，有剩余相位误差存在，但频率在，不会有剩余频率误差存在，有剩余相位误差存在，但频率误差可以降低到零，从而实现无频率误差的频率跟踪和相位跟误差可以降低到零，从而实现无频率误差的频率跟踪和相位跟踪。踪。第8章 反馈控制电路 1. 1.工作原理：工作原理： 锁相环是一个相位负反馈控制系统。它由锁相环是一

11、个相位负反馈控制系统。它由鉴相器鉴相器(Phase Detector， 缩写为缩写为PD)、环路滤波器环路滤波器(Loop Filter，缩写为缩写为LF)和和电压控制振荡器电压控制振荡器(Voltage Controlled Oscillator，缩写为，缩写为VCO)三个基本部件组成。三个基本部件组成。第8章 反馈控制电路 鉴鉴 相相 器器(PD): 产生误差电压产生误差电压 Ud(t) 环路滤波器环路滤波器(LF): 产生控制电压产生控制电压 Uc(t) 电压控制振荡器电压控制振荡器(VCO):输出瞬时频率输出瞬时频率 v当当 o r时，时， (t) Ud(t) Uc(t) o ，直到直到 (t) = ，o = r ，环路锁定。，环路锁定。 第8章 反馈控制电路 1. 1.工作原理：工作原理： )(sin)(ttUturrrr)()(cos)(0000ttUtu)()()()()(0000ttttttrrrre设参考信号为：设参考信号为： 两信号之间的瞬时相差为：两信号之间的瞬时相差为：输出信号为：输出信号为： 第8章 反馈控制电路 瞬时频差为：瞬时频差为： dttddttdre)()(000)(limdttdet得到输出信号的频率偏移量：得到输出信号的频率偏移量： 00)(rdttd输出信号的工作频率为：输出信号的工作频率为： rdttdttdtd)(