高频电子线路-曾兴雯8

第八章反馈控制电路8.1自动增益控制电路8.2自动频率控制电路8.3锁相环的基本原理8.4频率合成器反馈控制电路的组成反馈控制器对象xixexoxo反馈控制电路可看成是由反馈控制器和对象两部分组成的自动调节系统。

Xe为误差量，对象根据Xe对Xo进行调节，使Xo与Xi之间接近或恢复到预定的关系。反馈控制电路的组成反馈控制器对象xixexoxo

自动增益控制(AutomaticGainControl，简称AGC)电路自动频率控制(AutomaticFrequencyControl，简称AFC)电路自动相位控制(AutomaticPhaseControl，简称APC)电路。根据比较和调节参量X的不同，反馈控制电路分为：反馈控制电路的组成比较器：是将参考信号r(t)和反馈信号f(t)进行比较，输出二者的差值即误差信号e(t)。比较器可以是：电压比较器、频率比较器(鉴频器)或相位比较器(鉴相器)。反馈控制电路的组成控制信号发生器：利用误差信号e(t)产生控制信号c(t)，对可控制器件的某一特性（或某一参数）进行控制。

反馈控制电路的组成可控制器件：某一参量受控制信号c(t)控制的器件，如可控增益放大器、压控振荡器等。

反馈控制电路的组成反馈网络：在输出信号y(t)中提取所需要进行比较的分量，送到比较器与参考信号进行比较。

8.1自动增益控制电路***第八章反馈控制电路自动增益控制电路也叫自动电平控制（ALC）电路，目的是：当输入信号电压变化很大时，保持接收机输出电压恒定或基本不变。具体地说，当输入信号很弱时，接收机的增益大，自动增益电路不起作用；而当输入信号较强时，自动增益电路起控，使接收机的增益随输入信号的增大而减小，从而达到当接收机信号强度变化时，其输出端电压基本不变的目的。自动增益控制（AGC）电路自动增益控制（AGC）电路自动增益控制（AGC）电路控制放大器增益的方法主要有两种:

一种方法是通过改变放大器本身的某些参数,如发射极电流、负载、电流分配比、恒流源电流、负反馈大小等等来控制其增益;

另一种方法是插入可控衰减器来改变整个放大器的增益。

可控增益放大器１.晶体管增益控制电路高频放大器的谐振增益为：可控增益放大器从上式可知，放大器的增益与晶体管的正向传输导纳|Yfe|成正比，而|Yfe|的大小与晶体管的工作电流IEQ有关。１.晶体管增益控制电路改变发射极平均电流ＩE就可以使|yfe|随之改变,从而达到控制放大器增益的目的。可控增益放大器反向ＡＧＣ|yfe|随ＩE减小而下降正向ＡＧＣ|yfe|随ＩE增加而下降可控增益放大器１.晶体管增益控制电路反向ＡＧＣ的优点是工作电流较小,对晶体管安全工作有利,但工作范围较窄,而正向ＡＧＣ正好相反。为了克服正向ＡＧＣ工作电流较大的缺点,在制作晶体管时可以使其|yfe|-IE特性曲线的峰值点左移,同时使右端曲线斜率增大。专供增益控制用的ＡＧＣ管大多是正向ＡＧＣ管。可控增益放大器１.晶体管增益控制电路正向AGC反向AGCAGC管普通晶体管集成电路中常用的发射极负反馈增益控制电路。V1和V2组成差分放大器。信号从V1、V2的两个基极双端输入,从两个集电极双端输出,控制信号uc从V3管基极注入。可控增益放大器２差分放大器发射极负反馈增益控制电路可控增益放大器当控制电压uc很小时,IC3很小,如ＩC3Ｒe／２小于二极管导通电压,则二极管V４、V５截止,负反馈最大，差分放大器的增益最小；２差分放大器发射极负反馈增益控制电路请思考：当输入信号增大时，控制信号应如何变化？

可控增益放大器当控制电压uc逐渐增大,IC3增加,使IC3Ｒe／２大于二极管导通电压,则Ｖ４、Ｖ５导通,负反馈作用减弱,差分放大器增益加大。可见控制电压uc应随着输入信号的增大而减小。

２差分放大器发射极负反馈增益控制电路可控增益放大器

控制电压ＶC取负值，当ＶC越负，二极管正向电流越大，动态电阻rd越小，则衰减系数越小，放大器的总增益越大，反之总增益减小，从而达到对放大器增益的控制。插入可控衰减器VCVO简单AGC与延迟式AGC简单AGC延迟式AGC简单AGC电路的特性在简单AGC电路里,只要输入信号振幅Ui

增加,AGC的作用就会使增益Kv减小,从而使输出信号振幅Uo减小。简单AGC的实际电路延迟式AGC电路的特性在延迟AGC电路里有一个起控门限,即只有当输入信号Ui大于Uimin后，AGC电路才开始起作用，使增益Kv减小,从而使输出信号振幅Uo减小。延迟式AGC电路中放电视接收机AGC系统框图延迟式AGC电路延迟式AGC电路

ＡＧＣ检波电路将预视频放大电路输出的全电视信号进行检波,得出与信号电平大小有关的直流信号,然后进行直流放大以提高ＡＧＣ控制灵敏度。延迟式AGC电路当输入信号振幅Ux超过某一Ux1后,先对中放进行增益控制,而高放增益不变,这是第一级延迟。当Ｕx超过另一Ux2后,中放增益不再降低,而高放增益开始起控,这是第二级延迟。延迟式AGC电路第一级延迟第二级延迟采用两级延迟ＡＧＣ的原因在于当输入信号不是很大时,保持高放级处于最大增益可使高放级输出信噪比不致降低,有助于降低接收机的总噪声系数。

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。前置AGC与后置AGC前置AGC与后置AGC

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。8.2自动频率控制电路**第八章反馈控制电路自动频率控制（AFC）电路

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，主要作用是自动调整振荡器的频率，提高频率稳定度。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自动频率控制（AFC）电路自动频率控制（AFC）电路调幅接收机AFC系统框图自动频率控制（AFC）电路若由于某种原因,本振角频率发生偏移变成ωL+ΔωL,则混频后的中频将变成ωI+ΔωL。经中放后送给鉴频器,将产生相应的误差电压ue,经低通滤波后控制本振的角频率ωL,使其向相反方向变化。自动频率控制（AFC）电路UCΔfΔfUC鉴频特性曲线压控振荡特性曲线自动频率控制（AFC）电路ΔfUC

AFC电路中，鉴频器的输出电压作为压控振荡器的输入电压，当压控振荡器频率与信号频率刚好相差一个中频时，两条曲线都通过坐标原点。鉴频特性压控特性自动频率控制（AFC）电路

如果压控振荡器的频率产生了漂移，控制特性曲线将平移，反馈系统稳定后会平衡于两条曲线的交点，剩余频差小于初始频差。ΔfUC初始频差剩余频差鉴频特性压控特性请自行分析Δf<0的情况。自动频率控制（AFC）电路AFC的应用：调频负反馈解调电路特点：鉴频器输出的解调电压同时反馈到压控振荡器VCO（作为本机振荡器），使本振频率随调制电压而变化，这一点与普通调频接收机不同。自动频率控制（AFC）电路AFC的应用：调频负反馈解调电路混频器输入调频波瞬时角频率：ωS=ωC+ΔωSmcosΩtVCO的调频振荡瞬时角频率：ωV=ωL+ΔωLmcosΩt自动频率控制（AFC）电路AFC的应用：调频负反馈解调电路混频输出瞬时角频率：=ωI+ΔωImcos

Ωtω0=ωL–ωC+（ΔωLm

–ΔωSm）cos

Ωt输出仍为中频调频波，但最大频偏减小，因此中放的带宽可适当减小，从而减小了中放的输出噪声，提高了信噪比。自动频率控制（AFC）电路AFC的应用：电视接收机中的AFT电路

AFT电路由限幅放大、移相网络和乘法器等组成，将输入信号偏离标准中频（38MHZ）的频偏鉴别出来，并转换成直流误差电压uO，反送至调谐器本振回路的变容二极管两端，以微调本振频率。至本振固定频率振荡器混频器比较-放大器+鉴频器宽带放大器扫频振荡器Vi(t)扫频信号输出自动频率控制（AFC）电路AFC的应用：扫频信号发生器

Vi是输入锯齿波，输出是信号频率按输入信号线性变化的调频波。鉴频器将解调出失真的锯齿波与输入信号比较，将两者的差值再与输入信号叠加后作为扫频振荡器的调制信号，以补偿输出扫频信号的失真。8.3锁相环的基本原理***第八章反馈控制电路锁相环路（PLL）锁相环路（PhaseLockedLoop，简称PLL）是一个自动相位控制（APC）系统，主要由鉴相器（PhaseDetector,简称PD）、环路滤波器（LoopFilter，简称LF）和压控振荡器（VoltageControlledOscillator，简称VCO

）三部分组成。锁相环路（PLL）只有当两个旋转矢量以相同角速度（ωi＝ωy）旋转时,它们之间的相位差才能保持恒定值。鉴相器将此恒定相位差变换成对应的直流电压,去控制VCO的振荡角频率ωy,使其稳定地振荡在与输入参考信号相同的角频率ωi上。这种情况称之为锁定。

锁相环路是一种以消除频率误差为目的的反馈控制电路。但它的基本原理是利用相位误差电压去消除频率误差,

所以当电路达到平衡状态之后,虽然有剩余相位误差存在,但频率误差可以降低到零,从而实现无频差的频率跟踪和相位跟踪。锁相环路（PLL）锁相环路（PLL）设参考信号为输出信号为两信号之间的瞬时相差为瞬时频差为锁相环路（PLL）锁定后两信号之间的相位差为一固定值，即此时输出信号的工作频率为故有即频差为零PLL与AFC的比较ＡＦＣ电路也是以消除频率误差为目的的反馈控制电路。由于它的基本原理是利用频率误差电压去消除频率误差,所以当电路达到平衡状态之后,必然有剩余频率误差存在,即频差不可能为零。ΔfUC剩余频差集成锁相环NE562锁相环的应用用锁相环调频，将中心频率锁定在晶振频率上，因而能够得到中心频率高度稳定的调频信号。锁相环路调频

调制跟踪锁相环本身就是一个调频解调器。它利用锁相环路良好的调制跟踪特性,使锁相环路跟踪输入调频信号瞬时相位的变化,从而使VCO控制端获得解调输出。锁相环的应用锁相环路鉴频与普通鉴频器相比,用锁相环路做成的鉴频器，具有较低的门限效应（门限效应是指当输入信噪比低于某一数值时,输出信噪比将急剧下降）。锁相环的应用锁相环路鉴频锁相环的应用同步检波器同步检波锁相环路的输入电压是调幅波,由于锁相环路只能跟踪输入信号的相位变化,所以环路输出得不到原调制信号,而只能得到等幅波（即恢复载波）。锁相环的应用用锁相环对调幅信号进行解调,实际上是利用锁相环路恢复一个稳定度高的载波信号,与调幅波在非线性器件中乘积检波,经低通滤波后输出原调制信号。同步检波器锁相环的应用同步检波器设输入信号为

ui(t)=Ui

(1+mcosΩt)cosωit锁相环输出为

uo(t)=Uocos(ωi

t+θ0)

将uos(t)与ui(t)相乘，滤除2ωi分量即得到原调制信号。经90°移相后得:uos(t)=Uosin(ωi

t+θ0)锁相环的应用锁相环路除了以上的应用外,还可广泛地应用于电视机彩色副载波提取,调频立体声解码、电机转速控制、微波频率源、锁相接收机、移相器、位同步以及各种调制方式的调制器和解调器、频率合成器等。8.4频率合成器***第八章反馈控制电路在基本锁相环路的反馈通道中插入分频器,就组成了锁相倍频电路。锁相倍频、分频电路当环路锁定时,鉴相器输入信号角频率与反馈信号角频率相等：ωi=ωy′，即ωy＝ｎωi

。锁相倍频、分频电路显然，如将分频器改为倍频器，则可以组成锁相分频电路，即ωy＝ωi／ｎ。倍频器

×n在基本锁相环路的反馈通道中插入混频器和中频放大器,可组成锁相混频电路。设本振信号角频率为ωL,则当环路锁定时,有ωi=|ωL-ωy|,即ωy=ωL±ωi,从而实现混频作用。锁相混频电路锁相频率合成频率合成器是利用一个或多个高稳定晶体振荡器产生出一系列等间隔的离散频率信号的一种技术，这些频率的准确度和稳定度与晶体振荡器相同。

用混频器、倍频器、分频器和带通滤波器等电路通过对晶体振荡器频率进行四则运算而产生的一系列等间隔的离散频率信号。①直接合成法锁相频率合成频率合成器是利用一个或多个高稳定晶体振荡器产生出一系列等间隔的离散频率信号的一种技术，这些频率的准确度和稳定度与晶体振荡器相同。

利用锁相环的频率无误差跟踪的特性，由VCO产生一系列与晶体振荡器（作为环路输入信号）相同准确度和稳定度的离散频率信号。②间接合成法工作频率范围：由最高、最低频率决定频率间隔（分辨率，步长）：两个离散频率间的最小间隔频率转换时间：从一个离散频率转换到另一个频率（稳定）所需的时间。频率准确度和稳定度等锁相频率合成频率合成器是利用一个或多个高稳定晶体振荡器产生出一系列等间隔的离散频率信号的一种技术，这些频率的准确度和稳定度与晶体振荡器相同。

主要指标：为了减小相邻两个输出频率的间隔,增加输出频率的数目,可在晶体振荡器和鉴相器之间插入前置可变分频器。下图是一个单环频率合成器,其输出角频率为:ωy=ωi（ｎ=１,２,…,Ｎ；ｍ＝１,２,…,Ｍ）

锁相频率合成

请思考：该频率合成器的频率间隔和频率范围分别是多少？为了减小相邻两个输出频率的间隔,增加输出频率的数目,可在晶体振荡器和鉴相器之间插入前置可变分频器。下图是一个单环频率合成器,其输出角频率为:ωy=ωi（ｎ=１,２,…,Ｎ；ｍ＝１,２,…,Ｍ）

锁相频率合成最小角频率间隔（步长）：ωi

频率范围：ωi

～Nωi。

请思考：该频率合成器的频率间隔和频率范围分别是多少？为了减小相邻两个输出频率的间隔,增加输出频率的数目,可在晶体振荡器和鉴相器之间插入前置可变分频器。下图是一个单环频率合成器,其输出角频率为:ωy=ωi（ｎ=１,２,…,Ｎ；ｍ＝１,２,…,Ｍ）

锁相频率合成锁相频率合成下图是由两个锁相环和一个混频滤波电路组成的双环频率合成器。例：设参考频率ｆr1＝１kHz,ｆr2＝100kHz，可变分频器的分频比范围分别为n1＝10000～11000,n2＝720～1000,固定分频器的分频比n3＝10，混频器输出为和频信号，求输出频率ｆy的频率调节范围和步长（即频率间隔）。锁相频率合成ｆ01＝n1ｆr1f03=ｆ01经过n3固定分频后环路Ⅰ是锁相倍频电路f02=ｆ02经过n2可变分频后例：设参考频率ｆr1＝１kHz,ｆr2＝100kHz，可变分频器的分频比范围分别为n1＝10000～11000,n2＝720～1000,固定分频器的分频比n3＝10，混频器输出为和频信号，求输出频率ｆy的频率调节范围和步长（即频率间隔）。锁相频率合成混频器输出和频信号f04=fr2+环路Ⅱ是锁相倍频电路例：设参考频率ｆr1＝１kHz,ｆr2＝100kHz，可变分频器的分频比范围