模拟电路中的反馈控制电路

模拟电路中的反馈控制电路的学习

电气工程与自动化系王文川反馈控制电路分为自动幅度控制电路、自动频率控制电路和自动相位控制电路。学习这部分内容时应充分理解几种典型电路框图的原理和涉及到的基本概念。大家都知道。对于职业教育的学生，他们的学习习惯、学习方法，即使是预备技师班的学生（高中毕业、四年制），也存在一定困难，因此笔者在教学过程中，尽可能减少枯燥的定义、纯理论的论述，运用图文并茂，理论与实际结合，使学生能够学到最基本的知识。例如：

PD，LF，VCO 一一解释，让学生基本能够理解相位控制电路的基本原理，

一、自动幅度控制电路

自动幅度控制电路中最典型的是自动增益控制电路，它由主放大器、振幅检波、直流放大和比较器几部分组成。它们的作用分别是：主放大器、振幅检波、直流放大、比较器等。基本框图是：

通过对框图的详细讲解，尽可能的让学生理解它的基本原理，不作更深的计算，这样学生基本能够接受，因此，学生的学习兴趣也有了一定的提高。

1．主要放大器

用于对输入信号的放大，通过比较器输出的控制信号，改变其增益的大小，进而达到稳定输出信号幅度的目的。通过三级电路的一级、一级的工作原理的分析，让学生了解三级电路的连接，连接方式、连接的注意事项以及如何分析等等，有了一定的基本概念，学习起来就有了动力和兴趣。

2．振幅检波

（1）电路介绍：

介绍最基本的电路，学生更容易理解，更容易接受。

（2）信号介绍：

介绍二极管的单向导电性，就理解了振幅检波原理。

用于将主放大器的输出信号变换为与载波幅度成比例的直流信号。

作为学习能力较强的学生，就加一些计算，例如：

1. 检波效率h d

t ωΩt m U u c a m0s cos )cos 1(+= h d <1，一般80%

（一般是安排是课后）

3．直流放大

对振幅检波电路的弱信号进行放大，以达到比较器对输入信号的幅度要求。

（1） 首先介绍电路框图，这样学生容易理解一些，

（2） 再介绍一些基本电路，印象会更加深，

)cos 1(a m 0d O Ωt m U u +=

η

注：该图片为引用的，应该不构成侵权（笔者特别注明）。

（3）作为学习能力较强的学生，就加一些计算，例如：

工作在线性区时，由虚断和虚短得：

u+=0 ,u-= u+=0

i1=i f

i1=(u i-u-)/R1≈u i/R1

i f=(u--u o)/R F≈-u0/R F

联立上三式得：

u i/R1=-u0/R F

则u0=-（R F/R1）u i

4．比较器

将直流放大电路输出的反映主放大器输出信号幅度的直流信号与基准电压进行比较，产生用于调节主放大器增益的控制信号。

比较电路较为简单，就介绍一些基本原理就可以了。就是V A与V B比较，得到一个输出信号。

二、自动频率控制电路

1 自动频率控制电路的工作原理

当f r = f o时，u D(t) = 0 ，f o不变

当f r = f o时，u D(t) = 0 ，f o不变

经若干调节周期，环路最后锁定在f o = f r + ?f 。

这个?f 称为剩余频率误差，简称剩余频差。

有剩余频差是AFC的缺点。

为了让学生更好的理解，笔者介绍了一个常见的收音机电路框图：

这样，学生就能够接受了，上课玩手机的、不听讲的现象就基本没有了。

自动频率控制电路主要用于稳定振荡器的输出信号频率。电路中的振荡器为压控振荡器，另外还需一个高稳定度的标准频率发生器（一般为石英晶体振荡器），控制信号由频率比较器输出。当比较器设定好后，压控振荡器的输出频率即可确定，其频率稳定度受标准频率发生器的作用而大大提高。

由于频率比较器的输出信号是一个“误差电压”，它只能使压控振荡器的振荡频率趋近于要求的频率，而不能等于它，所以由自动频率控制电路实现频率稳定将产生剩余频差。

三、自动相位控制电路

自动相位控制（APC）

自动相位控制常采用锁相环路（PLL），它能使被控振荡器输出信号的频率与参考信号的频率相一致，相位保持严格的关系，即实现相位锁定，以此可实现调频、鉴频、混频、解调、频率合成等一系列电路功能。利用锁相原理构成频率频率合成器，是现代通信系统的重要组成部分。

自动相位控制电路是将振荡器的相位受到基准信号的控制，使振荡器输出信号的相位与基准信号的相位保持一种特殊关系，我们称之为相位锁定，所以，实现这一功能的自动相位控制电路就称为锁相环。用锁相环实现稳频，压控振荡器与基准振荡器之间只有剩余相位差，而没有剩余频差。

因为自动相位控制（APC）相对于学生较难，因此，在这里笔者作了耐心的处理，首先：介绍它的应用领域，让学生引起兴趣，锁相环（PLL）是一个反馈系统，它的反馈信号将输出信号的频率和相位锁定在输入信号的频率和相位上。即保持相位同步，因此称为锁相。输入波形有很多种，包括正弦波或数字波形。锁相环最早用于无线电信号的同步检波。目前锁相环广泛用于滤波、频率合成、频率调制、解调、信号检测等方面，在通信、雷达、导航、遥控遥测、仪表测量等领域有着广泛的应用，特别是遥控遥测是学生最感兴趣的。

其次简单介绍电路方框图：

锁相环的方框图

锁相环由鉴相器、低通滤波器和压控振荡器三部分组成。其中鉴相器起到相位比较的作用，当输入信号（基准信号）与输出信号频率不一致时，其变化的相位差就由鉴相器转换为误差电压，经低通滤波器滤除高频成份后，对压控振荡器的振荡实现控制，使压控振荡器的输出信号频率正好等于输入信号频率，这时称为锁定状态，锁相环的这一特性称为“锁定”特性。若输入信号频率在某一范围内变化，使输出信号跟随其变化，这时称为跟踪状态，锁相环的这一特性称为“跟踪”特性。锁相环的频率跟踪范围取决于压控振荡器的可控频率范围，跟踪速度取决于低通滤波器的通频带。

最后，针对学习能力较强的学生，就加一些计算，

f i=f d

且分频器的输出频率为

f d=f o/N

输出频率为

f o=Nf i

是输入频率的整数倍。如果没有分频器，那么N就等于1。一旦环路入锁，鉴相器的两个输入信号之间会有一个微小的相位差。这个相位差导致鉴相器输出一个直流电压，它使VCO偏离它的自激振荡频率并且保持环路锁定。一旦锁定后PLL的自校正功能使它能够跟踪输入信号的频率变化。PLL能够保持对输入信号锁定的频率范围被称为锁定范围。捕捉范围是环路能够达到锁定的频率范围，这个范围小于锁定范围。让我所教的学生都有一定的收获。