《反馈控制电路》PPT课件
合集下载
反馈控制电路精品PPT课件
误差， • 要从卫星信号中提取载波用于解调导航电文， • 要跟随电波传播衰落造成的接收信号强度起伏变
化， • 都要用到反馈控制电路。
• 反馈控制电路为闭合环路，由比较器、控制信号 发生器、可控器件和反馈网络四部分构成，如图7-2 所示。
• 比较器将外加的参考信号r(t)与反馈信号f(t)进行比 较，输出二者的误差信号e(t)，再经过控制信号发生 器产生控制信号c(t)，对可控器件进行控制，使输出 信号y(t)向误差信号减小的方向变化。
• 经多次循环调整后，输出信号y(t)到达稳定值，误 差信号也不再减小，为一较小的固定值。
图7-2 反馈控制电路组成
• 可控器件的可控制量一般是增益、频率或相位。
• 对应的反馈控制系统分为自动增益控制（AGC）, 自动频率控制（AFC）和自动相位控制（APC）。
• 其中自动相位控制电路通常称为锁相环路（PLL）, 是应用最广的一种反馈控制电路。
• 7.1 从全球定位系统信号跟踪接收谈起 • 为了提高通信和电子系统的性能指标，在发送和
接收设备中广泛采用具有自动调节作用的控制电路。
• 在具有自动调节作用的控制电路中，反馈控制电 路是最经典，使用最多的电路结构。
• 许多运输和通信设备中安装的全球定位系统（GPS） 接收机，为了实现精确定位，就用了多种反馈控制 电路来跟踪和获取所需定位信息。
• 一般选R2C3＝（5～10）／Ωmin。
• 第7章 反馈控制电路 • 本章重点 • 反馈控制电路的组成和自动调节原理； • 自动增益控制电路、自动频率控制电路、锁相
环路的电路组成； • 锁相环路的锁定状态和锁定状态下的剩余相差； • 锁相环路的应用。
• 7.1 从全球定位系统信号跟踪接收谈起 • 7.2 自动增益控制电路 • 7.3 自动频率控制电路 • 7.4 锁相环路 • 7.5 实训
化， • 都要用到反馈控制电路。
• 反馈控制电路为闭合环路，由比较器、控制信号 发生器、可控器件和反馈网络四部分构成，如图7-2 所示。
• 比较器将外加的参考信号r(t)与反馈信号f(t)进行比 较，输出二者的误差信号e(t)，再经过控制信号发生 器产生控制信号c(t)，对可控器件进行控制，使输出 信号y(t)向误差信号减小的方向变化。
• 经多次循环调整后，输出信号y(t)到达稳定值，误 差信号也不再减小，为一较小的固定值。
图7-2 反馈控制电路组成
• 可控器件的可控制量一般是增益、频率或相位。
• 对应的反馈控制系统分为自动增益控制（AGC）, 自动频率控制（AFC）和自动相位控制（APC）。
• 其中自动相位控制电路通常称为锁相环路（PLL）, 是应用最广的一种反馈控制电路。
• 7.1 从全球定位系统信号跟踪接收谈起 • 为了提高通信和电子系统的性能指标，在发送和
接收设备中广泛采用具有自动调节作用的控制电路。
• 在具有自动调节作用的控制电路中，反馈控制电 路是最经典，使用最多的电路结构。
• 许多运输和通信设备中安装的全球定位系统（GPS） 接收机，为了实现精确定位，就用了多种反馈控制 电路来跟踪和获取所需定位信息。
• 一般选R2C3＝（5～10）／Ωmin。
• 第7章 反馈控制电路 • 本章重点 • 反馈控制电路的组成和自动调节原理； • 自动增益控制电路、自动频率控制电路、锁相
环路的电路组成； • 锁相环路的锁定状态和锁定状态下的剩余相差； • 锁相环路的应用。
• 7.1 从全球定位系统信号跟踪接收谈起 • 7.2 自动增益控制电路 • 7.3 自动频率控制电路 • 7.4 锁相环路 • 7.5 实训
第7章 反馈控制电路
然后进行适当放大后与恒定的参考电平UR比较, 产生一个误差信号ue。 控制信号
发生器在这里可看作是一个比例环节, 增益为ｋ1。 若Ux减小而使Uy减小时, 环路
产生的控制信号uc将使增益Ａg增大, 从而使Uy趋于增大。若Ux增大而使Uy增大时, 环路产生的控制信号uc将使增益Ａg减小, 从而使Uy趋于减小。无论何种情况, 通
反馈控制电路
8/5/2020 11:03 AM
第7章 反馈控制电路
无AGC电 路
有AGC电 路
反馈控制电路
平均值
8/5/2020 11:03 AM
第7章 反馈控制电路
平均值式AGC电压产生电路的缺点：
一有外来信号，AGC就立刻起作用，接收机的增益就因
受控而减小，这对提高接收机的灵敏度是不利的，这一点对微
作用, 故称为延迟ＡＧＣ。 “延迟”二字不是指时间上的延迟。
反馈控制电路
8/5/2020 11:03 AM
第7章 反馈控制电路
实现AGC的方法
(1) 改变发射极电流IE
正向AGC 反向AGC
Au0
p1 p2 Yfe g
Y fe
普通晶体管 反向AGC 正向AGC AGC电路
过环路不断地循环反馈, 都应该使输出信号振幅Uy保持基本不变或仅在较小范围 内变化。
反馈控制电路
8/5/2020 11:03 AM
第具7有章 自反动馈控增制益电控路制电路的超外差式接收机方框图如图所示:
检波器的输出信号包含有直流分量和低频交流分量，其中直流电平 的高低直接说明所接受的信号的强弱，而低频分量则反映出输入调幅波的 包络，经RC低通滤波器取出的直流分量经直流放大器放大后就是AGC电 压，去控制混频、高频放大器的增益，︱UAGC︱大，说明输入信号强， 用︱UAGC︱其控制混频、高频放大器的增益使增益减小；︱UAGC︱ 小，说明输入信号弱，用︱UAGC︱其控制混频、高频放大器的增益使 增益增大，达到自动增益控制的目的。
发生器在这里可看作是一个比例环节, 增益为ｋ1。 若Ux减小而使Uy减小时, 环路
产生的控制信号uc将使增益Ａg增大, 从而使Uy趋于增大。若Ux增大而使Uy增大时, 环路产生的控制信号uc将使增益Ａg减小, 从而使Uy趋于减小。无论何种情况, 通
反馈控制电路
8/5/2020 11:03 AM
第7章 反馈控制电路
无AGC电 路
有AGC电 路
反馈控制电路
平均值
8/5/2020 11:03 AM
第7章 反馈控制电路
平均值式AGC电压产生电路的缺点：
一有外来信号，AGC就立刻起作用，接收机的增益就因
受控而减小，这对提高接收机的灵敏度是不利的，这一点对微
作用, 故称为延迟ＡＧＣ。 “延迟”二字不是指时间上的延迟。
反馈控制电路
8/5/2020 11:03 AM
第7章 反馈控制电路
实现AGC的方法
(1) 改变发射极电流IE
正向AGC 反向AGC
Au0
p1 p2 Yfe g
Y fe
普通晶体管 反向AGC 正向AGC AGC电路
过环路不断地循环反馈, 都应该使输出信号振幅Uy保持基本不变或仅在较小范围 内变化。
反馈控制电路
8/5/2020 11:03 AM
第具7有章 自反动馈控增制益电控路制电路的超外差式接收机方框图如图所示:
检波器的输出信号包含有直流分量和低频交流分量，其中直流电平 的高低直接说明所接受的信号的强弱，而低频分量则反映出输入调幅波的 包络，经RC低通滤波器取出的直流分量经直流放大器放大后就是AGC电 压，去控制混频、高频放大器的增益，︱UAGC︱大，说明输入信号强， 用︱UAGC︱其控制混频、高频放大器的增益使增益减小；︱UAGC︱ 小，说明输入信号弱，用︱UAGC︱其控制混频、高频放大器的增益使 增益增大，达到自动增益控制的目的。
反馈控制电路
第7章 反馈控制电路
➢ 反馈控制是现实物理过程中的一个基本现象。反馈 控制方法的采用是为了准确地调整某一个系统或单 元的某些状态参数。
如采用反馈控制方法稳定放大器增益是反馈控制在 电子线路领域最典型的应用之一。
➢ 为稳定系统状态而采用的反馈控制系统是一个负反 馈系统。它由下图所示的三部分组成。
输 入 信 号
7.2.1
➢ 自动频率控制（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,如图7―8所示。
➢ 频率比较器通常是鉴频器，参考频率ωr与鉴频器的 中心角频率ω0相等。
➢ 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
y y0kcuc
(7―3)
➢ 自动频率控制电路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。误差信号是由 鉴频器产生的，它与鉴频器的两个输入信号频率差 成正比，显然达到最后稳定状态时，两个频率不可 能完全相等，必定存在剩余频差：y r 。
r r(s)
频 率 比 较 器ue 低 通 滤 波 器uc 可 控 频 率 器 件 r 输 出
Kp
U e(s)
H (s)
U c(s)
Kc
r(s) 信 号
图7―8 自动频率控制电路的组成
7.2.2 应用
自动频率微调电路（简称AFC电路）
➢ 图7―9是一个调频通信机的AFC系统的方框图。这里
是以固定中频fI作为鉴频器的中心频率,亦作为AFC
0
U im in
Uimax
Ui
图7―5 延迟AGC特性曲线
7.1.3 放大器的增益控制
➢由于高频放大器的谐振增益为：
Au0
p1 p2 Y fe g
➢ 反馈控制是现实物理过程中的一个基本现象。反馈 控制方法的采用是为了准确地调整某一个系统或单 元的某些状态参数。
如采用反馈控制方法稳定放大器增益是反馈控制在 电子线路领域最典型的应用之一。
➢ 为稳定系统状态而采用的反馈控制系统是一个负反 馈系统。它由下图所示的三部分组成。
输 入 信 号
7.2.1
➢ 自动频率控制（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,如图7―8所示。
➢ 频率比较器通常是鉴频器，参考频率ωr与鉴频器的 中心角频率ω0相等。
➢ 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
y y0kcuc
(7―3)
➢ 自动频率控制电路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。误差信号是由 鉴频器产生的，它与鉴频器的两个输入信号频率差 成正比，显然达到最后稳定状态时，两个频率不可 能完全相等，必定存在剩余频差：y r 。
r r(s)
频 率 比 较 器ue 低 通 滤 波 器uc 可 控 频 率 器 件 r 输 出
Kp
U e(s)
H (s)
U c(s)
Kc
r(s) 信 号
图7―8 自动频率控制电路的组成
7.2.2 应用
自动频率微调电路（简称AFC电路）
➢ 图7―9是一个调频通信机的AFC系统的方框图。这里
是以固定中频fI作为鉴频器的中心频率,亦作为AFC
0
U im in
Uimax
Ui
图7―5 延迟AGC特性曲线
7.1.3 放大器的增益控制
➢由于高频放大器的谐振增益为：
Au0
p1 p2 Y fe g
《反馈控制电路》课件
5. 实际搭建电路，测试性 能。
4. 仿真验证，调整参数。
3. 设计控制电路，确定反 馈环路。
01
03 02
实现方法与技巧
实现方法
模拟电路、数字电路、单片机控 制等。
模拟电路
简单、快速，适用于对精度要求不 高的场合。
数字电路
精度高、稳定性好，但实现复杂。
实现方法与技巧
• 单片机控制：集成度高、功能强大、易于编程。
THANKS
通过反馈控制，系统能够快速响应外部干 扰和变化，减小输出信号的误差，提高系 统的响应速度和准确性。
反馈控制电路是实现自动控制的关键技术 之一，广泛应用于各种工业自动化设备和 系统中。
反馈控制电路的应用领域
工业自动化
航空航天
反馈控制电路广泛应用于工业自动化 系统中，如电机控制、温度控制、压 力控制等。
《反馈控制电路》PPT课件
目录
• 反馈控制电路概述 • 反馈控制电路的组成与类型 • 反馈控制电路的设计与实现
目录
• 反馈控制电路的性能优化 • 反馈控制电路的发展趋势与展望
01
反馈控制电路概述
定义与工作原理
定义
反馈控制电路是一种通过检测输出信号并反馈到输入端，与原始输入信号进行 比较，根据比较结果调整输入信号，以实现电路性能优化的控制系统。
执行器
接收控制信号，驱动被控对象改变其状 态。
受控对象
被控制的对象或过程。
类型划分
负反馈控制电路
通过降低输出信号的幅度来减小误差， 提高控制精度。
比例控制电路
控制器输出的控制信号与输入的误差信 号成比例关系。
正反馈控制电路
通过增加输出信号的幅度来扩大误差， 可能导致系统失稳。
反馈 控制电路
自动增益控制电路是一种在输入信号幅值变化很大的情况下.通 过调节可控增益放大器的增益.使输出信号幅值基本恒定或在较小范 围内变化的一种电路.其组成框图如图6-5所示。
6.2.2自动增益控制电路的应用
图6-6所示是具有简单的AGC电路的超外差式收音机的框图。天 线收到的信号经过放大、变频再放大后.进行检波.取出音频信号。此 音频信号的大小将随着输入信号强弱的变化而变化。
第6章反馈控制电路
6.1概述 6.2自动增益控制电路 .3自动频率控制电路 6.4自动相位控制环路 6.5反馈控制电路的制作、调试和检测
6.1概述
6 .1.1自动振幅控制原理
自动振幅控制电路通常称为自动增益控制电路。它主要用于接 收机中.使整机在输入振幅变化时保持输出电压振幅不变。自动振幅 控制电路的被控量是电压振幅.在反馈控制器中必须进行振幅比较.利 用误差量去对输出振幅进行调整。图6-2所示是自动振幅控制电路组 成方框图.可控增益放大器是环路的被控对象.它的输入量ui(不是控制 环路的输入量uR)与输出量uo的关系是
第一节 儿童律动、歌表演、集体舞的创编
三、儿童集体舞 集体舞是一种有多数人表演的舞蹈，是在短小歌曲和乐曲的 伴奏下，按照一定的位置队形，做共同或不同的舞蹈动作的 舞蹈形式，舞蹈时力求动作和谐一致。集体舞的形式通常是 单圈或双圈，也有多圈或三人一组、四人一组。集体舞主要 是培养儿童在音乐伴奏下改换队形，动作整齐协调及表现统 一思想感情的能力，有利于培养儿童集体主义观念。 集体舞是幼儿园舞蹈教学的主要形式之一，具有一定的灵活 性。表演时人数可多可少，通常以班级或小组为单位进行， 或有指定的队形和规定的位置。由于舞蹈动作能够引起儿童 的学习兴趣和情绪，且全体儿童都能有机会参加表演，所以 通过表演集体舞，每个儿童的表演能力都能从中得到发挥和 表现。
6.2.2自动增益控制电路的应用
图6-6所示是具有简单的AGC电路的超外差式收音机的框图。天 线收到的信号经过放大、变频再放大后.进行检波.取出音频信号。此 音频信号的大小将随着输入信号强弱的变化而变化。
第6章反馈控制电路
6.1概述 6.2自动增益控制电路 .3自动频率控制电路 6.4自动相位控制环路 6.5反馈控制电路的制作、调试和检测
6.1概述
6 .1.1自动振幅控制原理
自动振幅控制电路通常称为自动增益控制电路。它主要用于接 收机中.使整机在输入振幅变化时保持输出电压振幅不变。自动振幅 控制电路的被控量是电压振幅.在反馈控制器中必须进行振幅比较.利 用误差量去对输出振幅进行调整。图6-2所示是自动振幅控制电路组 成方框图.可控增益放大器是环路的被控对象.它的输入量ui(不是控制 环路的输入量uR)与输出量uo的关系是
第一节 儿童律动、歌表演、集体舞的创编
三、儿童集体舞 集体舞是一种有多数人表演的舞蹈，是在短小歌曲和乐曲的 伴奏下，按照一定的位置队形，做共同或不同的舞蹈动作的 舞蹈形式，舞蹈时力求动作和谐一致。集体舞的形式通常是 单圈或双圈，也有多圈或三人一组、四人一组。集体舞主要 是培养儿童在音乐伴奏下改换队形，动作整齐协调及表现统 一思想感情的能力，有利于培养儿童集体主义观念。 集体舞是幼儿园舞蹈教学的主要形式之一，具有一定的灵活 性。表演时人数可多可少，通常以班级或小组为单位进行， 或有指定的队形和规定的位置。由于舞蹈动作能够引起儿童 的学习兴趣和情绪，且全体儿童都能有机会参加表演，所以 通过表演集体舞，每个儿童的表演能力都能从中得到发挥和 表现。
第9章反馈控制电路
假设输出信号为：
v ( t ) V cos[ t ( t )] V cos[ ( t )] o om o 0 o om o
统一参考相位：一般两信号的频率是不同的。为了便于 比较，现统一以VCO 的自由振荡相位 o 0 t 为参考 输入信号相位可改写为：
( t ) ( ) t ( t ) t ( t ) 式中：1 i 0 o 0 i 0 i
vFM i
混频器
e
中频 放大器
低通 滤波器
kv
o
压控 振荡器
§6-2 自动相位控制电路（锁相环路PLL）
一、基本组成
鉴相器的输出信号vd(t) 是输入信号vi(t)和压控振荡器输出 信号vo(t)之间相位差的函数。 vd(t)经环路滤波器滤波（也可能包括放大），滤除高频分 量后，成为压控振荡器的控制电压vp(t) 。 在vp(t)的作用下，压控振荡器输出信号的频率将发生相应变 化并反馈到鉴相器。最后进入稳定状态。
( t ) t A v ( t ) dt t ( t )
t o o 0 o 0p o 0 2
▼
时域模型：
v P (t ) v P (t )
Ao
Ao
1
2 (t )
p
2 (t )
p
4、PLL的相位数学模型与环路方程
原理方框图
1 (t )
( t ) ( t ) ( t ) e 1 2
PLL环路的非线性微分方程。
d ( t ) d ( t ) e 1 K H ( p ) sin ( t ) 0 P F e dt dt
d ( t ) d ( t ) e 1 K H ( p ) sin ( t ) 0 讨论： P F e dt dt
v ( t ) V cos[ t ( t )] V cos[ ( t )] o om o 0 o om o
统一参考相位：一般两信号的频率是不同的。为了便于 比较，现统一以VCO 的自由振荡相位 o 0 t 为参考 输入信号相位可改写为：
( t ) ( ) t ( t ) t ( t ) 式中：1 i 0 o 0 i 0 i
vFM i
混频器
e
中频 放大器
低通 滤波器
kv
o
压控 振荡器
§6-2 自动相位控制电路（锁相环路PLL）
一、基本组成
鉴相器的输出信号vd(t) 是输入信号vi(t)和压控振荡器输出 信号vo(t)之间相位差的函数。 vd(t)经环路滤波器滤波（也可能包括放大），滤除高频分 量后，成为压控振荡器的控制电压vp(t) 。 在vp(t)的作用下，压控振荡器输出信号的频率将发生相应变 化并反馈到鉴相器。最后进入稳定状态。
( t ) t A v ( t ) dt t ( t )
t o o 0 o 0p o 0 2
▼
时域模型：
v P (t ) v P (t )
Ao
Ao
1
2 (t )
p
2 (t )
p
4、PLL的相位数学模型与环路方程
原理方框图
1 (t )
( t ) ( t ) ( t ) e 1 2
PLL环路的非线性微分方程。
d ( t ) d ( t ) e 1 K H ( p ) sin ( t ) 0 P F e dt dt
d ( t ) d ( t ) e 1 K H ( p ) sin ( t ) 0 讨论： P F e dt dt
第8章反馈控制电路
式中，τ1=(R1+R2)C， τ2=R2C，R1>> R2。与RC积分滤波器不 同的是，当频率很高时，F(jΩ)|Ω→∞=R2/(R1+R2)是电阻的分压 比，这就是滤波器的比例作用。
第8章 反馈控制电路
无源比例积分滤波器 的频率特性
从相频特性上看，当频率很高时有相位超前校正的作用， 可以 改善环路的稳定性。
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。
后置AGC： AGC处于解调以后，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。
基带AGC: 整个AGC电路均在解调后的基带进行处理。基 带AGC可以用数字处理的方法完成。
第8章 反馈控制电路
三 AGC的性能指标
1. KV（可控放大器的增益）：
y r时，应该减小振荡频率
因为此时uc 0,所以KC为负值
第8章 反馈控制电路
2.鉴频特性
斜率为Kd
第8章 反馈控制电路
3.无偏差的AFC特性 假设低通滤波器的传 输系数为1，即误差电 压等于控制电压
y0 r时
第8章 反馈控制电路
4.有偏差的AFC特性
y0 r时
稳定频差：
1 Kd Kc
ωy=ωy0+Kcuc 其中ωy0是控制信号uc=0时的振荡角频率，称为VCO的固有振 荡角频率，Kc是压控灵敏度。
注意：环路锁定时，ωy固定不变，但是不等于ωr，还有 剩余频差Δω＝|ωy－ωr|，否则无控制信息。
第8章 反馈控制电路
二 AFC电路特性分析
1.VCO的压控特性 y y0 KCuc
说明：1。由于PD的存在，锁相环只对相位进行比较。 2。锁相环是靠剩余相差进行工作（无剩余频差） 3。系统为相位负反馈环路。
第六章反馈控制电路
ve ve
稳态幅差或剩余幅差 Vo mVo mkrv
可控增益越大， A 1Ar Vo m
• 2、应用
（1）.自动电平控制电路Automatic Gain Control，AGC
Vom vr ve 0
v s V im k a v tcw o c tsAve
A0 最大
Vim Vom
高频 放大器
• （2）调频负反馈解调电路
调频输入
Wi
We 混频器
中频 放大器
Wo
压控 振荡器
限幅 鉴频器
低通
解调电压输出
滤波器
调频负反馈解调电路
w iw c w mcc o ts w ow L w mc L o ts
w e (w c w L ) ( w m cw m )c L o t 仍s 为不失真的调频波
Vom min AmV ax im min
Vommax/Vommin
能够在A的变化范围， 满足环路的输出控制 在所要求范围内。
Vom ma x AmV inim max AmaxVimmax/Vimmin
A的控制倍数
A max A min
ve A Vom ve/
接收的灵敏度电压 通常取
Amin Vommax/Vommin ( V om m V a o x m m ) in v e m v a e m x in V om m iv n r V im m in v e m i0 n
o t
wo wi
.
VO
（b）
第二节、锁相环路性能分析
• 一、基本环路方程 • 1、鉴相器 锁相环路中鉴相器的输入信号：输入信号电压和VCO电压Vo
鉴相器作用：检测出两信号的相位差，并产生相应的输出电压Vd（t）
稳态幅差或剩余幅差 Vo mVo mkrv
可控增益越大， A 1Ar Vo m
• 2、应用
（1）.自动电平控制电路Automatic Gain Control，AGC
Vom vr ve 0
v s V im k a v tcw o c tsAve
A0 最大
Vim Vom
高频 放大器
• （2）调频负反馈解调电路
调频输入
Wi
We 混频器
中频 放大器
Wo
压控 振荡器
限幅 鉴频器
低通
解调电压输出
滤波器
调频负反馈解调电路
w iw c w mcc o ts w ow L w mc L o ts
w e (w c w L ) ( w m cw m )c L o t 仍s 为不失真的调频波
Vom min AmV ax im min
Vommax/Vommin
能够在A的变化范围， 满足环路的输出控制 在所要求范围内。
Vom ma x AmV inim max AmaxVimmax/Vimmin
A的控制倍数
A max A min
ve A Vom ve/
接收的灵敏度电压 通常取
Amin Vommax/Vommin ( V om m V a o x m m ) in v e m v a e m x in V om m iv n r V im m in v e m i0 n
o t
wo wi
.
VO
（b）
第二节、锁相环路性能分析
• 一、基本环路方程 • 1、鉴相器 锁相环路中鉴相器的输入信号：输入信号电压和VCO电压Vo
鉴相器作用：检测出两信号的相位差，并产生相应的输出电压Vd（t）
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
捕捉过程：失锁 锁定 跟踪过程：锁定 维持锁定
未加控制电压 (即uD(t) = 0) 时的VCO振荡频率
当 wi 从低频至uD(t)
高频缓慢变化时 O
wd wa
当 wi 从高频至
低频缓慢变化时
失锁 锁 定
wPwo0
捕捉带
wH
同步带
wi wc wb
锁 失锁 定
通常捕捉带小于同步带
7.3.4 集成锁相环路
7.1 自动增益控制电路 7.2 自动频率控制电路 7.3 锁相环路（PLL） 7.4 频率合成器 本章小结
引言
根据需要控制的参量不同，反馈控制电路有： 自动增益控制电路 又称自动电平控制电路，简称AGC，用
于控制输出信号大小。 自动频率控制电路 简称AFC，用于维持工作频率稳定。
自动相位控制电路 简称APC，用于锁定相位，故又称锁相 环路，简称PLL。
当AGC检波器输入 信号幅度大于UR时， AGC 电路才起控 制作用。
7.1.2 增益控制电路
1. 控制晶体管发射极电流实现增益控制 Au gm gm ＝ IE / UT 通常将控制电压 加至基极或发射极
AGC 放大电路
当信号电压↑,使 -UC↓，则IE ↓, gm ↓, Au ↓
2. 差分放大器增益控制电路
7.2.1 工作原理
当 fr = fo时， uD(t) = 0 ，fo不变
当 fr ≠ fo时，uD(t) 正比于 （ fo – fr )，得uc(t)控制 fo向 fr 接近
经若干调节周期，环路最后锁定在 fo = fr + 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。 鉴频特性和压控振荡器压控特性的灵敏度越大，则 f 越小。
环路锁定时的相位误差e(t) 是一个固定值，用e∝ 表示，称为
剩余相位误差或稳态相位误差。正是这个稳态相位误差，才使 鉴相器输出一个直流电压，控制压控振荡器的振荡角频率，使 之等于输入信号角频率。
环路锁定时，Δωi 增大，e∝ 也相应增大。说明Δωi 越大，将
VCO 振荡角频率调整到等于输入信号角频率所需的控制电压越
PDⅡ采用数字式鉴频鉴相器，输入信号只在上。升沿起作用， 故该PD能处理非常窄的脉冲。便于快速锁定。
通常输入信噪比以及固有频差较小时采用PD， 输入信噪比较高或固有频差较大时，采用1 、R2、C 确定VCO 频率范围。R1 控制最高频率，R2 控制 最低频率。 R2=∞ 时，最低频率为零。无输入信号时， PDⅡ 将VCO 调整到最低频率
压控振荡器（VCO）：在uC(t) 控制下输出相应频率 fo。
两个正弦信号的频率和相位之间的关系
若能保证两个信号之间的相位差恒定，则 这两个信号的频率必相等。
若wi ≠wo，则ui(t) 和uo(t) 之间产生相位变化 ，鉴相器输出误
差电压uD(t) ，它与瞬时误差相位成正比，经过环路滤波，滤 除了高频分量和噪声而取出缓慢变化的电压uc(t) ，控制VCO
大，因而产生这个控制电压的e∝ 也就越大。但Δωi 过大，环路 将无法锁定，此时环路将不存在使它锁定的e∝ 。
7.3.3 锁相环路捕捉与跟踪
由失锁进入锁定的过程称为捕捉过程。能够由失锁进入锁定 的最大输入固有频差称为环路捕捉带，用Δωp表示。
若环路初始状态是锁定的，因某种原因使频率发生变化，环 路通过自身的调节来维持锁定的过程称为跟踪过程。能够保 持跟踪的输入信号频率与压控振荡器频率最大频差范围称为 同步带（又称跟踪带），用ΔωH表示。
图（b）电路的传递函数为
AF
(s)
UC UD
(s) (s)
R2
1 sC
R1
R2
1 sC
1 sτ 2 1 s(τ1 τ 2 )
τ1 R1C τ 2 R2C
环路滤波器的电路模型
将AF(s) 中的复频率s 用
微分算子p 替换，可得 uc (t ) AF ( p)uD (t )
四、PLL的相位模型和基本方程
按电路构成分类 模拟PLL：模拟PD LF VCO 数字PLL：全数字：数字PD 数字LF 数字VCO
模拟+ 数字：数字PD 模拟 LF 模拟VCO
按用途分类 通用 PLL 专用 PLL
一、通用型单片集成锁相环路L562
内部结构
工作频率达30MHz
引脚
L562内部VCO 采用射极耦合多谐振荡器电路
设鉴相器具有正弦鉴相特性，则
uD (t) Ad sine (t)
二、压控振荡器(VCO)
在uc = 0 附近，控制特性近似线性：
wo (t) wo0 Aouc (t)
Ao是控制灵敏度（增益系数），
单位 rad /(s V )
t
t
(t ) 0 w o (t )dt w o0 Ao 0 uc (t )dt
7.3.5 锁相环路的应用
一、锁相环路的基本特性
（1） 环路锁定时，鉴相器的两个输入信号频率相等， 没有频率误差。
（2） 频率跟踪特性：环路锁定时，VCO 输出频率能 在一定范围内跟踪输入信号频率的变化。
（3） 窄带滤波特性：可以实现高频窄带带通滤波。
二、锁相鉴频电路
工作原理：输入为调频信号，当环路锁定后，压控振荡器的振 荡频率就精确地跟踪输入调频信号的瞬时频率而变化，产生具 有相同调制规律的调频信号。只要压控振荡器的频率控制特性 是线性的，压控振荡器的控制电压uc(t) 就是输入调频信号的原 调制信号。 要求：捕捉带 ＞ 输入调频信号的最大频偏
的角频率 wo ，去接近wi 。 最终使 wi = wo ，相位误差为常数，环路锁定，这时的相位误
差称为剩余相位误差或稳态相位误差。
7.3.2 锁相环路的数学
模型
一、鉴相器(PD)
设压控振荡器的输出电压为 uo (t ) Uom c oswo0t o (t )
ωo0 是压控振荡器未加控制电压时固有振荡角频率；
7.3 锁相环路（PLL） 主要要求：
掌握PLL的作用、基本组成和工作原理 了解PLL的数学模型 了解PLL的捕捉与跟踪 了解集成PLL及其应用
7.3.1 锁相环路基本 原理
鉴相器（PD）：用以比较ui、 uo相位， 输出反映相位误差
的电压uD(t)。 环路滤波器（LF）：用以滤除误差信号中的高频分量和噪 声，提高系统稳定性。
p i (t)
d i (t)
dt
wi (t) wi
wo0
称输入固有角频差，表示输入信号角频率ωi 偏离ωo0的数值。
we (t) wo (t) wi (t)
可见：锁相环路闭合后的任何时刻，瞬时角频差Δωe(t)与控制 角频差Δωo(t)之和恒等于输入固有角频差Δωi(t)
若输入固有角频差Δωi(t) =Δωi为常数，即ui(t) 为恒定频率的输入 信号，则在环路进入锁定过程中，瞬时角频差Δωe(t)不断减小， 而控制角频差Δωo(t)不断增大，两者之和恒等于Δωi，直到瞬时 角频差减小到零，控制角频差增大到Δωi ，压控振荡器的振荡角 频率ωo等于输入信号角频率ωi 时，环路进入锁定。
以ωo0为参考的瞬时相位o(t) 为
VCO的控制特性
o (t ) Ao
t
0 uc (t )dt
可见压控振荡器是一个理想的积分器
VCO的相位模型
将积分符号用微分算子p=d/dt 的 倒数表示，则得
o (t)
Ao p
uc (t)
三、环路滤波器(LF)
RC 积分滤波器 RC 比例积分滤波器
有源比例积分滤波器
p e (t )
de (t)
dt
we (t)
wi
wo
称瞬时角频差，表示VCO 角频率ωo 偏离输入角频率ωi 的数值
Ad Ao AF ( p) s in e (t ) wo (t ) wo wo0
称控制角频差，表示压控振荡器在 uc(t)=AdAF(p)sin[e(t)] 的作
用下，产生振荡角频率ωo 偏离ωo0的数值。
环路带宽大于输入调频信号中调制信号的频谱宽度。
三、调幅波的同步检波
有p/2固定相移
工作原理：输入为调幅信号或带有导频的单边带信号，LF的 通频带很窄，使锁相环路锁定在调幅信号的载频上，这样压 控振荡器就可以提供能跟踪调幅信号载波频率变化的同步信 号。再利用同步检波器可以得到解调电压输出。
注意：压控振荡器输出电压与输入已调信号的载波电压间有 p/2的固定相移，因此须经过p/2的移相器加到同步检波器上， 这样才能使VCO输出电压与已调信号的载波电压同相。
7.1 自动增益控制电路
主要要求：
了解自动增益控制电路的组成、工作原理和应用。 了解常用增益控制电路。
7.1.1 自动增益控制电路 的作用
一、AGC的组成、工作原理与作用
作用：通过闭合环路的反馈控制作用，可使输入信号ui 幅度增 大或减小时，输出信号幅度保持恒定或仅在很小的范围内变化
二、AGC的应用
锁相环路相位模型
环路的基本方程式为
e (t)
i (t)
o (t)
i (t)
Ad AF ( p)
Ao p
sine (t)
两边对t 求导数并移项，得
pe (t) Ad Ao AF ( p) sine (t) pi (t)
pe (t) Ad Ao AF ( p) sine (t) pi (t)
设起始时V1导通、 V2截止，则VCC通 过V3 、 V1向C充电，充电电流为I02 。 由于V1导通时UE1≡ VCC –UBE(on) ，故 C充电使UE2下降，当其下降到（ VCC – UD–UBE(on) ）时， V2导通,使UC2由 VCC下降为 （ VCC – UD），致使V1截 止， VCC通过V4、 V2向C反向充电， 充电电流为I01 ，使UE1下降，直到引 起V1重新导通、 V2又截止。如此循环
未加控制电压 (即uD(t) = 0) 时的VCO振荡频率
当 wi 从低频至uD(t)
高频缓慢变化时 O
wd wa
当 wi 从高频至
低频缓慢变化时
失锁 锁 定
wPwo0
捕捉带
wH
同步带
wi wc wb
锁 失锁 定
通常捕捉带小于同步带
7.3.4 集成锁相环路
7.1 自动增益控制电路 7.2 自动频率控制电路 7.3 锁相环路（PLL） 7.4 频率合成器 本章小结
引言
根据需要控制的参量不同，反馈控制电路有： 自动增益控制电路 又称自动电平控制电路，简称AGC，用
于控制输出信号大小。 自动频率控制电路 简称AFC，用于维持工作频率稳定。
自动相位控制电路 简称APC，用于锁定相位，故又称锁相 环路，简称PLL。
当AGC检波器输入 信号幅度大于UR时， AGC 电路才起控 制作用。
7.1.2 增益控制电路
1. 控制晶体管发射极电流实现增益控制 Au gm gm ＝ IE / UT 通常将控制电压 加至基极或发射极
AGC 放大电路
当信号电压↑,使 -UC↓，则IE ↓, gm ↓, Au ↓
2. 差分放大器增益控制电路
7.2.1 工作原理
当 fr = fo时， uD(t) = 0 ，fo不变
当 fr ≠ fo时，uD(t) 正比于 （ fo – fr )，得uc(t)控制 fo向 fr 接近
经若干调节周期，环路最后锁定在 fo = fr + 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。 鉴频特性和压控振荡器压控特性的灵敏度越大，则 f 越小。
环路锁定时的相位误差e(t) 是一个固定值，用e∝ 表示，称为
剩余相位误差或稳态相位误差。正是这个稳态相位误差，才使 鉴相器输出一个直流电压，控制压控振荡器的振荡角频率，使 之等于输入信号角频率。
环路锁定时，Δωi 增大，e∝ 也相应增大。说明Δωi 越大，将
VCO 振荡角频率调整到等于输入信号角频率所需的控制电压越
PDⅡ采用数字式鉴频鉴相器，输入信号只在上。升沿起作用， 故该PD能处理非常窄的脉冲。便于快速锁定。
通常输入信噪比以及固有频差较小时采用PD， 输入信噪比较高或固有频差较大时，采用1 、R2、C 确定VCO 频率范围。R1 控制最高频率，R2 控制 最低频率。 R2=∞ 时，最低频率为零。无输入信号时， PDⅡ 将VCO 调整到最低频率
压控振荡器（VCO）：在uC(t) 控制下输出相应频率 fo。
两个正弦信号的频率和相位之间的关系
若能保证两个信号之间的相位差恒定，则 这两个信号的频率必相等。
若wi ≠wo，则ui(t) 和uo(t) 之间产生相位变化 ，鉴相器输出误
差电压uD(t) ，它与瞬时误差相位成正比，经过环路滤波，滤 除了高频分量和噪声而取出缓慢变化的电压uc(t) ，控制VCO
大，因而产生这个控制电压的e∝ 也就越大。但Δωi 过大，环路 将无法锁定，此时环路将不存在使它锁定的e∝ 。
7.3.3 锁相环路捕捉与跟踪
由失锁进入锁定的过程称为捕捉过程。能够由失锁进入锁定 的最大输入固有频差称为环路捕捉带，用Δωp表示。
若环路初始状态是锁定的，因某种原因使频率发生变化，环 路通过自身的调节来维持锁定的过程称为跟踪过程。能够保 持跟踪的输入信号频率与压控振荡器频率最大频差范围称为 同步带（又称跟踪带），用ΔωH表示。
图（b）电路的传递函数为
AF
(s)
UC UD
(s) (s)
R2
1 sC
R1
R2
1 sC
1 sτ 2 1 s(τ1 τ 2 )
τ1 R1C τ 2 R2C
环路滤波器的电路模型
将AF(s) 中的复频率s 用
微分算子p 替换，可得 uc (t ) AF ( p)uD (t )
四、PLL的相位模型和基本方程
按电路构成分类 模拟PLL：模拟PD LF VCO 数字PLL：全数字：数字PD 数字LF 数字VCO
模拟+ 数字：数字PD 模拟 LF 模拟VCO
按用途分类 通用 PLL 专用 PLL
一、通用型单片集成锁相环路L562
内部结构
工作频率达30MHz
引脚
L562内部VCO 采用射极耦合多谐振荡器电路
设鉴相器具有正弦鉴相特性，则
uD (t) Ad sine (t)
二、压控振荡器(VCO)
在uc = 0 附近，控制特性近似线性：
wo (t) wo0 Aouc (t)
Ao是控制灵敏度（增益系数），
单位 rad /(s V )
t
t
(t ) 0 w o (t )dt w o0 Ao 0 uc (t )dt
7.3.5 锁相环路的应用
一、锁相环路的基本特性
（1） 环路锁定时，鉴相器的两个输入信号频率相等， 没有频率误差。
（2） 频率跟踪特性：环路锁定时，VCO 输出频率能 在一定范围内跟踪输入信号频率的变化。
（3） 窄带滤波特性：可以实现高频窄带带通滤波。
二、锁相鉴频电路
工作原理：输入为调频信号，当环路锁定后，压控振荡器的振 荡频率就精确地跟踪输入调频信号的瞬时频率而变化，产生具 有相同调制规律的调频信号。只要压控振荡器的频率控制特性 是线性的，压控振荡器的控制电压uc(t) 就是输入调频信号的原 调制信号。 要求：捕捉带 ＞ 输入调频信号的最大频偏
的角频率 wo ，去接近wi 。 最终使 wi = wo ，相位误差为常数，环路锁定，这时的相位误
差称为剩余相位误差或稳态相位误差。
7.3.2 锁相环路的数学
模型
一、鉴相器(PD)
设压控振荡器的输出电压为 uo (t ) Uom c oswo0t o (t )
ωo0 是压控振荡器未加控制电压时固有振荡角频率；
7.3 锁相环路（PLL） 主要要求：
掌握PLL的作用、基本组成和工作原理 了解PLL的数学模型 了解PLL的捕捉与跟踪 了解集成PLL及其应用
7.3.1 锁相环路基本 原理
鉴相器（PD）：用以比较ui、 uo相位， 输出反映相位误差
的电压uD(t)。 环路滤波器（LF）：用以滤除误差信号中的高频分量和噪 声，提高系统稳定性。
p i (t)
d i (t)
dt
wi (t) wi
wo0
称输入固有角频差，表示输入信号角频率ωi 偏离ωo0的数值。
we (t) wo (t) wi (t)
可见：锁相环路闭合后的任何时刻，瞬时角频差Δωe(t)与控制 角频差Δωo(t)之和恒等于输入固有角频差Δωi(t)
若输入固有角频差Δωi(t) =Δωi为常数，即ui(t) 为恒定频率的输入 信号，则在环路进入锁定过程中，瞬时角频差Δωe(t)不断减小， 而控制角频差Δωo(t)不断增大，两者之和恒等于Δωi，直到瞬时 角频差减小到零，控制角频差增大到Δωi ，压控振荡器的振荡角 频率ωo等于输入信号角频率ωi 时，环路进入锁定。
以ωo0为参考的瞬时相位o(t) 为
VCO的控制特性
o (t ) Ao
t
0 uc (t )dt
可见压控振荡器是一个理想的积分器
VCO的相位模型
将积分符号用微分算子p=d/dt 的 倒数表示，则得
o (t)
Ao p
uc (t)
三、环路滤波器(LF)
RC 积分滤波器 RC 比例积分滤波器
有源比例积分滤波器
p e (t )
de (t)
dt
we (t)
wi
wo
称瞬时角频差，表示VCO 角频率ωo 偏离输入角频率ωi 的数值
Ad Ao AF ( p) s in e (t ) wo (t ) wo wo0
称控制角频差，表示压控振荡器在 uc(t)=AdAF(p)sin[e(t)] 的作
用下，产生振荡角频率ωo 偏离ωo0的数值。
环路带宽大于输入调频信号中调制信号的频谱宽度。
三、调幅波的同步检波
有p/2固定相移
工作原理：输入为调幅信号或带有导频的单边带信号，LF的 通频带很窄，使锁相环路锁定在调幅信号的载频上，这样压 控振荡器就可以提供能跟踪调幅信号载波频率变化的同步信 号。再利用同步检波器可以得到解调电压输出。
注意：压控振荡器输出电压与输入已调信号的载波电压间有 p/2的固定相移，因此须经过p/2的移相器加到同步检波器上， 这样才能使VCO输出电压与已调信号的载波电压同相。
7.1 自动增益控制电路
主要要求：
了解自动增益控制电路的组成、工作原理和应用。 了解常用增益控制电路。
7.1.1 自动增益控制电路 的作用
一、AGC的组成、工作原理与作用
作用：通过闭合环路的反馈控制作用，可使输入信号ui 幅度增 大或减小时，输出信号幅度保持恒定或仅在很小的范围内变化
二、AGC的应用
锁相环路相位模型
环路的基本方程式为
e (t)
i (t)
o (t)
i (t)
Ad AF ( p)
Ao p
sine (t)
两边对t 求导数并移项，得
pe (t) Ad Ao AF ( p) sine (t) pi (t)
pe (t) Ad Ao AF ( p) sine (t) pi (t)
设起始时V1导通、 V2截止，则VCC通 过V3 、 V1向C充电，充电电流为I02 。 由于V1导通时UE1≡ VCC –UBE(on) ，故 C充电使UE2下降，当其下降到（ VCC – UD–UBE(on) ）时， V2导通,使UC2由 VCC下降为 （ VCC – UD），致使V1截 止， VCC通过V4、 V2向C反向充电， 充电电流为I01 ，使UE1下降，直到引 起V1重新导通、 V2又截止。如此循环