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1、第八章锁相环电路第八章锁相环电路8.1概述8.2锁相环电路的基本原理8.3集成锁相环电路8.4锁相环电路的应用8.5锁相频率合成器8.7章末小结8.6锁相环电路的选用与实例介绍第八章锁相环电路8.1概述AFC电路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。这是一个不可克服的缺点。锁相环路也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
2、踪。第八章锁相环电路8.2.1数学模型锁相环路主要由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器三部分组成，被控参量是相位。锁相环路的组成8.2锁相环电路的基本原理锁相环路的基本原理第八章锁相环电路1.鉴相器所以，输出误差电压为：鉴相器模型及特性曲线第八章锁相环电路2.环路滤波器环路滤波器是一个低通滤波器，其作用是滤除鉴相器输出电流中的无用组合频率分量及其他干扰分量，以保证环路所要求的性能，并提高环路的稳定性。设环路滤波器的传递函数为H(s)，则有：将H(s)中的s用微分算子p=ddt替换，可以写出对应的微分方程：环路滤波器数学模型及电路第八章锁相环电路3.压控振荡器线性关系：VCO输出信号uy(t)的相位
3、：压控振荡器调频特性及数学模型第八章锁相环电路4.环路相位模型统一方程式：锁相环路相位模型对两边微分：上式称为基本环路方程。第八章锁相环电路8.2.2跟踪过程与捕捉过程分析1.环路的跟踪过程在环路锁定之后，若输入信号频率发生变化，产生了瞬时频差，从而使瞬时相差发生变化，则环路将及时调节误差电压去控制VCO，使VCO输入信号频率随之变化，即产生新的控制频差，使VCO输入频率及时跟踪输入信号频率。当控制频差等于固有频差时，瞬时频差再次为零，继续维持锁定这就是跟踪过程。在锁定后能够继续维持锁定所允许的最大固有角频差(或)称为跟踪或同步带。第八章锁相环电路2.环路的捕捉过程环路由失锁状态进入锁定状态的
4、过程称为捕捉过程。捕捉过程中ue(t)的波形变化锁相环路的线性化相位模型第八章锁相环电路当环路处于跟踪状态时，只要|e(t)|6，则有sine(t)e(t)，可认为环路处于线性跟踪状态。基本环路方程可写为：对其求拉氏变换，得到：闭环传递函数为：误差传递函数为：第八章锁相环电路环路的捕捉、跟踪与锁定第八章锁相环电路8.3集成锁相环电路概述集成锁相环路的特点是不用电感线圈，依靠调节环路滤波器和环路增益，可对输入信号的频率和相位进行自动跟踪，对噪声进行窄带过滤，现以成为继运算放大器之后第二种通用的集成器件。集成锁相环路有两大类，一类是主要由模拟电路组成的模拟锁相环，另一类是主要由数字电路组成的数字锁
5、相环。每一类按其用途又可分成通用型和专用型。第八章锁相环电路1.射极耦合多谐振荡器射极耦合多谐振荡器电路电路图与波形图第八章锁相环电路2.L562集成锁相环电路8.4锁相环电路的应用概述锁相环路主要的优良性能和应用领域如下：(1)良好的频率跟踪特性。(2)相位锁定时无剩余频差。(3)良好的低门限特性。第八章锁相环电路1.锁相倍频、分频和混频锁相倍频电路的组成锁相混频电路的组成第八章锁相环电路2.锁相调频与鉴频锁相直接调频电路的组成锁相鉴频电路的组成第八章锁相环电路设输入调频信号为：调节VCO中心角频率y0，使y0=c，则有：因为所以第八章锁相环电路uc(t)经拉氏变换为：又可写成：取拉氏反变换
6、，得到：请看例题第八章锁相环电路8.5锁相频率合成输出角频率为：频率转换时间的经验公式为：单环频率合成器的组成第八章锁相环电路例8.7图示是一个双环频率合成器，由两个锁相环和一个混频滤波电路组成。两个参考频率fr1=1kHz，fr2=100kHz。可变分频器的分频比范围分别为n1=1000011000，n2=7201000。固定分频器的分频比n3=10。求输出频率fy的频率调节范围和步长(即频率间隔)。第八章锁相环电路解：环路是锁相倍频电路。输出频率f01=n1fr1f01经过n3固定分频后，输出f02经过n3可变分频后，输出设混频器输出端用带通滤波器取出和频信号，则有第八章锁相环电路环路也是
7、锁相倍频电路，所以输出频率由上式可见，输出合成频率fy由两部分之和组成。前一部分n2fr2调节范围为72MHz100MHz，频率间隔0.1MHz，后一部分n1fr1n3的调节范围为1MHz1.1MHz，频率间隔100Hz。所以，fy的总调节范围为73MHz101.1MHz，步长为100Hz，总频率数为281000个。环路的输入参考频率为1kHz，环路的输入参考频率为101101.53kHz，则可求的最大转换时间为25ms。第八章锁相环电路锁相环电路实际应用（举例）1、锁相环在空间技术中的应用第八章锁相环电路2、锁相环在稳频技术中的应用第八章锁相环电路8.6集成锁相环路的选用与实例介绍请参考书中
8、：P216P218。第八章锁相环电路8.7章末小结(1)反馈控制电路是一个闭环负反馈系统，它可以获取输入信号动态范围的扩大(AGC)，输出信号的稳定(AFC和PLL)以及其他一些性能良好的电路功能。(2)AGC电路、AFC电路和PLL电路的被控参量分别是信号的电平、频率和相位，在组成上分别采用电平比较器、鉴频器和鉴相器取出误差信号，然后分别控制放大器的增益、VCO的振荡频率和相位，分别使输出信号的电平、频率和相位稳定在一个预先规定的参量上，或者跟踪参考信号的变化。第八章锁相环电路(3)AGC、AFC和PLL电路中环路带宽的设计是非常重要的。(4)在分析和设计反馈控制电路时，应选择正确的被控参量
9、，画出原理方框图。(5)目前实用的反馈控制电路大都已经集成化，仅需外接少量元件即可组成，实现比较简单。(6)锁相环路作为一种无频差的反馈控制电路，且又易于集成，在实际应用上以日益广泛。课后作业：习题8.1、8.3、8.4、8.7第八章锁相环电路例8.1某接收机输出信号振幅的动态范围是62dB，输出信号振幅限定的变化范围为30%。若单级放大器的增益控制倍数为20dB，需要多少级AGC电路才能满足要求？解：第八章锁相环电路所以，需要三级AGC电路。第八章锁相环电路例8.2在图示AGC电路方框图中，ux和uy分别是输出和输入信号，参考信号UR=1V，可控增益放大器的增益Ag(uc)=1+0.3uc，
10、即理想的要求是增益为1。若输入信号振幅Ux变化范围为1.5dB时，要求输出信号振幅Uy变化范围限制在0.05dB以内，试求直流放大器增益k1的最小值应是多少？第八章锁相环电路解：由图示方框图可写出有关参量之间的关系式。因为又所以代入已知数据，可求得：第八章锁相环电路由AGC原理可知，Uy随Ux的增大(或减小)而增大(或减小)。所以，当Ux变化+1.5dB时，要求Uy变化不超过+0.05dB，转换成倍数，分别为1.189和1.006。这时：当Ux变化-1.5dB时，要求Uy变化不超过-0.05dB，转换成倍数，分别为0.841和0.994。这时：如果要求同时满足以上两个条件，则要求k1101。第
11、八章锁相环电路例8.6图示为锁相环鉴频电路。已知kb=250mVrad，kc=50103radsV，k1=40，有源低通滤波器的参数R1=17.7k，R2=0.94k，C=0.03F。若环路输入调频信号为ui(t)=Umsinct+10sin(2103t)，求放大器输出1kHz单频调制信号的电压振幅。第八章锁相环电路解：图示有源低通滤波器又称为有源理想积分滤波器，其传递函数：其中，1=R1C，2=R2C，代入R1，R2，C的数据，可求得：闭环传递函数：有第八章锁相环电路将T(s)转换成T(j)，取调制信号角频率2103rad，则可求得1kHz频率处的幅频特性值：T(j2103)1。上式说明，对于1kHz的调制信号，该锁相环闭环传递函数的幅值近似为1，相位近似为零。放大器输出电压uc(t)即为解调信号，有又所以所求电压振幅Ucm=0.4V。
