高频电子电路8.2

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1、8.6 锁相环的典型应用 1、锁相倍频 在锁相环路的反馈通道中插入分频器就可构成锁 相倍频电路。如下图所示： i(t)PD LFVCOvi(t)vo(t)o(t)o(t)/N当环路锁定时，鉴相器两输入信号频率相等。 即有：式中N为分频器的倍频比。 返回 继续2、锁相分频 ：在锁相环路中插入倍频器就可构成锁相分频电路 。如下图所示： i(t)PDLFVCOvi(t)vo(t) o(t)No(t)当环路锁定时 ： 式中N为倍频器的倍频次数。 继续返回3、锁相混频器 设混频器的本振信号频率为L ，在Lo时混 频器的输出频率为（L-o），经差频放大器后加到 鉴相器上。 当环路锁定时 继续o(t)i(t

2、)L(t)PD LFVCOvi(t)vo(t)|L(t)-o(t)|混频差频放大返回4、频率合成器 频率合成器是利用一个标准信号源的频率来产生一 系列所需频率的技术。锁相环路加上一些辅助电路后 ，就能容易地对一个标准频率进行加、减、乘、除运 算而产生所需的频率信号，且合成后的信号频率与标 准信号频率具有相同的长期频率稳定度及具有较好的 频率纯度，如果结合单片微机技术，可实现自动选频 和频率扫描。 锁相式单环频率合成器基本组成如下图所示： PD LFVCO vi(t)vo(t)fi(t)fo(t)fo(t)/N晶振fi(t)/M继续返回当环路锁定后，鉴相器两路输入频率相等即： 当N改变时，输出信

3、号频率相应为fi 的整数倍变化。 环C例：下图为三环式频率合成器方框图已知 ： 求输出信号频率范围及频率间隔 环A环BPDLFVCOfi(t)fA(t)fA(t)/NAPDLFVCOfi(t)fB(t)fA(t)/NBPDLFVCO混频带通fo(t)fc(t)fo-fB继续休息1休息2返回解： 而 而环路C为混频环， 即当环路锁定时： 有 当NA=300，NB=351时 ， 当NA=301，NB=351时 ， 因此频率间隔： PDLFVCOfi(t)fA(t)fA(t)/NAPDLFVCOfi(t)fB(t)fB(t)/NBPDLFVCO混频带通fo(t)fc(t)fo-fB继续返回而当 =3

4、99， =397时输出频率最高。 所以，合成器的频率范围为：（35.440.099）MHz5、锁相环调频电路 普通的直接调频电路中，振荡器的中心频率稳定度较差，而 锁相调频电路能得到中心频率稳定度很高的调频信号,锁相环调 频电路如下图所示。环路滤波器的带宽必须很窄，截至频率应小 于调制信号的频率。 fi(t)晶振PD LF VCOfo(t)调频波f(t)调制信号+当调制信号为锯齿波时，可输出扫频信号。当调制信号为 数字脉冲时，可产生移频键控调制（FSK信号） 调制信号作为VCO控制电压的一部分使其频率产生相应的 变化，由此在输出端得到已调频信号。 继续返回6、锁相解调电路 (1)、调频波解调

5、下图是用锁相环实现调频波解调的原理框图。 如果将环路的频带设计的足够宽，使环路捕捉带大于调频 波的最大频偏，利用锁相环的跟踪特性，可以使VCO的振荡 频率跟踪输入调频波的瞬时频率。如果VCO的电压-频率特性 是线形的，则加到VCO的控制电压的变化规律必与调频波的 瞬时频率变化规律相同，因此在LF的输出端可获得不失真的 解调输出。调频波锁相解调的优点是解调门限值比普通鉴相 器低45dB。PDLFVCOVFM(t)调频波V(t)调制信号继续返回(2)、AM信号的同步检波 下图是用锁相环实现AM信号同步检波的原理框图。 PD LF VCOVAM(t)调幅波V(t)调制信号/2 移项同步检波当环路工作

6、在载波跟踪状态时，VCO输出频率与环路 输入已调信号的载波相同，但存在/2的固定相移。 因此，经过/2移项后变成与输入已调信号的载频相 同的信号。将它与输入已调信号共同加到同步检波器就 能得到解调信号输出。 继续返回BG322、X38、CD4046、MC1404b。补充：单片集成锁相环电路模拟锁相环路： NE560、NE561、562、565 L562、L564、SL565、KD801、 KD802、KD8041等。 数字锁相环路： 一、NE562 NE562（国内同类产品L562、KD801、KD8041）是目前广 泛应用的一种多功能单片锁相环路。 1NE562组成框图 NE562是最高工作

7、频率可达30MHz的通用型集成锁相环。 继续返回定时电容CrPDLF限幅VCOA1A2A312111523415678910131416Vcc外接环路滤波 器RC元件去加重-VEE跟踪 范围偏压 输出FM 解调 输出VCO 输出反馈 信号输入信号输入NE562123456789101112131415 16PD（鉴相器）：采用双平衡模拟乘法器 LF：13、14脚可外接RC元件构成环路滤波器。 VCO：是射极定时的压控多谐振荡器，定时电容由5、6脚外 接电容。 限幅器：是与VCO串接的一级控制电路，7脚注入电流的大 小可以控制环路的跟踪范围。 放大器A1、A2、A3：作为隔离，缓冲放大器，10脚

8、用于外接去 加重电容 。当环路用于解调时，A1，A2的放大作用可以提高9 脚输出的解调信号的电平值。既可以保证VCO的频稳度，又放 大了VCO的输出电压，使3、4脚输出的电压幅度增大到约4.5V ，以满足PD对VCO信号电压幅度的要求。 11，12脚：外接输入信号。 VCO输出3、4脚与PD的反馈信号输入端2、15脚之间，可外 接其它部件以发挥多功能作用。 继续休息1 休息2返回2NE562的使用说明 (1) 输入信号从11、12脚输入时，应采用电容耦合，以避免 影响输入端的直流电位，要求容抗 输入电阻（2K ）。 可以双端输入，也可单端输入，单端输入时，另一端应 交流接地，以提高PD增益。

9、(2)环路滤波的设计 NE562常用的环路滤波器有下图所示的四种形式： NE562RCRCCfCf1314NE562RCRCCf1314CfNE562RCRCCf1314 RfRfNE562RCRCCf1314Rf继续PDLF限幅VCOA1A2A312111523415678910131416Vcc外接环路滤波 器RC元件去加重-VEE跟踪 范围偏压 输出FM 解调 输出VCO 输出反馈 信号输入信号输入返回13、14脚的外接电路与NE562内部的PD负载电阻Rc共同构 成积分滤波器。 一般已知Rc=6 K , 通常选在50200 之间，根据所要 求设计的环路滤波器截至频率 可计算出 值： 对

10、图 (a): 对图 (b): 对图(c): 对图(d): NE562RCRCCfCf1314NE562RCRCCf1314CfNE562RCRCCf1314 RfRfNE562RCRCCf1314Rf继续返回(3)VCO的输出方式与频率调整 1VOC信号输出端3、4脚与地之间应当接上数值相等的射极 电阻，阻值一般为212 K ,使内部射极输出器的平均电流不 超过4mA. 2当VCO输出需与逻辑电路连接时，必须外接电平移动电 路，使VCO输出端12V的直流电平移到某一低电平值上，并 使输出方波符合逻辑电平要求，工作频率可达到20MHz。 图（a）为实用的单端输出，图（b）为实用的双端驱 动的电平

11、移动电路，NE56234图（a）5v输出到 逻辑电 平NE5623416图（b）5v18v输出到 逻辑电 平继续返回3VCO的频率及其跟踪范围能调整与控制。VCO频率的调 整，除采用直接调节与定时电容并联的微变电容外，还有 如下图所示的方法： NE562568RRCTEA图(a)图(a) 电路的VCO的工 作频率为： 其中 V时VCO的为 固有振荡频率，改变 值，振荡频率相对变化。 NE56256810K10KCT图(b)NE56256810K10KCT5K 图(c)图(b)、(c)，可将VCO频率扩展 到30MHz以上，（c）可用外接 电位器 微调频率。 继续返回(4)PD的反馈输入与环路增

12、益控制方式 PD的反馈输入方式一般采用单端输入工作方式，如右图 所示，1脚的+7.7V电压经R（2 K）分别加到反馈输入端2、15 脚作为IC内部电路基极的偏压，而且1脚到地接旁路电容，反 馈信号从VCO的3脚输出，并经分压电阻取样后，通过耦合电 容加到2脚构成闭环系统。 环路增益还普遍采用在13 、14脚并接电阻 的方式， 此时的环路总增益为： 的单位为 可以抵消因上升而使 过大造成 的工作不稳定性。 NE562 11523CCCB77VR2kR2kR111kR21k继续返回(5)解调输出方式 当NE562用作FM信号的解调时，解调信号由脚输出， 此时脚需外接一个电阻到地（或负电源）作为NE

13、562内部电 路的射极负载，电阻数值要合适（常取15k）以确保内部射极 输出电流不超过5mA，另外脚应外加重电容。 PDLF限幅VCOA1A2A312111523415678910131416Vcc外接环路滤波 器RC元件去加重-VEE跟踪 范围偏压 输出FM 解调 输出VCO 输出反馈 信号输入信号输入继续返回3、NE562应用实例NE562内部限幅器集电极电流受7脚外接电路的控制，一般7 脚注入电流增加，则内部限幅器集电流减少，VCO跟踪范围小 ；反之则跟踪范围增大。当脚注入电流大于0.7mA时，内部 限幅器截至，VCO的控制被截断，VCO处于失控自由振荡工作 状态（系统失锁）。 跟踪范围

14、 控制RfRf11K1K16 15 14 13 12 11 10 9NE5621 2 3 4 5 6 7 8 CTCCCCCBCfCfRLVCC12K 1K1K0.10.10.1FM输入解调输出返回本 章 小 节反馈控制是现代系统工程中的一种重要技术手 段。 在系统受到扰动的情况下，通过反馈控制作用 ，可使系统某个参数达到所需的精度，或按照一定 的规律变化。 电子线路中也常常应用反馈控制技术 。 根据控制对象参数不同，反馈控制电路可以分为 以下三类： 自动增益控制（AGC）电路，它主要用在无线 电收发系统中，以维持整机输出恒定。 自动频率控制（AFC）电路，它用来维持电子 设备中工作频率的稳定。 自动相位控制（APC）电路，又称锁相环（ PLL），它主要用于锁定相位，能够实现多种功能 ，是应用最广的一种反馈控制电路。 反馈控制电 路一般由比较器、控制信号发生器、可控器件及 反馈网络四部分组成。