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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。