《高频电子线路 教学课件 ppt 作者 江力 等 第6章 锁 相 环 路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高频电子线路 教学课件 ppt 作者 江力 等 第6章 锁 相 环 路（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、高频电子线路,主编,第6章 锁 相 环 路,1)掌握锁相环路的基本工作原理，锁相环路的相位模型与环路方程，频率合成技术。 2)理解捕捉过程与跟踪过程。 3)了解几种通用型集成锁相环路及其应用。 6.1 锁相环路的基本工作原理 6.2 锁相环路的性能分析 6.3 集成锁相环路及其应用,6.1 锁相环路的基本工作原理,图6-1 锁相环路的基本组成框图,6.2 锁相环路的性能分析,6.2.1 锁相环路的相位模型与环路方程 锁相环路的性能主要取决于鉴相器、压控振荡器和环路滤波器三个基本组成部件，为了对锁相环路进行定量的描述，下面先对锁相环路中各组成部件的基本特性予以说明。 1.鉴相器,图6-2 鉴相器
2、的电路模型,2.环路滤波器,6.2 锁相环路的性能分析,图6-3 环路滤波器,3.压控振荡器,图6-4 环路滤波器的电路模型,6.2 锁相环路的性能分析,4.锁相环路,图6-6 锁相环路的相位模型,6.2.2 捕捉过程与跟踪过程 1.环路的捕捉过程 2.环路的跟踪过程 6.2.3 锁相环路的基本特性 综上所述，锁相环路在正常工作时，具有以下的基本特性： 1.良好的窄带特性 2.锁定后没有频差,6.2 锁相环路的性能分析,3.自动跟踪特性,6.3 集成锁相环路及其应用,6.3.1 集成锁相环路 集成锁相环路的产生，使锁相环路的成本降低，可靠性提高，因而它的发展十分迅速，应用十分广泛，已成为电子设
3、备中常用的一种基本部件。 1. L565型低频单片集成锁相环路,图6-7 L565型低频单片集成锁相环路组成框图,6.3 集成锁相环路及其应用,2. L562型高频单片集成锁相环路,图6-8 L562型高频单片集成锁相环路组成框图,3. L564型超高频单片集成锁相环路,6.3 集成锁相环路及其应用,图6-9 L564型超高频单片集成锁相环路,6.3.2 锁相环路的应用,6.3 集成锁相环路及其应用,通过前面的分析可知，锁相环路具有以下优点：良好的窄带特性；锁定后没有频差；具有自动跟踪特性。 1.锁相倍频、分频和混频 (1)锁相倍频 图6-10所示为锁相倍频电路的框图，它是在锁相环路中插入分频
4、器组成的。,图6-10 锁相倍频电路的框图,(2)锁相分频 图6-11所示为锁相分频电路的框图，它是在锁相环路中插入倍频器组成的，,6.3 集成锁相环路及其应用,相当于将图6-10中分频器替换成倍频器。,图6-11 锁相分频电路的框图,(3)锁相混频 图6-12所示为锁相混频电路的框图，它是在锁相环路中插入混频器和中频滤波器而组成的。,6.3 集成锁相环路及其应用,图6-12 锁相混频电路的框图,2.锁相调频和鉴频 (1)锁相调频 用锁相环路调频，能够得到中心频率高度稳定的调频信号，其电路的组成框图如图6-13所示。,6.3 集成锁相环路及其应用,(2)锁相鉴频 根据锁相环路的频率跟踪特性，在
5、系统处于调频跟踪状态时，可用于解调调频信号，其组成框图如图6-14所示。,图6-13 锁相调频电路的组成框图,3.调幅波的同步检波,6.3 集成锁相环路及其应用,图6-15 采用锁相环路的同步检波电路组成框图,4.锁相接收机,6.3 集成锁相环路及其应用,图6-16 锁相接收机电路的框图,5.彩色电视信号中彩色副载波的提取,6.3 集成锁相环路及其应用,图6-17 解调副载波锁相环路,6.3.3 频率合成 随着现代通信技术的不断发展，对通信设备的频率准确度和稳定度的要求也越来越高。 1.频率合成器的主要技术指标 (1)频率范围 频率范围是指频率合成器输出的最低频率fomin和输出的最高频率fo
6、max之间的变化范围。,6.3 集成锁相环路及其应用,(2)频率间隔 频率合成器的输出频谱是不连续的，离散的。 (3)频率总数 频率总数是指频率合成器输出频率点的总个数，又称为波道数。 (4)频率转换时间 频率转换时间是指频率合成器由一个工作频率转换到另一个工作频率，并达到稳定工作时所需要的时间。 (5)频率稳定度 频率稳定度是指在规定的观测时间内，频率合成器输出频率偏离标称值的程度。 (6)频率准确度 频率准确度是表示实际工作频率与其标称频率值之间的偏差，又称为频率误差。 (7)频谱纯度 频谱纯度是衡量频率合成器输出信号质量的一个重要指标。,6.3 集成锁相环路及其应用,图6-18 输出信号
7、频率周围叠加有不需要的频率成分,2.直接式频率合成器,6.3 集成锁相环路及其应用,(1)非相干式频率直接合成 非相干式频率直接合成是用多个石英晶体来产生基准频率，再通过混频和带通滤波来获得所需要的频率的方法。 (2)相干式频率直接合成 相干式频率直接合成是由一块石英晶体作为标准频率源，通过谐波发生器产生多个基准频率，然后经过分频、混频和滤波来合成所需频率的方法。,图6-19 相干式频率直接合成的原理框图,6.3 集成锁相环路及其应用,3.间接式频率合成器,图6-20 单环锁相频率合成器,(1)单环锁相频率合成器 单环锁相频率合成器电路中只有一个锁相环路。,6.3 集成锁相环路及其应用,(2)
8、单环锁相频率合成器存在的问题 单环锁相频率合成器结构简单，制作和调试容易，但是性能指标较差。 1)由式(6-28)可见，输出频率的间隔等于输入鉴相器的参考频率fr。 2)锁相环路内接入分频器后，其环路增益将下降为原来的1/N。 3)可编程分频器的分频比决定了合成器输出信道的数目，而程序分频的输入频率就是合成器的输出频率。 (3)多环锁相频率合成器 为了减小频率间隔而又不降低参考频率fr，可采用多环构成的频率合成器。 1)双环锁相频率合成器。,6.3 集成锁相环路及其应用,图6-21 双环锁相频率合成器,2)三环锁相频率合成器。,6.3 集成锁相环路及其应用,图6-22 三环锁相频率合成器,(4
9、)吞脉冲频率合成器,6.3 集成锁相环路及其应用,1)吞脉冲程序分频器。,图6-23 吞脉冲程序分频器的原理框图,6.3 集成锁相环路及其应用,2)吞脉冲频率合成器用吞脉冲程序分频器构成的吞脉冲频率合成器组成框图如图6-24所示。,图6-24 吞脉冲频率合成器组成框图,6.3 集成锁相环路及其应用,3)MC145146型吞脉冲频率合成器。,图6-25 由MC145146和双模分频器构成的吞脉冲频率合成器,6.3 集成锁相环路及其应用,本 章 小 结 1.锁相环路是利用相位的调节，消除频率误差的自动控制系统。 2.锁相环路广泛用于滤波、频率合成、调制与解调等方面。 3.在锁相环路中，由失锁进入锁
10、定的过程称为捕捉过程；环路通过自身的调节来维持锁定的过程称为跟踪过程。 4.频率合成技术是用频率变换的方法获得大量高稳定性离散频率的技术。 5.直接频率合成是用一个或多个石英晶体振荡器的振荡频率作为基准频率，通过谐波产生一系列频率，然后对这些频率进行倍频、分频和混频处理，最终获得大量的离散频率的合成方法。 6.间接频率合成是采用锁相技术来间接产生稳定度和准确度高的频率源的合成方法。,6.3 集成锁相环路及其应用,思考与练习6 1.试说明锁相环路稳频和自动频率微调在工作原理上有哪些异同点。 2.试画出锁相环路的组成框图，并回答以下问题： (1)环路锁定时压控振荡器的输出信号频率和输入参考信号频率
11、是什么关系？ (2)在鉴相器中比较的是什么参量？ (3)当输入信号为调频波时，从环路的哪一部分取出解调信号？ 3.画出锁相环路数学模型，并写出锁相环路的基本方程，简要说明其工作过程。 4.频率合成器有哪些主要技术指标？,6.3 集成锁相环路及其应用,5.吞脉冲频率合成器有何特点？为何它能保持频率间隔不变而又可提高输出频率？ 6.锁相环路频率合成器如图6-20所示，分析输出频率和输入频率的关系。 7.双环锁相频率合成器如图6-21所示，若已知两个参考频率fr1=1kHz、fr2=100kHz，可变分频器的分频比范围分别为n1=1000011000、n2=8001000，固定分频比n3=10，试求
12、出输出频率的频率调节范围。 实训6 模拟锁相环 1.实训目的 1)掌握模拟锁相环的组成及工作原理。 2)熟悉用集成锁相环构成锁相解调电路的解调方法。,6.3 集成锁相环路及其应用,2.实训仪器、器材 1)高频电子线路实验箱1台。 2)双踪示波器1台。 3)频率计1台。 4)万用表1台。 5)锁相鉴频、锁相环模块1块。 3.实训指导,图6-26 锁相环的组成框图,(1)锁相环的锁相原理 锁相环的基本原理是利用相位误差电压去,6.3 集成锁相环路及其应用,消除频率误差，所以当电路达到平衡状态时，虽然有剩余误差存在，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踪。 (2)同步带和捕捉带
13、同步带是指从PLL锁定开始，改变输入信号的频率fi(向高或向低两个方向变化)，直到PLL失锁(由锁定到失锁)，这段频率范围称同步带。 (3)由锁相环构成的频率解调电路及工作原理 由NE564型锁相环构成的频率解调电路如图6-27所示。,图6-27 频率解调电路,6.3 集成锁相环路及其应用,4.实训内容 (1)锁相环自由振荡频率的测量 依次选择S的1、2、3、4拨码开关(即选择不同的定时电容)，用示波器观察自由振荡的波形，用数字频率计测量J1处信号的频率，将测得数据填入表6-1。,表6-1 自由振荡频率测量表,(2)同步带和捕捉带的测量 将S的3拨上(即VCO的自由振荡频率为4.5MHz)，J
14、3和J5用导线连接，在射频输入端J4接入频率为4.5MHz、峰峰值为500mV左右的参考信号(记为fi)，在VCO输出端观察输出信号，并用频率计观察频率锁定情况，先增大载波频率，直至环路刚刚失锁，记下此时的输入频率为fH1，再减小fi，,6.3 集成锁相环路及其应用,直至环路刚刚锁定为止，记下此时的输入频率为fH2，继续减小fi，直至环路再一次刚刚失锁，记下此时的频率为fL1，再一次增大fi，直至环路再一次刚刚锁定，记下此时频率fL2。,表6-2 同步带和捕捉带的测量数据,(3)改变参数进行测量 改变电位器Rp，重新把同步带和捕捉带测量一遍，观察VCO输出波形的幅度、同步带和捕捉带的变化，并分
15、析原因。 5.实训思考 1)锁相环在工作时有哪些自动调节的过程？各自是如何调节的？ 2)图6-27中的电位器Rp有什么作用？,6.3 集成锁相环路及其应用,3)如何判断环路处于锁定状态？你能想出一个简便的指示锁定的方法吗？ 仿真实验6 锁相环简易测试 1.实验目的 1)了解锁相环的构成及工作原理。 2)学会利用EWB软件对锁相环进行仿真操作。 3)学会锁相环的简单测试。 2.实验内容与步骤,图6-28 锁相环简易测试,6.3 集成锁相环路及其应用,1)利用EWB仿真软件绘制出图6-28所示的锁相环简易测试电路： 2)按仿真图设置电路参数，在环路滤波器输入fi端输入5V直流电压，用示波器VA通道监测压控振荡器的输出电压(Uo)，用示波器VB通道监测环路滤波器输出电压(fo)。,图6-29 控制电压为5V直流电压时锁相环的输出电压波形,6.3 集成锁相环路及其应用,3)将输入电压改为10V时，输出电压波形如图6-30。 4)在环路滤波器输入端加上连续变化的模拟电压，请分析会输出什么样的波形。,图6-30 控制电压为10V直流电压时锁相环的输出波形,
