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1、南京理工大学编(高纲号 0552)I、课程性质与设置目的要求“锁相与频率合成技术”课程是江苏省高等教育自学考试电子信息工程专 业的必修课,主要内容为锁相技术的基本原理、电路与应用。锁相与频率合成技术是实现相位自动控制的一门科学,是专门研究系统相位 关系的技术。随着科学技术的发展,人们对各种设备的控制精度要求越来越高, 在无线电技术中自动控制技术的应用已经进入了第三代。第一代是自动增益控制 (AGC);第二代是自动频率控制(AFC);第三代是自动相位控制(APC)。而 锁相技术就是第三代的控制技术。锁相技术的核心是锁相环路,所谓的锁相环路是一个实现相位自动锁定的控 制系统。锁相环路具有两个突出的
2、特性:第一是窄带滤波特性;第二是宽带跟踪 特性。这两个特性使得锁相技术在电子技术领域得到了广泛的应用,特别是随着 集成电路技术、数字技术以及通讯和计算机技术的发展,极大地推动了锁相技术 的发展和应用。目前,锁相技术已经形成一门比较系统的理论科学,锁相技术的 应用主要包含以下几个方面跟踪滤波、频率合成与频率变换、模拟和数字信号 的相干解调、数字通讯、调制与解调、检波、稳频和位频等。设置本课程的目的和要求:通过本课程的学习,使自学应考者掌握锁相技术 的原理和锁相环路的性能,熟悉锁相环路的分析方法,了解锁相技术在电子技术 领域中的应用。锁相技术是理论性与工程性都很强的一门课程,学生应具备必要 的数学
3、、电子线路、数字电路、信号与系统等课程的知识,在掌握环路原理和性 能的基础上领会应用,在学习应用中进一步深化和理解环路的原理和性能,理论 联系实际,为在今后的工程实践中灵活应用锁相环路打下基础。II、考试目标(考核知识点、考核要点)第一章锁相环路的基本工作原理一、考核知识点(一) 锁相环路的基本工作原理;(二) 锁相环路的相位数字模型及其微分方程;(三) 锁相环路的基本性能。二、考核要求(一) 锁定与跟踪的概念1、识记:(1)相位的概念;(2)锁相环路的定义;(3)环路的捕获带(4) 环路的同步带。2、领会:(1)锁相环路是一个相位跟踪系统,它建立了输出信号瞬时相位 与输入信号瞬时相位的控制关
4、系(2)几个重要参数:载波相位、瞬时相位、自 由振荡角频率、瞬时相差、移稳态相差;(3)环路的两种基本工作状态:捕获 过程、锁定状态。3、应用:(1)环路是处于锁定状态的判定依据;(2)一阶环稳态相差的 计算。(二)环路组成1、识记:(1)环路的基本部件;(2)鉴相器的作用与数学模型;(3)鉴 相器的分类:模拟乘法器鉴相器、序列电路(数字鉴相器);(4)环路滤波器 的作用与数学模型;(5)压控振荡器的作用与数学模型;(6)压控灵敏度;(7) 压控振荡器的种类。2、领会:(1)锁相环路的组成及框图;(2)正弦鉴相器及数学模型;(3) 几种常用的环路滤波器及传递函数;(4)锁相环路的相位数学模型。
5、3、应用;(1)理想积分滤波器分析;(2)非常用环路滤波器的传递函数 求解。(三)环路的动态方程1、识记:(1)瞬时频差;(2)控制频差;(3)固有频差;(4)环路增 益 K.2、领会:(1)锁相环路动态方程3、应用:(1)锁相环路动态方程的含意;(2)稳态相差的求解。(四)一阶环路的捕获、锁定与失锁。1、识记:(1)一阶环路;(2)相点;(3)相轨迹(4)相平面。2、领会:(1)一阶环路的非线性微分方程;(2)相轨迹上相点的含义。3、应用:(1)频率牵引现象;(2)一阶环路的捕获带、同步带、快捕带。第二章 环路跟踪性能一、考核知识点(一)锁相环路的线性相位模型及传递函数;(二)锁相环路的性能
6、指标;(三)二阶环路在典型输入下的响应;(四)环路的频率响应。二、考核要求(一)线性相位模型与传递函数1、识记:(1)环路传递函数的概念;(2)讨论传递函数的含义。2、领会:(1)锁相环路的线性相位模型;(2)环路的线性动态方程;(3) 环路开环传递函数;(4)环路闭环传递函数;(5)环路误差传递函数:(6) 采用三种常用滤波器环路的传递函数。(二)二阶线性系统的一般性能1、识记:(1)环路自然角频率en;(2)环路阴尼系数Z ;(3)环路的主要性能指标:延迟时间、上升时间、峰值时间、暂态时间、最大过冲量。2、领会:(1)三种典型环路的en、Z表示方法;(2)环路的频率响当 当应及特性。(三)
7、环路对输入暂态信号的响应1、识记:(1)环路的暂态相差;(2)相位阶跃;(3)频率阶跃;(4) 频率斜升;(5)稳态相差。2、领会:(1)分析二阶环路对输入暂态响应的方法;(2)采用无源比例 积分滤波器的二阶环路对三种暂态信号输入的响应;(3)采用理想积分滤波器 的二阶环路对三种暂态信号输入的响应。3、应用:(1)环路暂态相差与稳态相差的计算。(四)环路对输入正弦相位信号的响应1、识记:(1)环路频率响应的概念;(2)环路输入相位的调制频率Q;(3)调制跟踪环;(4)载波跟踪的概念。2、领会:(1)常用二阶环的闭环频率响应;(2)常用二阶环的误差频率响应;(3)二阶环路频率特性的特点:无论采用
8、何种滤波器的二阶环路,其闭 环频率响应具有低通的性质、共误差频率响应具有高通的性质。3、应用:(1)调制跟踪环的特点和应用;(2)载波跟踪环的特点与应用。(五)环路稳定性1、识记:(1)环路稳定性及判别方法;(2)稳定余量;(3)相位余量;(4)增益余量。2、领会:(1)伯德准则;(2)采用伯德准则或稳定余量判断环路的稳定 性。(六)非线性跟踪1、识记:(1)最大同步扫描速率的概念;(2)最大频率阶跃量的概念。2、领会:(1)非线性跟踪的稳态相差。第三章 环路噪声性能一、考核知识点(一)环路存在噪声时的相位数学模型(仅含输入噪声及仅含 VCO 噪声两种 情况);(二)环路噪声带宽BL及含义;(
9、三)跳周、平均跳周时间、跳周概率。二、考核要求(一)环路噪声相位模型1、识记:(1)噪声与干扰的来源;(2)分析有噪声环路的方法。2、领会:(1)环路存在噪声时的相位数学模型(仅含输入噪声及仅含VCO 噪声两种情况)。(二)环路对输入白高斯噪声的线性过滤特性1、识记:(1)环路的噪声带宽BL;(2)环路的信噪比。2、领会:(1)仅含输入噪声的相位数学模型;(2)环路输出噪声相位方 差;(3)环路的噪声带宽 BL 的含义;(4)环路对输入噪声的过滤特性。3、应用:(1)环路噪声带宽的计算;(2)环路信噪比的计算。(三)环路对压控振荡器相位噪声的线性过滤1、领会:(1)仅含VCO噪声的相位数学模型
10、;(2)环路对VCO噪声的过 滤特性。(四)环路跳周与门限1、识记:(1)跳周的概念;(2)环路噪声门限。2、领会:(1)平均跳周时间及其计算;(2)跳周概率的含义及其计算。第四章 环路捕获性能一、考核知识点(一)捕获的概念及捕获过程;(二)环路捕获的性能参数(捕获带、捕获时间);(三)辅助捕获的方法。二、考核要求(一)捕获的基本概念1、识记:(1)捕获的概念;(2)频率捕获;(3)相位捕获;(4)自捕 获;(5)辅助捕获;(6)研究捕获过程的常用方法。(二)捕获过程与捕获特性2、领会:(1)捕获过程;(2)捕获过程的特性。(三)捕获带与捕获时间1、识记:(1)捕获带;(2)快捕带;(3)频率
11、捕获时间;(4)快捕时 间(相位捕获时间)。2、领会:(1)二阶环的捕获带与捕获时间计算。(四)辅助捕获方法 1、识记:(1)辅助捕获的作用;(2)辅助捕获的基本出发点。2、领会:(1)辅助捕获的方法;(2)辅助捕获的原理(辅助鉴频、变带 宽、变增益)。第五章 集成锁相环路一、考核知识点(一)集成锁相环路的分类及特点;(二)数字式鉴频鉴相器的工作原理;(三)数字压控振荡器的工作原理;(四)集成频率合成器的工作原理。二、考核要求(一)集成鉴相器1、识记:(1)集成鉴相器的类型。2、领会:(1)模拟乘法器鉴相器的工作原理及鉴相特性;(2)门鉴相器的工作原理及鉴相特性;(3)数字式鉴频鉴相器的基本组
12、成; (4)数字式鉴频鉴相器的工作原理;(5)数字式鉴频鉴相器的鉴相特性与鉴频 特性。(二)集成压控振荡器1、识记:(1)常用的集成压控振荡器类型。2、领会:(1) LC负阴型压控振荡器的工作原理;(2)数字门电路型压控 振荡器的工作原理。(三)通用单片集成锁相环1、识记:(1) NE560、NE562的组成与特性;(2) XR-215的组成与特性;(3)L564的组成与特性;(4) NE567的组成与特性;(5) 5G4046的组成与特 性。(四)集成频率合成器1、识记:(1)集成频率合成顺的主要部件;(2) MC145106的内部组成; (3) MC145145的内部组成;(4) MC14
13、5152的内部组成。2、领会:(1) MC145106组成的组合式集成频率合成器框图及工作原理。第六章 锁相环路的应用一、考核知识点(一)锁相环路的特性及含义;(二)典型的锁相环路应用;(三)跟踪滤波器;(四)调制与解调;(五)频率合成。二、考核要求(一)跟踪滤波器1、识记:(1)跟踪滤波器。2、领会:(1)跟踪滤波器的跟踪特性;(2)跟踪滤波器频率特性。3、应用:(1)相干解调的概念。(二)调制器与解调器1、识记:(1)带载波的双边带调幅信号DSB-AM;(2)抑制载波的单边带 调辐信号SSB-AM;(3)残留边带的调幅信号VSB-AM;(4)抑制载波的双边带 调幅信号;(5)调频信号;(6
14、)调相信号;(7)频移键控FSK;(8)相移键 控 PSK.2、领会:(1) AM同步解调的工作原理;(2)调频信号与调相信号的相互 转换;(3)调频信号解调的工作原理。3、应用:(1)几种FM解调器电路;(2) FSK解调的应用。(三)频率合成1、识记:(1)频率合成的定义;(2)频率合成的三种方法、工作原理及 特点。2、领会:(1)双模分频锁相合成器的工作原理、特点及分频比的计算;(2) 四模分频锁相合成器的工作原理及分频比的计算;(3)小数分频频率合成器的 工作原理及特点。3、应用:(1)频率合成器实例及输出频率计算;(2)双环锁相频率合成 器的输出频率计算。(四)载波同步1、识记:(1
15、)相干载波;(2)提取相干载波的方法:插入导频法、直接 提取法。2、领会:(1)平方环的工作原理、作用、特点;(2)同相正交环的工作 原理。(五)位同步1、识记:(1)位同步的概念;(2)外同步法;(3)自同步法。2、应用:(1)几种典型的位同步模拟环。(六)FM立体声解码1、识记:(1) FM立体声信号;(2) FM立体声解码器的组成。2、领会:(1) FM立体声解码器的工作过程。(七)电动机转速控制1、领会:(1)锁相电机控制的工作原理;(2)锁相电机控制系统的工作 模型。(八)锁相接收机1、识记:(1)锁相接收机的一般过程。2、领会:(1)锁相接收机的工作原理。(九)其他应用1、领会:(1)锁相移相器及其工作原理。第七章 数字锁相环一、考核知识点(一)全数字环路的一般组成、分类。(二)数字环路典型部件的组成与工作原理。二、考核要求(一)全数字环路及其应用1、识记:(1)全数字锁相环的概念;(2)全数字锁相环的一般