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1、第十二章第十二章反馈控制电路反馈控制电路12-1概述概述212-2自动增益控制（自动增益控制（AGC）112-3自动频率控制（自动频率控制（AFC）212-4锁相环路的基本组成及数学模型锁相环路的基本组成及数学模型212-5锁相环路的基本分析锁相环路的基本分析312-6锁相环路的应用锁相环路的应用1重点：重点：各种控制电路的作用、组成框图、实际各种控制电路的作用、组成框图、实际应用、实际电路。掌握应用、实际电路。掌握AGC电路中对放大电路中对放大器增益的控制方法，器增益的控制方法，AFC的组成框图，的组成框图，PLL(APC)的组成框图及各种应用。的组成框图及各种应用。难点：难点：AGC、AP
2、C中控制信号的变化方向与中控制信号的变化方向与被控电路的相互关系。被控电路的相互关系。12-1概述概述2 闭环闭环(自动自动)控制系统控制系统：反馈控制：反馈控制将受控物理量自动调整到预定值。将受控物理量自动调整到预定值。开环开环(自动自动)控制系统控制系统：前向控制：前向控制程控程控(数控数控)，智能化控制等。，智能化控制等。如：开、管机，自动录放，程序工作等。如：开、管机，自动录放，程序工作等。一、一、常用的反馈控制方式常用的反馈控制方式 1自动增益控制自动增益控制AGC(AVC)反馈控制量为增益反馈控制量为增益(或电平或电平),以控制放大器以控制放大器系统中某级系统中某级(或几级或几级)
3、的增益大小。的增益大小。2自动频率控制自动频率控制AFC反馈控制量为频率反馈控制量为频率,以稳定频率。以稳定频率。3自动相位控制自动相位控制APC(PLL)反馈控制量为相位反馈控制量为相位PLL可实现调频、鉴频、混频、解调、频率可实现调频、鉴频、混频、解调、频率合成等。合成等。二、自动控制系统的模式二、自动控制系统的模式(图图12-1p361)三、分析方法三、分析方法反馈控制电路均含有非线性电路。反馈控制电路均含有非线性电路。如：如：AGC:检波电路检波电路AFC:鉴频、混频电路鉴频、混频电路APC(PLL):鉴相器、混频器鉴相器、混频器故采用非线性电路分析方法，在一定故采用非线性电路分析方法
4、，在一定条件下可近似为线性。条件下可近似为线性。12-2自动增益控制（自动增益控制（AGC）1一、一、AGC目的与要求目的与要求1. 1.目的：目的：目的：目的： 接收信号几接收信号几接收信号几接收信号几vv 几几几几mvmv变化变化变化变化, ,即信号强弱比为即信号强弱比为即信号强弱比为即信号强弱比为10103 310104 4。变化原因变化原因变化原因变化原因：距离不同、电台发射功率不同；距离不同、电台发射功率不同；距离不同、电台发射功率不同；距离不同、电台发射功率不同；移动电台、短波信号衰落，强弱变化相对缓慢。移动电台、短波信号衰落，强弱变化相对缓慢。移动电台、短波信号衰落，强弱变化相对
5、缓慢。移动电台、短波信号衰落，强弱变化相对缓慢。 因信号强弱变化大，若放大器因信号强弱变化大，若放大器因信号强弱变化大，若放大器因信号强弱变化大，若放大器增益增益增益增益固定，则造成：固定，则造成：固定，则造成：固定，则造成： (1)(1)使后级放大器偏离线性区使后级放大器偏离线性区使后级放大器偏离线性区使后级放大器偏离线性区, ,信号失真；信号失真；信号失真；信号失真； 如：电视信号的同步头被压缩或消去如：电视信号的同步头被压缩或消去如：电视信号的同步头被压缩或消去如：电视信号的同步头被压缩或消去, ,使同步失控。使同步失控。使同步失控。使同步失控。严重时严重时严重时严重时, ,产生大信号阻
6、塞产生大信号阻塞产生大信号阻塞产生大信号阻塞( (进入截止、饱和区进入截止、饱和区进入截止、饱和区进入截止、饱和区) )； (2)(2)增加混频组合频率干扰和非线性；增加混频组合频率干扰和非线性；增加混频组合频率干扰和非线性；增加混频组合频率干扰和非线性；2.对对AGC电路的具体要求电路的具体要求(1)增益控制范围大；增益控制范围大；如：电视如：电视AGC：2060dB。(2)保持系统良好的信噪比特性；保持系统良好的信噪比特性；(3)控制灵敏度高；控制灵敏度高；如：电视如：电视AGC：-3dB以内。以内。(4)控制增益变化时，幅频、群时延特性控制增益变化时，幅频、群时延特性不变不变,以减小信号
7、失真；以减小信号失真；(5)控制特性受温度影响小。控制特性受温度影响小。二、带有二、带有二、带有二、带有AGCAGC电路的调幅接收机系统框图电路的调幅接收机系统框图电路的调幅接收机系统框图电路的调幅接收机系统框图( (图图图图12-2p36212-2p362) )注意：注意：注意：注意： 1. 1.延迟式延迟式延迟式延迟式AGCAGC控制控制控制控制( (先中放，后高放先中放，后高放先中放，后高放先中放，后高放); );2.2.对于对于对于对于FMFM接收机接收机接收机接收机：(1)(1)鉴频前的限幅，要求中放增益高，以提供足够的驱动电压，鉴频前的限幅，要求中放增益高，以提供足够的驱动电压，鉴
8、频前的限幅，要求中放增益高，以提供足够的驱动电压，鉴频前的限幅，要求中放增益高，以提供足够的驱动电压，故故故故AGCAGC一般只控制高放；一般只控制高放；一般只控制高放；一般只控制高放；(2)(2)鉴频器的输出信号幅度仅与已调信号的频偏有关，而与输鉴频器的输出信号幅度仅与已调信号的频偏有关，而与输鉴频器的输出信号幅度仅与已调信号的频偏有关，而与输鉴频器的输出信号幅度仅与已调信号的频偏有关，而与输入信号幅度无关，故入信号幅度无关，故入信号幅度无关，故入信号幅度无关，故AGCAGC电压一般取自中放的一部分信号。电压一般取自中放的一部分信号。电压一般取自中放的一部分信号。电压一般取自中放的一部分信号
9、。三、三、控制放大器增益的方法控制放大器增益的方法1放大管电流控制法放大管电流控制法(图图12-3p363)演示演示 正向正向正向正向AGCAGC:(QR:(QR段）增益段）增益段）增益段）增益G G随随随随I Ic c反比变化反比变化反比变化反比变化即：即：即：即： I Ic c ，G G:I Ic c ，G G 专用正向专用正向专用正向专用正向AGCAGC管，曲线较陡，即管，曲线较陡，即管，曲线较陡，即管，曲线较陡，即I Ic c 时时时时G G 较快较快较快较快( (控制控制控制控制 灵敏度高灵敏度高灵敏度高灵敏度高) )。 I Ic c大大大大, ,功率损耗大功率损耗大功率损耗大功率损
10、耗大反向反向反向反向AGCAGC：(OP(OP段）段）段）段）增益增益增益增益G G随随随随I Ic c正比变化正比变化正比变化正比变化 即：即：即：即： I Ic c,G GI Ic c ，G G 优点：优点：优点：优点： I Ic c小，节省功率。小，节省功率。小，节省功率。小，节省功率。 缺点：缺点：缺点：缺点：信号过小时，信号过小时，信号过小时，信号过小时，I Ic c过快，放大过快，放大过快，放大过快，放大 器进入非线性区。器进入非线性区。器进入非线性区。器进入非线性区。例：例：(图图12-4p364)图图图图(a)(a)为反向为反向为反向为反向AGCAGC控制，控制，控制，控制，V
11、 VAGCAGC为为为为负电压负电压负电压负电压 控制过程：输出控制过程：输出控制过程：输出控制过程：输出V VAGCAGC负向负向负向负向i ib b( (i ic c)G G 图图图图(b)(b)为正向为正向为正向为正向AGCAGC控制，控制，控制，控制，V VAGCAGC为为为为正电压正电压正电压正电压 控制过程：输出控制过程：输出控制过程：输出控制过程：输出V VAGCAGC正向正向正向正向i ib b( (i ic c)G G 2放大管集电极电压控制法放大管集电极电压控制法(图图12-5p364)R较大时较大时,ic时时Vcc经经R后后Vcc下降较快下降较快,VAGC正向正向ib(V
12、be)icVce,VccG3放大管负载控制法放大管负载控制法通过通过通过通过V VAGCAGC控制负载变化来改变增益。控制负载变化来改变增益。控制负载变化来改变增益。控制负载变化来改变增益。( (图图图图12-6p365)12-6p365) 4差动电路增益控制法差动电路增益控制法采用分流方采用分流方式控制增益式控制增益(图图12-7p365)5双栅场双栅场MOS效应管增益控制效应管增益控制(图图12-8p365) 四、四、AGC电路举例电路举例1.广播接收机中的广播接收机中的AGC电路电路(图图12-9p366) 2.AGC方式高线性调幅方式高线性调幅(图图12-10p367) 3.AGC方式
13、高线性功放方式高线性功放(图图12-11p367) 12-3自动频率控制（自动频率控制（AFC）2使振荡器频率自动锁定到预定的频率上。使振荡器频率自动锁定到预定的频率上。一、一、AFC原理框图原理框图(图图12-12p368)1.1.鉴频器鉴频器鉴频器鉴频器( (比较器比较器比较器比较器) )ff0 0(VCO(VCO输出输出输出输出),),f fs s( (标准频率标准频率标准频率标准频率) ) f f0 0=f fs s ：比较器无输出：比较器无输出：比较器无输出：比较器无输出 f f0 0f fs s ：有正比于：有正比于：有正比于：有正比于 f fo o- -f fs s的输出的输出的
14、输出的输出, ,经经经经LPFLPF输出输出输出输出v vc c去控制去控制去控制去控制VCOVCO， 当当当当| |f f0 0- - f fs s| |减少到减少到减少到减少到f f时时时时, ,自动微调过程停止自动微调过程停止自动微调过程停止自动微调过程停止, ,输出频率输出频率输出频率输出频率稳定在稳定在稳定在稳定在f fs s f f2.LPF2.LPF按系统要求按系统要求按系统要求按系统要求,从鉴频器输出的误差信号中滤出控制从鉴频器输出的误差信号中滤出控制从鉴频器输出的误差信号中滤出控制从鉴频器输出的误差信号中滤出控制信号信号信号信号v vc c3.3.受控元件受控元件受控元件受控
15、元件可变电抗元件。可变电抗元件。可变电抗元件。可变电抗元件。4. 4.受控振荡器受控振荡器受控振荡器受控振荡器 VCOVCO5.5.闭环系统满足负反馈闭环系统满足负反馈闭环系统满足负反馈闭环系统满足负反馈 ( (图图图图12-13p36812-13p368) )5.闭环系统满足负反馈闭环系统满足负反馈(图图12-13p368)右图：振荡器控制特性曲线右图：振荡器控制特性曲线右图：振荡器控制特性曲线右图：振荡器控制特性曲线A:A:理想，无频差；理想，无频差；理想，无频差；理想，无频差；B:B:实际，有固有频差实际，有固有频差实际，有固有频差实际，有固有频差f f；C:C: f fp p 捕捉带宽
16、捕捉带宽捕捉带宽捕捉带宽;D:;D: f fHH同步带宽同步带宽同步带宽同步带宽( (临界情况临界情况临界情况临界情况) )。二、二、AFC系统应用框图举例系统应用框图举例1.调幅接收机调幅接收机AFC系统系统(图图12-14p369)2.彩电接收机彩电接收机AFC系统系统(图图12-15p369) 12-4锁相环路的基本组成及数学模型锁相环路的基本组成及数学模型2APC的主要发展和应用：的主要发展和应用：PLL技术技术一、一、锁相环路的基本组成锁相环路的基本组成(图图12-16p370)AFC:AFC:频率有差系统频率有差系统频率有差系统频率有差系统。稳定点。稳定点。稳定点。稳定点MM处，存
17、在处，存在处，存在处，存在固有频差固有频差固有频差固有频差 ( (其大小由系统性能决定其大小由系统性能决定其大小由系统性能决定其大小由系统性能决定) )。PLL:PLL:频率无差系统频率无差系统频率无差系统频率无差系统。稳定点。稳定点。稳定点。稳定点MM处，存在处，存在处，存在处，存在固有相差固有相差固有相差固有相差 ( (其大小由系统性能决定其大小由系统性能决定其大小由系统性能决定其大小由系统性能决定) )。二、二、鉴相器数学模型鉴相器数学模型(图图12-17p371)由正交乘积由正交乘积由正交乘积由正交乘积型鉴相器型鉴相器型鉴相器型鉴相器P322(10-28)P322(10-28)三、三、
18、环路滤波器环路滤波器一般为一般为一般为一般为LPFLPF：抑制各种组合频率、干扰、噪声。：抑制各种组合频率、干扰、噪声。：抑制各种组合频率、干扰、噪声。：抑制各种组合频率、干扰、噪声。 ( (表表表表12-1p37112-1p371) )均为均为均为均为LPFLPF传输函数通式：传输函数通式： 环路滤波器的数学模型环路滤波器的数学模型(图图12-18p372)四、四、压控振荡器压控振荡器(受控调频振荡器）受控调频振荡器） 压控振荡器数学压控振荡器数学模型模型(图图12-19p372) 五、五、锁相环路的数学模型锁相环路的数学模型(图图12-20p373) PLL环路方程分析：环路方程分析：晶体
19、为电感元件晶体为电感元件讨论：讨论： 12-5锁相环路的基本分析锁相环路的基本分析3 一、一、线性化后的环路模型线性化后的环路模型(图图12-21p375)二、一阶、二阶锁相环二、一阶、二阶锁相环F(s)不同不同1.一阶锁相环一阶锁相环(无实用价值，分析用无实用价值，分析用)无环路滤波器，无环路滤波器，F(s)=1，则传输函数为，则传输函数为s的一阶函数。的一阶函数。2.二阶锁相环二阶锁相环(实用实用) F F(s (s) )为比例滤波器等，则传输函数为为比例滤波器等，则传输函数为为比例滤波器等，则传输函数为为比例滤波器等，则传输函数为s s的二阶函数，的二阶函数，的二阶函数，的二阶函数，故性
20、能故性能故性能故性能 优于一阶锁相环。优于一阶锁相环。优于一阶锁相环。优于一阶锁相环。但三阶以上，环路稳定性下降。但三阶以上，环路稳定性下降。但三阶以上，环路稳定性下降。但三阶以上，环路稳定性下降。12-6锁相环路的应用锁相环路的应用1一、一、锁相环路的主要特点锁相环路的主要特点1良好的跟踪特性良好的跟踪特性2环路锁定后无频差环路锁定后无频差即输出信号与参考信号频率相同，即输出信号与参考信号频率相同，且稳态相差为常数且稳态相差为常数(较小或零较小或零)。3良好的窄带滤波特性良好的窄带滤波特性设计良好的二阶、三阶环，环路通带很窄。设计良好的二阶、三阶环，环路通带很窄。fo为几十为几十MHz时，时
21、，B可达几十可达几十Hz几几Hz。4易于集成化易于集成化一、频率合成器一、频率合成器（PLLPLL应用，载波跟踪型环路）应用，载波跟踪型环路）应用，载波跟踪型环路）应用，载波跟踪型环路）1.数字式锁相频率合成器数字式锁相频率合成器(图图12-22p378)2.MC145146构成的频率合成器构成的频率合成器(图图12-23p379) 3.带前置固定分频的锁相频率合成器带前置固定分频的锁相频率合成器(图图12-24p380)4.带混频的锁相频率合成器带混频的锁相频率合成器(图图12-25p380)二、锁相环路跟踪特性的应用二、锁相环路跟踪特性的应用(一一)载波跟踪型环路载波跟踪型环路窄带跟踪窄带
22、跟踪，用于载波提取。，用于载波提取。环路环路滤波器滤波器的通带很窄，输入已调信号的的通带很窄，输入已调信号的调制成分不能通过。调制成分不能通过。VCO的输出能跟踪输入已调信号中载频的输出能跟踪输入已调信号中载频的飘移，以获得较好的相干解调效果。的飘移，以获得较好的相干解调效果。例例1：锁相鉴相：锁相鉴相调相信号相干解调调相信号相干解调(图图12-31p384)例例2：调幅信号的同步检波：调幅信号的同步检波(图图12-32p384) 例例3：锁相调频：锁相调频(图图12-29p383)例例4：锁相接收机：锁相接收机(图图13-15p404)(二二)调制跟踪型环路调制跟踪型环路宽带跟踪宽带跟踪，用
23、于鉴频等。，用于鉴频等。环路环路滤波器滤波器的通带较宽的通带较宽(fHv引起的频率变化部分引起的频率变化部分)已调信号的调制成分可以通过。已调信号的调制成分可以通过。VCO的输出能跟踪输入已调信号中的瞬时的输出能跟踪输入已调信号中的瞬时频率变化。频率变化。例例1：锁相鉴频：锁相鉴频(图图12-30p383) 要求环路滤波器的带宽要求环路滤波器的带宽v引起的频率变化部分引起的频率变化部分,使使VCO能跟踪调频信号中反映调制规律变化的能跟踪调频信号中反映调制规律变化的瞬时频率。瞬时频率。则环路滤波器输出调制信号电压。则环路滤波器输出调制信号电压。例例2：锁相混频：锁相混频(图图12-28p383)
24、三、锁相环路在工业生产上的应用三、锁相环路在工业生产上的应用(图图12-33p385)四、直接式数字频率合成器四、直接式数字频率合成器1.DDS工作原理（相位相加）工作原理（相位相加）示意图示意图(图图12-26p381)取取32个样值，间隔为个样值，间隔为取取16个样值，间隔为个样值，间隔为2取取8个样值，间隔为个样值，间隔为42.直接式数字频率合成器组成直接式数字频率合成器组成(图图12-27p382) 第十二章 小结(1)12-1概述概述2常用的反馈控制方式常用的反馈控制方式常用的反馈控制方式常用的反馈控制方式 AGCAGC、 AFCAFC、APCAPC12-2自动增益控制（自动增益控制
25、（AGC）1控制放大器增益的方法：控制放大器增益的方法：控制放大器增益的方法：控制放大器增益的方法：放大管电流控制法、放大管负载控制法等。放大管电流控制法、放大管负载控制法等。放大管电流控制法、放大管负载控制法等。放大管电流控制法、放大管负载控制法等。正、反向正、反向正、反向正、反向AGCAGC电路。电路。电路。电路。12-3自动频率控制（自动频率控制（AFC）2系统框图和原理系统框图和原理系统框图和原理系统框图和原理12-4锁相环路的基本组成及数学模型锁相环路的基本组成及数学模型2系统框图和环路方程基本原理系统框图和环路方程基本原理系统框图和环路方程基本原理系统框图和环路方程基本原理第十二章 小结(2)12-5锁相环路的基本分析锁相环路的基本分析3一阶和二阶环的基本概念一阶和二阶环的基本概念12-6锁相环路的应用锁相环路的应用1频率合成器（载波跟踪型环路）频率合成器（载波跟踪型环路）其它载波跟踪型环路和调制跟踪型环路应用其它载波跟踪型环路和调制跟踪型环路应用END
