哈工大高频赵雅琴课件第章.ppt

教学要求
了解反馈控制电路的三种基本形式及工作原理。
掌握锁相环路的系统组成、电路模型、环路方程和工作原理。
掌握环路跟踪特性的分析方法和结论。
了解集成锁相环路的电路原理及其应用。
掌握频率合成器的概念、电路组成、工作原理和性能指标。
了解DDS频率合成器的工作原理和性能特点。
10. 1 概述
为了提高通信和电子系统的性能指标,或者实现某些特定的要求,必须采用自动控制方式。由此,各种类型的反馈控制电路便应运而生了。
反馈控制电路可分为三类:
自动增益控制(Automatic Gain Control,简称AGC)
自动频率控制(Automatic Frequency Control,简称AFC)
自动相位控制(Automatie Phase Control,简称APC)
自动相位控制电路又称为锁相环路(Phase Locked Loop,简称PLL),是应用最广的一种反馈控制电路。
基本原理与分析方法
在反馈控制电路里,比较器、控制信号发生器、可控器件、反馈网络四部分构成了一个负反馈闭合环路。
可控器件
比较器
反馈网络
控制信
号发生器
参考信号
xr(t)
反馈信号
xf(t)
误差信号
xe(t)
控制信号
xc(t)
输出信号
xy(t)
输入信号
xi(t)
根据参考信号的不同情况,反馈控制电路的工作情况有两种。
(1) 参考信号xr(t)不变,恒定为xro
(2) 参考信号xr(t)变化
数学模型
将反馈控制电路近似作为一个线性系统分析。由于直接采用时域分析法比较复杂,所以采用复频域分析法,根据反馈控制电路的组成方框图,可画出用拉氏变换表示的数学模型
图中Xr(s),Xe(s),Xc (s),Xi (s),Xy(s)和Xf (s)分别是,xr(t),xe(t),xc (t),xi (t),xy(t) 和xf (t)的拉氏变换。
比较器输出的误差信号xe(t)通常与xr(t)和xf (t)的差值成正比,设比例系数为kp,则有
xe(t)= kp[xr(t)-xf (t)]
比较器
控制信
号发生器
可控器件
反馈网络
参考信号
Xr(s)
反馈信号
Xf(s)
误差信号
Xe(s)
控制信号
Xc(s)
输出信号
Xy(s)
输入信号
Xi(s)
kp
H1(s)
kc
H2(s)
写成拉氏变换式,有Xe(s)= kp[Xr(s)-Xf (s)]
可控器件作为线性器件,有 xy(t)= kc xc (t),kc是比例系数。
写成拉氏变换式,有Xy(s)= kc Xc (s)
实际电路中一般都包括滤波器,其位置可归纳在控制信号发生器或反馈网络中,所以将这两个环节看作线性网络。其传递函数分别为
闭环传递函数
误差传递函数
自动增益控制电路
自动增益控制(AGC)电路的主要作用:使设备的输出电平保持为一定的数值。因此也称自动电平控制(ALC)电路。
输入电压Ui
控制信
号发生器k1
可控增
益放大器Ag
比较器kp
低通
滤波
参考电压Ur
反馈电压Uf
误差电压ue
控制电压uc
输出电压Uy
电平检测k2
直流放大k3
设输入信号振幅为Ui,输出信号振幅为Uy,可控增益放大器增益为Ag(uc),是控制信号uc的函数,则有
Uy = Ag(uc)Ui
自动频率控制(AFC)电路
AFC电路也是一种反馈控制电路,控制对象是压控振荡器。其主要作用是自动控制振荡器的振荡频率,保证振荡器的振荡频率稳定。
可控频率
电路kc
频率
比较器kp
滤波器H(s)
ωr Ωr(s)
ωy
Ωy(s)
ω y
ue Ue(s)
Uc
Uc(s)
频率比较器的输出误差电压ue与两个输入信号的频率差有关,而与这两个信号的幅度无关,ue为
ue= kp (ωr-ωy)
式中,kp在一定的频率范围内为常数,实际上就是鉴频跨导。
常用的频率比较电路有两种形式:一是鉴频器,二是混频-鉴频器。
锁相环路(PLL)
锁相环路(Phase locked loop缩写PLL)是一种相位自动控制电路,被控量为相位,被控对象为压控振荡器。其作用是实现环路输出信号与输入信号之间无误差的频率跟踪,仅存在某一固定的相位差。
PLL电路广泛应用于:
一、锁相环的组成部件
PLL是一个相位负反馈系统,可对输入信号的频率与相位实施跟踪。
三个基本部分构成一个负反馈环:
PD
LF
VCO
vi(t)
vd(t)
vc(t)
vo(t)
θi(t)
θo(t)
θe(t)
vo(t)
PD
LF
VCO
10. 2 自动相位控制电路(锁相环)
1. 鉴相器(PD