鎖相環(huán)技術及其在高頻電路中的應用

1、鎖相環(huán)技術及其在高頻電路中的應用高頻電子技術1.1鎖相環(huán)電路的組成和原理 鎖相環(huán)功能簡述 鎖相環(huán)是一種典型的反饋控制電路，其基本功能就是實現(xiàn)輸出信號uc(t)頻率對于輸入信號ui(t)頻率的自動跟蹤。本章主要介紹： （1）自動跟蹤是如何實現(xiàn)的？ （2）有哪些典型應用？1.1鎖相環(huán)電路的組成和原理 前述鎖相環(huán)基本功能是通過相位同步來實現(xiàn)的，因此將這類自動控制的環(huán)路稱為鎖相環(huán)。環(huán)路組成如下： 所示環(huán)路為什么具有自動控制功能？首先需要分析各單元電路的功能 。由于鎖相環(huán)已制成集成電路，分析時，我們并不討論各單元的具體電路1.1鎖相環(huán)電路的組成和原理1.鑒相器功能 鑒相器有兩個輸入信號，一個輸出信號。

2、輸入信號ui(t)是角頻率為i的正弦波電壓： 另一個輸入是壓控振蕩電路閉環(huán)時的輸出信號 1.1鎖相環(huán)電路的組成和原理1.鑒相器功能 鑒相器功能是使其輸出等于兩個輸入信號的乘積（鑒相器由乘法器組成），因此其輸出為（設兩個輸入信號的初相位=0）：利用三角函數公式可得 第一項為高頻成分，經隨后的濾波器濾除：1.1鎖相環(huán)電路的組成和原理1.鑒相器功能 用三角函數公式sin，求得 式中e是兩個輸入信號t時刻瞬時位相差。 e對時間t求導，等于兩個輸入電壓角頻率之差： 上式所描述的就是鑒相器的基本功能：即如果鑒相器輸入和輸出電壓的頻率相等，則相位差e為常數，輸出電壓uc(t)也是常數1.1鎖相環(huán)電路的組成和

3、原理2. 環(huán)路濾波器 環(huán)路濾波器是低通濾波器，其功能就是允許Ud(t)中的低頻成分通過，因此輸入為Ud(t)時，輸出為Uc(t)高頻成分被濾去1.1鎖相環(huán)電路的組成和原理3.壓控振蕩器功能 輸出信號U0(t)的角頻率0與輸入電壓Uc(t)成正比，即 式中r壓控振蕩器的自由振蕩頻率，即輸入電壓Uc=0時的頻率。1.1.2 鎖相環(huán)路的工作原理 鎖相環(huán)路可能處于以下三種狀態(tài)： （1）鎖定狀態(tài)（i=0） 如果輸入信號頻率i=輸出信號頻率0,這時d/dt=0,相位差=常數，環(huán)路的作用是維持這一狀態(tài)不變，就說環(huán)路進入鎖定狀態(tài)1.1.2 鎖相環(huán)路的工作原理（2）捕捉過程（i與0偏離不大） 輸入信號頻率i不等

4、于0，但相差不大。根據式（8.7），輸入輸出信號之間的位相差e(t)將隨之變化，e(t)又導致電壓uc(t)變化，輸出頻率0(t)也隨之變化。于是會出現(xiàn)這樣的情況：變化的輸出信號頻率一旦等于輸入信號頻率（0=i），e(t)不再隨時間變化，uc(t)因此 也等于恒定值，在這一恒定值作用下壓控振蕩電路輸出頻率等于i，從而維持0=i的狀態(tài)不變，這時就說環(huán)路進入了鎖定狀態(tài)。進入鎖定的過程稱為鎖相環(huán)的捕捉過程。 1.1.2 鎖相環(huán)路的工作原理（3）失鎖狀態(tài) （i與0偏離較大）這時低頻成分的頻率過高，不能通過低通濾波器 這樣，壓控振蕩器沒有控制電壓，其振蕩頻率維持在自由振蕩頻率r，鎖相環(huán)無法維持輸出信號的

5、頻率等于i，我們就說鎖相環(huán)路處于失鎖狀態(tài)。可見，任何鎖相環(huán)路都存在一個最大的頻率控制范圍，超出這一范圍，鎖相環(huán)就無法通過捕捉過程進入鎖定狀態(tài)，因而也就失去跟蹤位相，控制頻率的功能。1.2鎖相環(huán)典型應用簡介1.2.1 頻率調制與解調-解調 由0(t)=r+A0uC(t)可知，電壓uC(t)隨時間變化的規(guī)律和輸出頻率0(t)隨時間變化的規(guī)律相同。由于輸出信號頻率始終跟蹤輸入信號頻率變化，0(t)=i(t)，i(t)隨時間變化的規(guī)律與0(t)相同，因此也與電壓uC(t)的變化規(guī)律相同，這樣，環(huán)路濾波器的輸出電壓也就是解調的結果。1.2鎖相環(huán)典型應用簡介1.2.2 倍頻器 鎖相環(huán)鎖定時，鑒相器的兩個輸入信號的頻率嚴格相等，因此 上式表明，上圖所示倍頻器輸出信號的頻率是輸入信號的N倍。也就是說，在鎖相環(huán)路中加入1/N計數器分頻，就可以得到N倍頻的輸出信號1.2鎖相環(huán)典型應用簡介1.2.3 頻率合成器 壓控振蕩器的輸出經可編程計數器分頻，形成頻率為f0/N的信號送入鑒相器，與輸入信號進行相位比較后用來控制壓控振蕩即頻率合成器輸出信號的頻率為器的輸出。因此有1.3鎖相環(huán)應用電路識讀1.3.1 鎖相環(huán)芯片CD4046簡介 1.3鎖相環(huán)應用電路識讀1.3.1 鎖相環(huán)芯片CD4046簡介-電路 圖 1.3鎖相環(huán)應用電路識讀1.3.1 鎖相