《高頻電子技術(shù)》7反饋控制電路

復(fù)習(xí)：1.經(jīng)二極管包絡(luò)檢波電路輸出的電壓波形是下面哪一個(gè)？（a）（b）復(fù)習(xí)：2.如圖經(jīng)二極管反向檢波，電路輸出的電壓波形是什么樣的？復(fù)習(xí)3.鑒頻特性及鑒頻的實(shí)現(xiàn)方法鑒頻電路輸出電壓uo與輸入調(diào)頻信號(hào)瞬時(shí)頻率f之間的關(guān)系曲線稱為鑒頻特性曲線。調(diào)頻信號(hào)中心fc頻率上，輸出電壓為0。當(dāng)信號(hào)頻率偏離中心fc頻率升高、下降時(shí)，輸出電壓將分別向正、負(fù)極性方向變化（或相反）。在信號(hào)頻率fc附近，uo與f近似為線性關(guān)系。為了獲得理想的鑒頻效果，希望鑒頻特性曲線要陡峭且線性范圍大。鑒頻特性曲線的定義？學(xué)習(xí)任務(wù)7反饋控制電路

7.1自動(dòng)增益控制電路

7.2自動(dòng)頻率控制電路

7.3自動(dòng)相位控制電路

本章小結(jié)

根據(jù)需要控制的參量不同，反饋控制電路有：

自動(dòng)增益控制電路

自動(dòng)頻率控制電路

自動(dòng)相位控制電路

簡(jiǎn)稱APC（AntomaticPhaseControl的縮寫）

，用于鎖定相位，故又稱鎖相環(huán)路，簡(jiǎn)稱PLL（PhaseLockLoop的縮寫）。應(yīng)用最廣泛。簡(jiǎn)稱AFC（AntomaticFrequencyControl的縮寫）

，用于維持工作頻率穩(wěn)定。又稱自動(dòng)電平控制電路，簡(jiǎn)稱AGC（AutomaticGainControl的縮寫）

，用于控制輸出信號(hào)的幅度。引言7.1自動(dòng)增益控制電路

簡(jiǎn)稱AGC電路，用來穩(wěn)定通信及電子設(shè)備輸出電壓（或電流）的幅度。作用：是接收機(jī)不可缺少的輔助電路。通過閉合環(huán)路的反饋控制作用，可使輸入信號(hào)ui

幅度增大或減小時(shí)，輸出信號(hào)幅度保持恒定或僅在很小范圍內(nèi)變化。圖5—39超外差式調(diào)幅接收機(jī)原理框圖

7.1.1AGC電路的工作原理AGC電路實(shí)際是一個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)，它的基本原理是利用檢波后信號(hào)中的直流分量來控制一級(jí)或兩級(jí)中放管的偏置電流，從而改變中放級(jí)的增益。下面以帶有AGC電路的調(diào)幅接收機(jī)為例介紹AGC電路的工作原理。帶有AGC電路的調(diào)幅接收機(jī)

可控增益放大器反饋控制器

LPF簡(jiǎn)單AGC缺點(diǎn)：

只要有輸入信號(hào)，AGC就起控制作用，對(duì)接收弱信號(hào)不利。AGC控制特性曲線

具有延遲式AGC的調(diào)幅接收機(jī)框圖當(dāng)AGC檢波器輸入信號(hào)幅度小于UR時(shí)，AGC檢波器不工作，AGC電壓為零，AGC不起控制作用。當(dāng)AGC檢波器輸入信號(hào)幅度大于UR時(shí)，AGC電路才起控制作用。延遲AGC原理電路圖

圖7—4延遲AGC原理電路圖7.1.2AGC電路Au1/rberbe

＝300+(1+β)26/IE當(dāng)信號(hào)電壓增大,使UAGC反向增大，則UBE減小，IB減小，IE減小,rbe增大

,Au減小。通常將控制電壓

加至基極或發(fā)射極圖7—5靠改變IB

來控制放大器增益的AGC電路超外差接收機(jī)AGC控制直流等效電路7.2自動(dòng)頻率控制電路(AFC電路)

自動(dòng)頻率控制(AFC)電路被廣泛地應(yīng)用于各種接收機(jī)和發(fā)射機(jī)，其主要功能是自動(dòng)調(diào)節(jié)振蕩器的頻率，以達(dá)到減少頻率變化，提高頻率穩(wěn)定度的作用。

當(dāng)fi=fL－fc=fI時(shí)，uD=0，壓控振蕩器不受影響，混頻器仍輸出中頻fI；

當(dāng)fi≠fI時(shí)，uD

正比于

（fi–fI)，濾波放大后得直流uc控制fi向fI

逼近。經(jīng)若干調(diào)節(jié)周期，環(huán)路最后鎖定在fi

=fI

+

f，這個(gè)

f稱為剩余頻率誤差，簡(jiǎn)稱剩余頻差。有剩余頻差是AFC的缺點(diǎn)。圖7—6帶有AFC電路的調(diào)幅接收機(jī)組成框圖圖7—7鑒頻特性曲線

uD∝

AFC

通過自身的調(diào)節(jié)，可以將由于壓控振蕩器不穩(wěn)定而引起的頻偏減小到很小的剩余頻差，剩余頻差的大小取決于鑒頻器和壓控振蕩器的特性，鑒頻特性和壓控振蕩器的控制特性斜率越大(靈敏度越高)，環(huán)路鎖定所需要的剩余頻差就越小。保證了混頻器輸出頻率接近fI

，從而提高接收機(jī)靈敏度和選擇性。圖7—16調(diào)頻接收機(jī)方框圖

廣泛用作接收機(jī)和發(fā)射機(jī)中的自動(dòng)頻率微調(diào)電路7.3自動(dòng)相位控制電路

自動(dòng)相位控制電路又稱鎖相環(huán)路，鎖相環(huán)路是利用相位的調(diào)節(jié)以消除頻率誤差的自動(dòng)控制系統(tǒng)，由鑒相器(PD)、環(huán)路濾波器(LF)、壓控振蕩器(VCO)等組成。廣泛應(yīng)用在濾波、頻率合成、調(diào)制與解調(diào)、分頻與倍頻、信號(hào)檢測(cè)等許多技術(shù)領(lǐng)域。7.3.1鎖相環(huán)路的基本原理鑒相器（PD）：用以比較ui、

uo相位，輸出反映相位誤差的電壓uD。環(huán)路低通濾波器（LF）：用以濾除誤差信號(hào)中的高頻分量和噪聲，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。壓控振蕩器（VCO）：在uC

控制下輸出相應(yīng)頻率fo。若fi

≠fo，則ui和uo之間產(chǎn)生相位變化，鑒相器輸出誤差電壓uD

，它與瞬時(shí)誤差相位成比例，經(jīng)過環(huán)路濾波，濾除了高頻分量和噪聲而取出緩慢變化的電壓uc

，控制VCO的角頻率fo

，去接近fi

。最終使fi

=fo，相位誤差為常數(shù)，環(huán)路鎖定，這時(shí)的相位誤差稱為剩余相位誤差或穩(wěn)態(tài)相位誤差。1.鑒相器（PD）鑒相器（PD）是一個(gè)相位比較器，它對(duì)輸入的兩個(gè)信號(hào)ui

和uo的相位進(jìn)行比較，輸出反映相位差大小的誤差電壓，完成相位差—電壓的變換。常用模擬鑒相器采用模擬相乘器。其電路模型如圖7—9所示.圖7—9模擬相乘器電路模型設(shè)輸入信號(hào)為壓控振蕩器輸出信號(hào)為則輸入信號(hào)可表示為：式中是壓控振蕩器未加控制電壓時(shí)固有振蕩角頻率，要對(duì)兩個(gè)瞬時(shí)相位進(jìn)行比較，需在同一頻率上進(jìn)行，為此，輸入信號(hào)的相位可寫成：是以為參考的輸出信號(hào)瞬時(shí)相位，式中是以為參考的輸入信號(hào)瞬時(shí)相位

兩信號(hào)經(jīng)模擬相乘器相乘后輸出電壓：uD(t)經(jīng)環(huán)路濾波器后，濾掉項(xiàng)，輸出：式中對(duì)取微分，有偏離輸入信號(hào)角頻率的數(shù)值。

稱為瞬時(shí)角頻差，它表示壓控振蕩器角頻率稱剩余相位誤差或穩(wěn)態(tài)相位誤差。正是這個(gè)穩(wěn)態(tài)相位誤差，才使鑒相器輸出一直流電壓，控制壓控振蕩器的振蕩角頻率，使之等于輸入信號(hào)角頻率。當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)，,這時(shí)相位誤差為一固定值，2.環(huán)路濾波器（LF）鎖相環(huán)路中常用的環(huán)路濾波器

(a)RC低通濾波器(b)RC比例積分濾波器(c)有源比例積分濾波器圖7—10環(huán)路濾波器uC3.壓控振蕩器（VCO）

壓控振蕩器（VCO）是一個(gè)電壓—頻率變換裝置，它的振蕩頻率受輸入控制電壓uC的控制圖7—7鑒頻特性曲線

壓控振蕩器的電路有多種，最常見的是利用變?nèi)荻O管VD實(shí)現(xiàn)電壓對(duì)振蕩頻率的控制。圖7—11變?nèi)荻O管壓控振蕩器P152—1（1）、7作業(yè)7.3.2鎖相環(huán)路捕捉與跟蹤由失鎖進(jìn)入鎖定的過程稱為捕捉過程。若環(huán)路初始狀態(tài)是鎖定的，因某種原因使頻率發(fā)生變化，環(huán)路通過自身的調(diào)節(jié)來維持鎖定的過程稱為跟蹤過程。環(huán)路所能保持跟蹤的最大失諧頻帶稱為同步帶（跟蹤帶），又稱同步范圍（跟蹤范圍）或鎖定范圍。捕捉過程：失鎖鎖定

跟蹤過程：鎖定維持鎖定鎖相環(huán)路根據(jù)初始狀態(tài)的不同有兩種自動(dòng)調(diào)節(jié)過程綜上，鎖相環(huán)路具有如下特性：(1)環(huán)路鎖定時(shí)，鑒相器的兩個(gè)輸入信號(hào)頻率相等，沒有頻率誤差。(2)環(huán)路鎖定時(shí)，VCO輸出頻率能在一定范圍內(nèi)跟蹤輸入信號(hào)頻率的變化?！l率跟蹤特性。(3)鎖相環(huán)路通過環(huán)路濾波器的作用后還具有窄帶濾波特性。

鎖相環(huán)路（PLL）與自動(dòng)頻率控制（AFC）相同：二者都是利用誤差信號(hào)的反饋?zhàn)饔脕砜刂票环€(wěn)定的振蕩器頻率。區(qū)別：在鎖相環(huán)路中采用的是鑒相器，它所輸出的誤差電壓與兩個(gè)相互比較的頻率源之間的相位差成比例，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，被穩(wěn)定的頻率等于標(biāo)準(zhǔn)頻率，但有穩(wěn)態(tài)相位差存在；在自動(dòng)頻率控制系統(tǒng)中，采用的是鑒頻器，它所輸出的誤差電壓與兩個(gè)相互比較的頻率源的頻率差成比例，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)頻率不能完全相等，必須有剩余頻差存在。利用鎖相環(huán)路可以實(shí)現(xiàn)較為理想的頻率控制。

7.3.3集成鎖相環(huán)路模擬PLL：模擬PDLFVCO數(shù)字PLL：全數(shù)字：數(shù)字PD數(shù)字LF數(shù)字VCO模擬+數(shù)字：數(shù)字PD模擬LF模擬VCO按電路構(gòu)成分類通用PLL專用PLL按用途分類

集成鎖相環(huán)具有成本低、體積小、可靠性好且調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。通用型單片集成鎖相環(huán)路L562內(nèi)部結(jié)構(gòu)引腳如圖為采用L562集成鎖相環(huán)的調(diào)頻FM解調(diào)電路的外接電路圖

采用鎖相環(huán)路從所接收的信號(hào)中提取載波信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)調(diào)幅波的同步檢波，電路組成框圖如圖所示。(1)鎖相環(huán)同步檢波圖7—17鎖相環(huán)同步檢波電路組成框圖(2)鎖相環(huán)鑒頻（鑒相）

工作原理：輸入為調(diào)頻信號(hào)，當(dāng)環(huán)路鎖定后，壓控振蕩器的振蕩頻率就精確地跟蹤輸入調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率而變化，產(chǎn)生具有相同調(diào)制規(guī)律的調(diào)頻信號(hào)。只要壓控振蕩器的頻率控制特性是線性的，壓控振蕩器的控制電壓uc(t)就是輸入調(diào)頻信號(hào)的原調(diào)制信號(hào)。同樣的原理可實(shí)現(xiàn)調(diào)相信號(hào)的解調(diào)，即鎖相環(huán)鑒相。圖7—18鎖相環(huán)鑒頻電路組成框圖圖7—19采用L562集成鎖相環(huán)和外接電路組成的鑒頻電路圖（3）鎖相接收機(jī)

信號(hào)頻率漂移較嚴(yán)重時(shí)，若采用普通接收機(jī)，就要求帶寬較寬，這可能導(dǎo)致接收機(jī)輸出信噪比嚴(yán)重下降而無法檢出有用信號(hào)。

采用鎖相接收機(jī)，利用PLL的窄帶跟蹤特性，就可自動(dòng)跟蹤信號(hào)頻率進(jìn)行接收，有效提高輸出信噪比。（4）鎖相頻率合成器

為實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的無線通信，抗干擾，近代通信系統(tǒng)往往要求通信機(jī)具有大量的、可供用戶選擇的、能迅速更換的頻率穩(wěn)定度和精度很高的載波信號(hào)頻率。

晶體振蕩器雖然頻率穩(wěn)定度和精度很高，但其頻率值只能在很小范圍內(nèi)微調(diào)。

頻率合成器作用：利用一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)頻率，產(chǎn)生一系列等間隔的離散頻率。這些頻率的頻率穩(wěn)定度和精度均和基準(zhǔn)頻率的相同，且頻率轉(zhuǎn)換的時(shí)間很短。環(huán)路鎖定時(shí)，故得輸出信號(hào)頻率fo：fo

=Nfs/R=

N

fr

式中fr=fs/R，稱參考信號(hào)頻率，是由標(biāo)準(zhǔn)頻率源經(jīng)參考分頻器R分頻后得到的。

fr為各輸出信號(hào)頻率間隔（分辨率）

。

在基本鎖相環(huán)路的反饋通道中插入分頻器，就可構(gòu)成簡(jiǎn)單鎖相頻率合成器，如圖所示：圖7—21簡(jiǎn)單鎖相頻率合成器fs/R=fo/N

——稱鎖相倍頻電路

參考分頻器由12級(jí)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成。取分頻比R=28=256，則得頻率間隔為：fr=1024kHz/256=4kHz。CD4046組成的頻率合成器實(shí)例N分頻器采用可編程分頻器CC40103構(gòu)成。圖中N=29。改變N可獲得不同頻率的信號(hào)輸出。

通信與電子設(shè)備中廣泛采用的反饋控制電路有（）電路（AGC）、（）電路（AFC）和（）電路（APC），它們用來改善和提高整機(jī)的性能。（）用來穩(wěn)定輸出電壓或電流的幅度；

（）用于維持工作頻率的穩(wěn)定；（）又稱鎖相環(huán)路（PLL），用于實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電信號(hào)的相位同步。

鎖相環(huán)路是利用相位的調(diào)節(jié)以消除（）的自動(dòng)控制系統(tǒng)，由（）等組成。當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)，環(huán)路輸出信號(hào)頻率與輸入信號(hào)（參考信號(hào)）頻率（），但兩信號(hào)之間保持一恒定的