高頻電子線路反饋與控制

高頻電子線路反饋與控制第1頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2本章基本要求掌握AGC、AFC等基本反饋控制電路的原理及作用、相關(guān)電路；熟悉鎖相環(huán)的應(yīng)用的分析方法；了解集成鎖相環(huán)、頻率合成技術(shù)及其應(yīng)用第2頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3反饋控制電路

反饋控制電路是電子系統(tǒng)中的一種自動(dòng)調(diào)節(jié)電路,其作用是反饋系統(tǒng)在受到擾動(dòng)的情況下,系統(tǒng)通過(guò)自身反饋控制的調(diào)節(jié)作用,使其中的某個(gè)參數(shù)（如電信號(hào)的振幅、頻率或相位）受控制達(dá)到預(yù)定的精度。反饋控制系統(tǒng)可以用如圖8-1-1所示的方框圖來(lái)描述

。

第3頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4反饋控制電路分類(lèi)

自動(dòng)增益控制(AutomaticGainControl,AGC)、自動(dòng)頻率控制(AutomaticFrequencyControl,AFC)，AFC電路在某些系統(tǒng)中又稱(chēng)為自動(dòng)頻率微調(diào)電路（AutomaticFrequencyTuning，AFT），自動(dòng)相位控制(AutomaticPhaseControl,APC)。APC電路又稱(chēng)為鎖相環(huán)路(PhaseLockedLoop，PLL),這是應(yīng)用最廣的一種反饋控制電路。

第4頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5自動(dòng)增益控制（AGC）電路

在無(wú)線電通信、廣播、電視、遙測(cè)遙感等系統(tǒng)中,由于受到發(fā)射功率大小、接收距離遠(yuǎn)近及信號(hào)衰落等許多因素的影響,接收機(jī)所接收到的信號(hào)強(qiáng)度變化較大,信號(hào)的強(qiáng)弱可能相差幾十分貝。其原因主要有:a.同一接收機(jī)在同一接收點(diǎn)接收不同發(fā)射機(jī)的信號(hào)。由于各發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率不同,接收點(diǎn)與發(fā)射機(jī)的距離不同,因此不同發(fā)射機(jī)在該接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)不同。b.處于移動(dòng)狀態(tài)中的接收機(jī),如手持移動(dòng)電話、車(chē)、船、飛機(jī)中的通信等,隨著接收地點(diǎn)的變化,同一發(fā)射機(jī)的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)也在不斷變化。c.信號(hào)的多徑傳輸及其衰落等,都使接收機(jī)的輸入信號(hào)強(qiáng)度發(fā)生變化。第5頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6AGC電路的組成

AGC電路的組成框圖如圖所示第6頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四7第7頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四8增益控制的方法

接收機(jī)、發(fā)射機(jī)以及其他電子系統(tǒng)中有多種增益控制的方法。最基本的方法有兩種：一是通過(guò)改變放大管的直流偏置，改變放大管的正向傳輸導(dǎo)納變?cè)鲆娴哪康模?/p>

，從而達(dá)到改二是利用二極管或場(chǎng)效應(yīng)管的變阻特性組成電控衰減器實(shí)現(xiàn)對(duì)放大器增益的控制。第8頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四9(1)改變放大管直流偏置法當(dāng)晶體三極管的變化時(shí)，正向傳輸導(dǎo)納之變化，以此可以改變?nèi)龢O管的增益，控制方式分為正向下降；反向AGC則通過(guò)減小來(lái)控制增益下降。也隨AGC和反向AGC兩種。正向AGC通過(guò)增加來(lái)控制增益如圖所示。第9頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四10(2)采用電控衰減器法第10頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四11(3)利用PIN二極管構(gòu)成AGC電路第11頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四12(4)雙柵場(chǎng)效應(yīng)管的AGC電路第12頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四13(5)調(diào)幅收音機(jī)中的AGC電路第13頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四14自動(dòng)頻率微調(diào)（AFT）電路自動(dòng)頻率調(diào)整(AFT)電路也稱(chēng)為自動(dòng)頻率控制(AFC)電路，是接收機(jī)中的重要電路之一。它由反饋控制電路及可控頻率器件組成,如圖所示。第14頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四15下圖為超外差電視接收機(jī)中的自動(dòng)頻率控制電路，又稱(chēng)為自動(dòng)頻率微調(diào)(AFT)電路,其作用是使本振頻率穩(wěn)定,以保證接收機(jī)穩(wěn)定工作其中本振頻率為接收的高頻已調(diào)信號(hào)的載波頻率為,混頻器輸出的中頻

。

，所頻率為第15頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四16第16頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四17第17頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四18自動(dòng)相位控制（APC）電路自動(dòng)相位控制（APC）電路又稱(chēng)為鎖相(PLL)。下圖所示是簡(jiǎn)單的鎖相環(huán)電路組成框圖。它的控制對(duì)象是VCO。反饋控制電路由鑒相器和低通濾波器組成。第18頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四19APC電路也是一種實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤的自動(dòng)控制電路。但在與VCO的振蕩角頻率之間保持預(yù)定的關(guān)系(如=)。在滿足這種預(yù)定關(guān)系與率差,而是利用它們之間的相位誤差,即環(huán)路保持一個(gè)固定,因此,環(huán)路的鎖定是指相位的鎖定。

APC電路中,輸入信號(hào)的角頻率時(shí),環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)。但這時(shí)不是利用之間的頻的相位差A(yù)PC系統(tǒng)的主要特性有:a)環(huán)路鎖定時(shí)無(wú)頻差。b)良好的窄帶跟蹤特性。c)良好的調(diào)制跟蹤特性。d)門(mén)限性能好。e)易于集成化。第19頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四20集成鎖相環(huán)的基本部件及相位模型集成鎖相環(huán)是將下圖所示的鎖相環(huán)中的重要部件鑒相器、壓控振蕩器及某些特殊的器件集成在同一基片上，各部分之間采用部分連接或都不連接的一種集成電路。第20頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四21鑒相器(PD)它的作用是檢測(cè)出和兩個(gè)電壓之間的相位差,。

產(chǎn)生相應(yīng)的輸出電壓第21頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四22為輸入信號(hào),為VCO輸出電壓,兩信號(hào)正交,即其中，是以為參考的的瞬時(shí)相位；是以為參考的的瞬時(shí)相位。若以為參考頻率,則相位可寫(xiě)為

的總式中，是以為參考角頻率時(shí)的瞬時(shí)相位。

于是有第22頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四23將兩式所表示的輸入信號(hào)相乘,濾除2獲得鑒相器輸出誤差電壓

分量,即可若,則鑒相器的特性稱(chēng)為余弦鑒相特性

,這時(shí)第23頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四24壓控振蕩器(VCO)壓控振蕩器是一個(gè)電壓─頻率轉(zhuǎn)換器,其瞬時(shí)角頻率ωo(t)的函數(shù),控制特性如圖a所示。

是控制電壓在環(huán)路鎖定點(diǎn)附近,VCO的控制特性呈線性。VCO輸出的總相位為第24頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四25環(huán)路濾波器環(huán)路低通濾波器主要用于濾除鑒相器輸出電流中一些無(wú)用的組合頻率及干擾,以提高環(huán)路的穩(wěn)定性。鎖相環(huán)中常用的環(huán)路濾波電路有簡(jiǎn)單RC

低通濾波器或有源RC低通濾波器。環(huán)路濾波器傳遞函數(shù)的通式為式中，為濾波器的傳遞函數(shù)。

第25頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四26鎖相環(huán)的相位模型如下圖所示的鎖相環(huán)路的相位模型由該模型可得到環(huán)路的基本方程:即或表示為稱(chēng)為鎖相環(huán)路的瞬時(shí)角頻差稱(chēng)為環(huán)路的控制頻差稱(chēng)為輸入固有角頻差第26頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四27鎖相環(huán)的自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程第27頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四28鎖相環(huán)路通常還用同步范圍和捕捉范圍來(lái)說(shuō)明環(huán)路的頻率—電壓特性，如圖所示。第28頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四29集成鎖相環(huán)的應(yīng)用通用集成鎖相環(huán)組成鎖相解調(diào)電路第29頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四30偏置及溫度補(bǔ)償?shù)?0頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四318.3.2鎖相在倍頻、分頻、混頻和接收機(jī)中的應(yīng)用在基本鎖相環(huán)路的反饋通道中插入分頻器,就可組成鎖相倍頻電路,其組成框圖如圖a所示。由于反饋信號(hào)的角頻率是VCO輸出角頻率經(jīng)n次分頻后的將與輸入信號(hào)角頻率相同,所以VCO輸出信號(hào)的角頻率是輸入信號(hào)角頻率的n倍,即。

角頻率,當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí),送入鑒相器的反饋信號(hào)角頻率(/n)第31頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四32若在環(huán)路中插入分頻器,如圖b所示，則與上述情況，即分頻信號(hào)的分頻次數(shù)是倍頻器的倍頻次數(shù)。

相反,環(huán)路鎖定時(shí)

，VCO輸出第32頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四33在基本鎖相環(huán)的反饋通道中插入混頻器和中頻放大器,還可組成鎖相混頻電路，如圖c所示。第33頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四34圖所示為鎖相接收機(jī)的組成框圖。由圖可見(jiàn),它除了鑒相器、環(huán)路濾波和振蕩器(VCO)外,還在基本環(huán)路中插入了混頻器、中頻放大器和基準(zhǔn)信號(hào)源（晶體振蕩器）第34頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四35集成鎖相頻率合成技術(shù)頻率合成，是利用一個(gè)或幾個(gè)高穩(wěn)定度和高精度的頻率源（通常為晶體振蕩器），通過(guò)對(duì)它進(jìn)行混頻（加減）、倍頻（乘）或分頻（除），產(chǎn)生大量的具有相同頻率穩(wěn)定度和精度的頻率信號(hào)。圖所示為鎖相頻率合成器的組成框圖。其中，包括倍頻鎖相環(huán)、分頻鎖相環(huán)和混頻鎖相環(huán)(其中為參考角頻率)三種方式。

第35頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四36第36頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四37集成直接數(shù)字頻率合成器根據(jù)奈奎斯特采樣定理對(duì)于一個(gè)周期的連續(xù)正弦波信號(hào)，可以沿著其相位軸方向，以等量的相位間隔對(duì)其進(jìn)行相位/幅度采樣，得到一個(gè)周期性的離散相位的正弦信號(hào)抽樣序列，并對(duì)模擬幅度進(jìn)行量化，對(duì)量化后的幅度采用相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，根據(jù)合成波形的精度要求，采用接近的整數(shù)值表示相應(yīng)的幅值序列。這樣就可以把一個(gè)周期性的連續(xù)正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換成一系列離散的二進(jìn)制序列，最后把它存儲(chǔ)在只讀存儲(chǔ)器中，每個(gè)存儲(chǔ)單元的地址就是相位取樣地址，而存儲(chǔ)單元的內(nèi)容即是量化的正弦波的幅度值。第37頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四38采用一個(gè)只讀存儲(chǔ)器構(gòu)成一個(gè)與的正弦函數(shù)查找表，只要輸入相位地址，就可以立即得到相應(yīng)的正弦波幅度值數(shù)據(jù)，從而取代了用計(jì)算機(jī)對(duì)正弦函數(shù)的遞推運(yùn)算。

相位取樣相對(duì)應(yīng)第38頁(yè)，共41頁(yè)，2023年，2月20日，星期四39在固定的時(shí)間間隔內(nèi)，正弦波的相位角增量與正弦波的頻率構(gòu)成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系