第八章反馈控制电路(精编).ppt

第8章 反馈控制电路 第一节 自动增益控制电路 第二节 自动频率控制电路 第三节 锁相环路 三、 锁相环工作过程的定性分析 1.锁定状态 当在环路的作用下,调整控制频差等于固有频差时,瞬时相差θe(t)趋向于一个固定值,并一直保持下去,即满足 锁定正是在由稳态相差θe(∞)产生的直流控制电压作用下,强制使VCO的振荡角频率ωv相对于ω0偏移了Δω0而与参考角频率ωr相等的结果。即 2. 跟踪过程 当VCO控制频差Δωv大得足以补偿固有频差Δω0时,环路维持锁定,因而有 如果继续增大Δω0,使｜Δω0｜＞K0UdF(j0),则环路失锁(ωv≠ωr)。因此,我们把环路能够继续维持锁定状态的最大固有频差定义为环路的同步带: 3.失锁状态 失锁状态就是瞬时频差(ωr-ωv)总不为零的状态。这时,鉴相器输出电压ud(t)为一上下不对称的稳定差拍波,其平均分量为一恒定的直流。这一恒定的直流电压通过环路滤波器的作用使VCO的平均频率ωv（振荡频率）偏离ω0（固有振荡频率）向ωr（参考信号频率）靠拢,这就是环路的频率牵引效应。 4. 捕获过程 开机时,鉴相器输入端两信号之间存在着起始频差(即固有频差)Δω0,其相位差Δω0t。因此,鉴相器输出的是一个角频率等于频差Δω0的差拍信号,即 环路能否发生捕获是与固有频差的Δω0大小有关。只有当|Δω0|小到某一频率范围时,环路才能捕获入锁,这一范围称为环路的捕获带Δωp。它定义为在失锁状态下能使环路经频率牵引,最终锁定的最大固有频差|Δω0|max,即 四、 锁相环路的线性分析 锁相环路线性分析的前提是环路同步,线性分析实际上是鉴相器的线性化。虽然压控振荡器也可能是非线性的,但只要恰当地设计与使用就可以做到控制特性线性化。鉴相器在具有三角波和锯齿波鉴相特性时具有较大的线性范围。而对于正弦型鉴相特性。 当｜θe｜≤π／6时,可把原点附近的特性曲线视为斜率为Kd的直线,如图8―21所示。因此,式(8―21)可写成 用Kdθe(t)取代基本方程式(8―35)中的 Udsinθe(t)可得到环路的线性基本方程 对式(8―46)两边取拉氏变换,就可以得到相应的复频域中的线性相位模型,如图8―24所示。 环路的相位传递函数有三种,用于研究环路不同的响应函数。 （1）开环传递函数研究开环(θe(t)=θ1(t))时,由输入相位θ1(t)所引起的输出相位θ2(t)的响应,为 （3）误差传递函数研究闭环时,由θ1(t)所引起的误差响应θe(t),为 表8―1列出了采用无源比例积分滤波器和理想积分滤波器(即A很高时的有源比例积分滤波器)的环路传递函数。 1．跟踪特性 锁相环的一个重要特点是对输入信号相位的跟踪能力。衡量跟踪性能好坏的指标是跟踪相位误差,即相位误差函数θe(t)的暂态响应和稳态响应。其中暂态响应用来描述跟踪速度的快慢及跟踪过程中相位误差波动的大小。稳态响应是当t→∞时的相位误差值,表征了系统的跟踪精度。 在给定锁相环路之后,根据式(8―49)可以计算出复频域中相位误差函数θe(s),对其进行拉氏反变换,就可以得到时域误差函数θe(t)。 下面我们分析理想二阶环对于频率阶跃信号的暂态误差响应。 当输入参考信号的频率在t=0时有一阶跃变化,即 式(8―56)相应的响应曲线如图8―25所示。由图可见: ? (1)暂态过程的性质由ξ决定。当ξ＜1时,暂态过程是衰减振荡,环路处于欠阻尼状态;当ξ＞1时,暂态过程按指数衰减,尽管可能有过冲,但不会在稳态值附近多次摆动,环路处于过阻尼状态;当ξ=1时,环路处于临界阻尼状态,其暂态过程没有振荡。 (2)当ξ＜1时,暂态过程的振荡频率为 （1-ξ2)1/2ωn。若ξ=0,则振荡频率等于ωn。所以ωn作为无阻尼自由振荡角频率的物理意义很明确。 (3)由图可见,二阶环的暂态过程有过冲现象,过冲量的大小与ξ值有关。ξ越小,过冲量越大,环路相对稳定性越差。 (4)暂态过程是逐步衰减的,至于衰减到多少才认为暂态过程结束,完全取决于如何选择暂态结束的标准。 (4)暂态过程是逐步衰减的,至于衰减到多少才认为暂态过程结束,完全取决于如何选择暂态结束的标准。 稳态相位误差