锁相技术期末总复习提纲分析报告.doc

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第一章 一.锁相环组成 PLL两种工作状态:捕获状态和锁定(或称同步)状态 锁定后频差,相差为 基本锁相环的组成: ⑴ 鉴相器(Phase Detector)---PD ⑵ 环路滤波器(Loop Filter)---LF ⑶ 压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator)---VCO 为输入量的瞬时相位。 为输入量的瞬时相位。 各部分分析: 1.鉴相器 是一个相位比较器,用于比较与之间的相位差 再经过低通滤波器(LPF)滤除成分之后,得到误差电压 令 为鉴相器的最大输出电压,得到 2.环路滤波器及其传输函数 环路滤波器是一个线性电路,在时域分析中可用一个传输算子来表示,其中是微分算子;在频域分析中可用传递函数表示,其中是复频率;若用代入就得到它的频率响应,故环路滤波器模型可表示为图 定义控制电压 (1)RC积分滤波器这是结构最简单的低通滤波器, 传输算子:, 是时间常数,这是这种滤波器唯一可调的参数。 令p=jΩ,并代入(1-18)式,即可得滤波器的频率特性: 低通特性,相位滞后。当频率很高时,幅度趋于零,相位滞后接近于。 (2)无源比例积分滤波器无源比例积分滤波器如图1-9(a)所示,它与RC积分滤波器相比,附加了一个与电容器串联的电阻R2,这样就增加了一个可调参数。 传输算子: ;是两个独立的可调参数。 频率特性: 据此可作出对数频率特性,如图1-9(b)所示。这也是一个低通滤波器,与RC积分滤波器不同的是,当频率很高时 图1-9 无源比例积分滤波器的组成与对数频率特性 (a)组成 (b)频率特性 低通特性。 从相频特性上看,当频率很高时有相位超前校正的作用,这是由相位超前因子引起的。这个相位超前作用对改善环路的稳定性是有用的。 (3)有源比例积分滤波器有源比例积分滤波器由运算放大器组成,电路如图 它的传输算子:,;; 是运算放大器无反馈时的电压增益 若运算放大器的增益很高,则传输算子可以近似为 图1-10 有源比例积分滤波器的组成与对数频率特性 (a)组成 (b)频率特性 负号对环路的工作没有影响,分析时可以不予考虑。故传输算子可以近似为 式中τ1=R1C。(传输算子的分母中只有一个p,是一个积分因子,故高增益的有源比例积分滤波器又称为理想积分滤波器。显然,A越大就越接近理想积分滤波器。此滤波器的频率响应为 低通特性,比例作用。相频特性有超前校正。 3.压控振荡器 压控振荡器是一个电压-频率变换装置,在环中作为被控振荡器,它的振荡频率应随输入控制电压 线性地变化,即应有变换关系 是压控振荡器的瞬时角频率; 为控制灵敏度或称为增益系数,单位是。 由于压控振荡器的输出反馈到鉴相器上,对鉴相器输出误差电压起作用的不是其频率而是其相位 即 改写成算子形式为 二 关于捕获锁定两种工作状态 捕获过程 从输入信号加到锁相环路的输入端开始,一直到环路达到锁定的全过程,称为捕获过程。一般情况,输入信号频率ωi与被控振荡器自由振荡频率ωo不同,即两者之差Δωo≠0。若没有相位跟踪系统的作用,两信号之间相差 锁定状态 捕获状态终了,环路的状态稳定在 在输入固定频率信号的条件之下,环路进入同步状态后,输出信号与输入信号之间频差等于零,相差等于常数,即 常数 评价捕获过程性能有两个主要指标。一个是环路的捕获带Δωp,即环路能通过捕获过程而进入同步状态所允许的最大固有频差|Δωo|max。若ΔωoΔωp,环路就不能通过捕获进入同步状态。 另一个指标是捕获时间Tp,它是环路由起始时刻t0到进入同步状态的时刻ta之间的时间间隔,即 捕获时间Tp的大小除决定于环路参数之外,还与起始状态有关。一般情况下输入起始频差越大,Tp也就越大。通常以起始频差等于Δωp,来计算最大捕获时间,并把它作为环路的性能指标之一。 三 动态方程 令环路增益锁相环路动态方程的一般形式 :环路的瞬时频差; 。当输入固定频率信号时,就是固有频差; :瞬时相差作用下的误差电压瞬时值 :误差电压经环路滤波器过滤之后加到VCO上的控制电压瞬时值 :控制电压加到VCO上所引起振荡频率相对于自由振荡频率的频差,即控制频差 由此得到动态方程物理概念上的含意:瞬时频差=固有频差-控制频差。 锁相环路的稳态相差。 四一阶锁相环路捕获锁定与失锁 五 课堂讲解的例题及作业 第二章 一 写传输函数 相频特性:反映不同频率信

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