第9章反馈控制电路与频率合成.ppt

第9章　反馈控制电路与频率合成 教学基本要求 1. 了解反馈控制电路的三种基本形式及工作原理 2. 掌握锁相环路的系统组成、电路模型、环路方 程和工作原理。掌握环路跟踪特性的分析方法和结论。 3. 了解集成锁相环路的电路原理及其应用 4. 掌握频率合成器的概念、电路组成、工作原理 和性能指标。 5. 了解DDS频率合成器的工作原理和性能特点。 本章教学内容 9.1 概述 9.2 自动相位控制电路(锁相环路) 9.3 频率合成 9.4 自动频率控制电路 9.5 自动增益控制电路 9.1　概　　述 反馈控制电路可以看成由被控制对象和反馈控制器两部分组成的自动调节系统。 图9.1.1　反馈控制电路的组成方框图 图中Xo为系统的输出量,XR为系统的输入量，也就是反馈控制器的比较标准量。 根据实际工作的需要，每个反馈控制电路的Xo和XR之间都具有确定的关系，例如Xo=g(XR)。 9.1.1 自动振幅控制电路 自动振幅控制电路通常称为自动增益控制电路。 主要用于接收机中，使整机在输入振幅变化时保持输出电压振幅不变。自动振幅控制电路的被控量是电压振幅，在反馈控制器中必须进行振幅比较，利用误差量去对输出振幅进行调整。 图9.1.2所示是自动振幅控制电路组成方框图，可控增益放大器是环路的被控对象，它的 输入量ui(不是控制环路的输入 量uR)与其输出量uo的关系是 uo=A2(ue)ui 其中，A2(ue)是受环路振幅比较 器输出误差电压ue控制的放大 器的放大倍数。 图9.1.2　自动增益控制方框图 9.1.2 自动频率控制电路 自动频率控制电路主要用于电子设备中保证振荡器的振荡频率稳定。被控量是频率，被控对象是压控振荡器(VCO)。而在反馈控制中必须对振荡频率进行比较，利用输出误差量对被控制对象的输出频率进行调整。 图9.1.3　自动频率控制方框图 图9.1.3所示是自动频率控制电路的组成方框图，压控振荡器输出电压的频率受uc控制。而uc是压控振荡的输出频率ωo与比较标准频率ωR经鉴频器比较产生的误差电压ue经放大后得到的控制电压。 9.1.3 自动相位控制电路 自动相位控制电路通常称为锁相环路。利用锁相环路可以实现许多功能。锁相环路的被控量是相位，被控对象是压控振荡器(VCO)。在反馈控制器中对振荡相位进行比较。利用输出误差量对被控对象的输出相位进行调整。 图9.1.4　自动相位控制方框图 图9.1.4所示是自动相位控制电路的组成方框图。压控振荡器输出振荡电压的相位受uc控制。而uc是由压控振荡器的输出相位θV与环路输入相位θR经鉴相器产生的误差电压ue经环路滤波器后得到的控制电压。 9.2　锁相环路基本原理及应用 9.2.1锁相环路的组成及基本原理 锁相环路是一个相位误差控制系统。它是由鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)和压控振荡器(VCO)组成的闭环系统。 因为锁相环路中的被控量是相位，所以研究锁相环路的性能，必须首先建立锁相环路的相位模型。 1.鉴相器及其相位模型 (1)鉴相器的功能 鉴相器是相位比较器，其功能是用来比较输入信号的相位和压控振荡器(VCO)输出信号的相位，其输出电压与这两个信号的相位差成正比。 任何一个理想的模拟乘法器都可以作为鉴相器。 (2)鉴相器的相位模型 设输入信号电压和压控振荡器输出信号电压分别为 式中，URm为输入信号电压的振幅； ωR为输入信号的角频率；θR(t)为输 入信号以其载波相位ωRt为参考的瞬时相位； UVm为压控振荡器输出信号电压的振幅；ω0压控振荡器输出信号的中心角频率；θV (t)为压控振荡器输出信号以相位ω0t为参考的瞬时相位。 为了便于比较两信号之间的相位差，规定统一以压控振荡器在控制电压uc