第8章课件锁相技术.ppt

高频电子技术第8章 锁相技术及其在高频电路中的应用 第8章教学要点 1、锁相环电路的组成和工作原理 2、锁相环电路的三个基本性质 3、基本性质在调频信号解调、倍频和频率合成电路中的应用 4、识读锁相环电路CD4046组成的解调电路和高精度频率源电路 8.1 锁相环的组成与原理 8.1.1 锁相环路的基本组成 1、锁相环路的组成 8.1.1 锁相环路的基本组成 2、输入输出相位和频差 2、输入输出相位和频差 式中 2、输入输出相位和频差 8.1.2 锁相环路各单元的功能 1、鉴相器功能 8.1.2 锁相环路各单元的功能 2、环路滤波器的作用 8.1.2 锁相环路各单元的功能 3、压控振荡器功能 8.1.3 锁相环路的工作原理 1、锁相环路的基本方程 1、锁相环路的基本方程 上图所示的相位关系，可以用下面的方程式来表示： 2、锁相环路的基本性质 2、锁相环路的基本性质 2、锁相环路的基本性质 2、锁相环路的基本性质 2、锁相环路的基本性质 8.2 锁相环典型应用简介 8.2.1 频率调制与解调 锁相环用于调频信号解调的电路框图如图所示。 8.2.1 频率调制与解调 锁相环用于调频信号解调的电路框图如图所示。 8.2.2 倍频器 8.2.3 频率合成器 8.3 锁相环应用电路识读 8.3.1 典型锁相环芯片CD4046简介 8.3.1 典型锁相环芯片CD4046简介 8.3.1 典型锁相环芯片CD4046简介 8.3.2 CD4046组成的解调电路 8.3.3 CD4046组成的高精度频率源 8.3.3 CD4046组成的高精度频率源 8.3.3 CD4046组成的高精度频率源 第8章到此结束谢谢！ * 锁相环简称PLL，是英语Phase Lock Loop的缩写。所谓锁相，就是实现相位同步的自动控制。用来实现两个信号相位同步自动控制的环路称为锁相环，锁相环路框图如图所示。 图中ui(t)是角频率为ωi的锁相环路输入电压，一般由石 英晶体振荡电路产生，具有较高的频率稳定性。u0(t)是锁 相环路（即压控振荡电路）的输出电压，角频率为ω0， uD(t)是鉴相器的输出电压，uC(t)是环路滤波器的输出电压。 锁相环是传递相位的闭环控制系统，系统对输入输出系统的相位作出响应，而不是幅度。为此，首先引入输入、输出相位和频差的概念。 设:输入信号ui(t)是角频率为ωi的正弦波电压： 压控振荡电路闭环时的输出信号u0(t)为余弦波电压： 为比较方便，设输入输出信号的初始相位φ1、φ2都等于 零，并以开环时的压控振荡电路输出信号频率ωr为参考点， 以上两式化为： 输入信号ui(t)和输出信号u0(t)之间的相位差称为误差相位 φi(t)和φ0(t)是以自由振荡频率为参考点的输入输出电 压的瞬时相位，分别称其为输入相位和输出相位。 两边对时间t求导，可求出输入及输出信号角频率与自由振 荡角频率之差，分别称为输入固有角频率差和控制角频率差： 输入固有 角频率差 控制角 频率差 误差相位 瞬时角频率差 我们将利用前面定义的相位和角频率量来讨论锁相环的工 作原理和特性，为便于比较彼此间的联系与区别，将上述各 量的定义汇总于下表。下面的讨论中将使用这些定义。 鉴相器可由乘法器组成，这时鉴 相器输出信号uD(t)正比于这两个输 入信号的乘积，即 方括号内第一项是高频成分，经过低通环路滤波器后被滤 去，因此输出信号应与第二项成正比，即 ui(t) u0(t) uD(t) 三角函 数公式 可见，鉴相器的基本功能是：其输出电压uC(t)正比于两 个输入信号的相位差。对于乘法器组成的鉴相器，这一比例 关系是近似的，对于理想的鉴相器，上述关系是精确的。 环路滤波器是低通滤波器，它在锁相环路中的作用是滤除 电压uD(t)中的高频成分，改善控制电压的频谱纯度，提高系 统的稳定性。 uC(t) uD(t) ui(t) 压控振荡器是输出信号频率受输入电压控制的振荡器，理 想压控振荡器的输出频率与输入电压有线性关系 uC(t) u0(t) 式中ωr是压控振荡器的自由振荡频率，A0称为压控灵敏度 ，等于单位控制电压引起的输出频率变化量。 由式（8.15）求得t时刻输出相位φ0(t)等于： 结论：输出相位受压控振荡器输入电压控制，且正比于 控制电压的对时间的积分。 综合上述分析，可用下图来表示锁相环路的相位传输关系。鉴相器起相位加减运算的作用，输入相位φi(t)和输出相位φ0(t)作用于鉴相器后输出相位差φe(t)=