[工学]通信电子电路第八章第1节.ppt

本章内容 8.1 锁相环路 8.2 集成锁相环芯片 8.3 锁相环路的应用 本章重点与难点 （一）本章重点 1．锁相环的构成及工作原理； 2．锁相环路各组成部分的分析；锁相环路的数学 模型； 3．环路的捕获、锁定和跟踪、环路的同步带和捕 捉带； 4．CD4046 CMOS单片锁相环路逻辑图和引出端 功能图以及使用说明； 5．锁相环路的特性以及应用。 （二）本章难点 1．锁相环的工作原理； 2．锁相环路的数学模型。 相关英文词汇 1) Phase Locked Loop 锁相环 2) Low Pass Filter 低通滤波器 3) Voltage Controlled Oscillator 压控振荡器 4) Phase Detecting 鉴相器 8.1 锁相环路 (PLL) 一、概述 二、基本锁相环的构成 三、锁相环路的基本工作原理 四、环路的捕获、锁定和跟踪 五、环路的同步带与捕捉带 六、锁相环路各组成部分的分析 七、锁相环路的数学模型 一、概述 在无线电技术中，为了改善电子设备的性能，广泛采用各种的反馈控制电路。常用的有锁相环路（PLL）即自动相位控制电路，自动增益（AGC）电路以及自动频率控制（AFC）电路。 锁相环路早期应用于电视机的同步系统，使电视图像的同步性能得到了很大的改善。 上世纪50年代后期，随着空间科学的发展，锁相环(PLL)在跟踪和接收来自宇宙飞行器(人造卫星、宇宙飞船)的微弱信号方面显示出了很大的优越性。普通的超外差接收机,频带做得相当宽、噪声大,同时信噪比也大大降低。 而在锁相环接收机中，由于中频信号可以锁定，所以频带可以做得很窄（几十赫兹以下），则带宽可以下降很多。所以输出信噪比也就大大提高了。 只有采用锁相环路（PLL）做成的窄带锁相跟踪接收机才能把深埋在噪声中的信号提取出来。 锁相环路不仅能完成频率合成的任务，而且还具有优良的滤波性能。这种滤波性能不仅能够得到很窄的通频带，而且其中心频率又可变。这些性能是普通的滤波器所不能比拟的。 目前在比较先进的模拟和数字通信系统中大都使用了锁相环路。煤矿中目前主要开始应用的是锁相环调制器和解调器。 二、基本锁相环的构成 鉴相器是相位比较器，用来比较输入信号ui(t)与压控振荡器输出信号uo(t)的相位，输出电压对应于这两个信号相位差的函数。 环路滤波器是滤除ud(t)高频分量及噪声，以保证环路所要求的性能。 压控振荡器受环路滤波器输出电压uc(t)的控制,使振荡频率向输入信号的频率靠拢，直至两者的频率相同，使得VCO输出信号的相位和输入信号的相位保持某种特定的关系，达到相位锁定的目的。 三、锁相环路的基本工作原理 如果二者频率不一致，则鉴相器的输出将产生低频变化分量并通过低通滤波器使VCO的频率发生变化。最后如果本振信号的频率和输入信号的频率保持一致，两者的相位差保持某一恒定值，则鉴相器的输出将是一个恒定直流电压，环路低通滤波器的输出也是一个直流电压，这时，环路处于“锁定状态”。 四、 环路的捕获、锁定和跟踪 1）在有双踪示波器的情况下 开始，环路处于失锁状态，加大输入信号频率，用双踪示波器观察压控振荡器的输出信号和环路的输入信号，当两个信号由不同步变成同步，且fi=fo时，表示环路已经进入锁定状态。 2）单踪──普通示波器 在没有双踪示波器的情况下，在单踪示波器上可以用李沙育图形来判定环路是否处于锁定状态。把鉴相器的输入信号ui(t)加到示波器的垂直偏转板上，把uo(t)加到水平偏转板（或者相反），并使两信号幅度相等。如果环路已锁定，且在理想情况下，即李沙育图形应是一个圆。 五、 环路的同步带与捕捉带 设压控振荡器的自由振荡频率fo与输入基准信号频率 fi 相差较远 。随着基准频率fo向压控振荡频率fo 靠拢，达到某一频率，这时环路进入锁定状态。一旦入锁以后，压控频率就等于基准频率，且 fo 随 fi 而变化，这就称为跟踪。 若再继续增加 fi ，fo不再随 fi 之变化。但反之，若降低 fi ，则 当 它 回到 f2 时，环路并不入锁，只有当 fi 降低到一个更低的频率f2 的时候，环路才重新入锁。 系统能保持跟踪的最大频差 称为同步带。 环路能捕捉成功的最大初始频差 称为环路