模拟系统第八章(改).ppt

第八章 反馈控制系统 第一节 概述 （二）、各部分的功能 （三）、反馈控制电路的分类 第二节 自动增益控制电路 第三节 自动频率控制（AFC）电路 目的：稳定振荡频率。 第四节　模拟锁相环路（APL） 锁相环路的功能： 实现频率同步（频差为 0）和相位跟踪（相差为一很小的常数）。 一、模拟锁相环路的构成 PD：检测捕者与被捕者之间的相位差，以控制电压的形式去调节VCO实现频率同步和相位锁定。 LF：传递相位误差信息，滤除PD输出的高次谐波分量和噪声，输出控制电压。 VCO：在控制电压的的作用下，实现频率同步和相位锁定。 二、模拟锁相环路的工作原理 用旋转矢量说明： 三、APLL环路的数学模型 四、模拟锁相环路的基本方程和锁定概念 五、模拟锁相环路两种调节过程 本章小结 * 第一节 概述 第二节 自动增益控制（AGC）电路 第三节 自动频率控制（AFC）电路 第四节 模拟锁相环路（APLL） 第五节 APLL电路及应用 第六节 数字锁相环路（DPLL） 参考 信号 Xr(t) 比较器 控制信号 发生器 可控器件 反馈网络 反馈 信号 Xf(t) 误差 信号 Xd(t) 控制 信号 Xc(t) 输入 信号 Xi(t) 输出 信号 X0(t) 由比较器、控制信号发生器、可控器件和反馈网络四部分构成。 （一）、反馈控制系统的构成： 比较器—— 将反馈信号Xf(t)与参考信号Xr(t)比较后产生误 差信号Xd (t)。 控制信号发生器—— 在误差信号Xe(t)的作用下产生控制信号Xc(t)，以对可控器件的某一特性进行控制。 可控器件—— 受控于控制信号Xc(t),对输出信号X0(t)进行 调节。 反馈网络—— 从输出信号X0(t)中提取需比较的分量馈送至比较器。 据反馈控制的对象分为： 自动增益控制（AGC）— 用于稳定输出信号电压的幅度。 自动频率控制（AFC）— 用于控制目标信号的频率，使其与通道中心频率一致，以获得谐频增益。 自动相位控制（APC）— 用于实现振荡信号与目标信号的频率和相位的跟踪。亦称锁相环路(PLL)。 据环路内部是模拟电路还是数字电路可细分为： 模锁相环（APLL） 数字锁相环（DPLL）。 电压 比较器 可控增益 放大器 控制信号 发生器 电平 检测器 低通 滤波器 直流 放大器 UR ud uc Uo ui 反馈网络 一、AGC电路的组成框图： 比较参量 为电压 一、AFC电路工作原理： 1.电路组成: 频率比较器 Kd 低通滤波器 F(S) 可控频率器件 Ko ?r ?r(S) uc(t) Uc(S) Ud(S) ud(t) ?v ?v(S) 电路组成框图 ui(t) 结果：稳定输出频率。 锁相技术：是一种从噪声中主动捕捉目标信号的技术。 信号有一定的频率、相位变化规律； 噪声虽然其频谱处于频带内，但是随机、离散、无规律的； PLL正是根据它们这种本质区别来捕捉提取信号的。 信号和噪声有本质区别： （一）APLL的构成（如图）： 鉴相器 PD 环路滤波器 LF 压控振荡器 VCO 目标信号 u(t) ud(t) uc(t) u0(t) 输出 各部分的功能： Ⅰ Ⅱ ?S ?o ?e(t) (a) Ⅰ Ⅱ ?o’=?S ?e? ?S (b) 旋转矢量Ⅰ--目标信号；旋转矢量Ⅱ--vco信号。 捕捉前：?S??o两矢量间相位差?e(t)随时间t增长。图（a） 锁定后：?o为?o’， ?o’= ?S两矢量间相位差?e?为常数。图（b） Ⅰ Ⅱ ?S ?o ?e(t) (C) 锁定后:当目标信号频率?S（t）变动时，VCO频率?e(t) 随之变动，实现了跟踪。见图(C) Ko/P uC(t) ?1(t) ?e(t) ?2(t) ud(t) F(P) ?2(t) 将上述三个基本环路部件的数学模型按环路链接，即得到APLL的数学模型： 结论： （1）PLL是一个相位反馈系统。 （2）F(p)、Ko在较大变化范围内可近似认为是线性，但PD的传输特性是非线性的，则PLL系统是非线性系统。 （一）模拟锁相环路的基本方程： 由数学模型可得： 则环路输入相位和输出相位之间都存在着动态平衡关系。 此式是APLL的动态相位平衡方程。 即： Ko/P uC(t) ?1(t) ?e(t) ?2(t) ud(t) F(P) ?2(t) 通常称鉴相特性?e(t)?0时的斜率为PD的增益函数Kd 此式是APLL的动态频率平衡方程。 将上式两端微分后得： （三）模拟锁相环路的锁定特征 （ 1 ）锁定后：由于瞬时频率误差为0； 则?V=?S，即VCO信号与目标信号频率同步（输入与输出同步）。 （2）锁定后： 常数。?e?---APLL剩余相位误差。 （3）锁