通信电子电路第五章

1、1第五章第五章 反馈控制电路反馈控制电路n概念：概念：在系统受到扰动的情况下，运用反馈原理，采用各在系统受到扰动的情况下，运用反馈原理，采用各种控制技术，使系统的某个参数达到所需精度或按照一定的种控制技术，使系统的某个参数达到所需精度或按照一定的规律变化，从而实现对系统的自动控制，称为反馈控制电路。规律变化，从而实现对系统的自动控制，称为反馈控制电路。n组成组成n分类分类v自动电平控制电路自动电平控制电路(AGC)v自动频率控制电路自动频率控制电路(AFC)v自动相位控制电路自动相位控制电路(APC)，锁相环路锁相环路(PLL)25.1 自动电平控制电路自动电平控制电路5.2 自动频率控制电路

2、自动频率控制电路35.3 锁相环的基本原理锁相环的基本原理 锁相环是一种相位反馈控制系统，其输出信号频率锁相环是一种相位反馈控制系统，其输出信号频率与输入信号频率同步，并能跟踪输入信号频率的变化。与输入信号频率同步，并能跟踪输入信号频率的变化。5.3.1 锁相环的基本工作原理锁相环的基本工作原理PD：鉴相器：鉴相器VCO：压控振荡器：压控振荡器LPF：环路低通滤波器：环路低通滤波器45.3.2 锁相环的性能分析锁相环的性能分析1、鉴相器（、鉴相器（PD）鉴相器：是相位比较器，输出鉴相器：是相位比较器，输出电压电压vd(t)是两个输入电压是两个输入电压vi(t), vo(t)相位差相位差 的函数

3、。的函数。( )et一、锁相环路的的基本部件一、锁相环路的的基本部件( )cos( ) ( )cos( )iimrioomrov tVttv tVtt( )sin( ) oomrov tVtt式中，式中，为起始相角，一般取为起始相角，一般取 ，即，即25鉴相特性曲线：鉴相特性曲线：1. 正弦鉴相特性正弦鉴相特性( )sin( )ddev tAt不同形式的鉴相器，函数关系（数学模型）不同不同形式的鉴相器，函数关系（数学模型）不同 ( )( )( )( )( )( )( ) eioriroiottttttttt 设设e(t)为为vi(t)和和vo(t)的瞬时相位差，则的瞬时相位差，则62. 三角形

4、鉴相特性三角形鉴相特性222( )23()()22dmedeeddmedeeVAv tVA3. 锯齿形鉴相特性锯齿形鉴相特性dmdedeeVvA:/dAV rad鉴相器的灵敏度（增益系数）72、 压控振荡器压控振荡器振荡频率受振荡频率受vc(t)的控制的控制在中间一段线性范围内：在中间一段线性范围内：00( )( )rctA v t:0rcvVCO 时振荡角频率（自由振荡角频率）0:/Arad s V压控灵敏度8( )( )( ) ooordtdttdtdt( )cos( ) ( )sin( )iimrioomrov tVttv tVtt 设设0( )( )orctA v t( )=( ) o

5、ocdtA v tdt0( )=( ) tooctAv t dt dpdt1 p可见，可见，VCO是一个理想的积分器。若用微分算子是一个理想的积分器。若用微分算子 表示（即用表示（即用 代替积分运算），有代替积分运算），有 ( )( )= coov ttAp93、 环路滤波器：一般是环路滤波器：一般是RC低通滤波器低通滤波器滤除高频，取出直流和低频信号滤除高频，取出直流和低频信号vc(t)1）RC积分滤波器（积分器）积分滤波器（积分器）2）RC比例积分器比例积分器( )1( ),( )1cFdv ssRCvss传递函数：A2112212( )1( ),( )1()cFdv ssAsRCR Cv

6、ss3）有源比例积分器）有源比例积分器2112211( ),FsAsRCR Cs 10 数学模型在复频域数学模型在复频域(s域域)用传递函数用传递函数AF(s)的线性的线性网络表示；在时域用微分算子网络表示；在时域用微分算子p代替代替s（p=d/dt），），可得可得LPF的传递算子的传递算子AF(p)；在时域用传输算子为；在时域用传输算子为AF(p)的线性网络表示：的线性网络表示：110( )( ) ( )( )( )eriroittttttt相差：，( )sin( )ddePDv tAt正弦鉴相：( )( )( )cFdv tAp v t( )( )( )sin( )( ) =( )1( )

7、sin( )cFddeooooFdoFev tAp v tAttAAA AppppA A Aptp等式两边求导：等式两边求导：( )( )sin( )( )edoFeiptA A Aptpt环路动态方程环路动态方程12说明：说明：（1）环路的动态方程为非线性微分方程）环路的动态方程为非线性微分方程（2）方程的阶次取决于环路滤波器）方程的阶次取决于环路滤波器AF(p)，如果无环，如果无环路滤波器，则环路为一阶环；若采用一阶环路滤波器，路滤波器，则环路为一阶环；若采用一阶环路滤波器，则环路为二阶环。则环路为二阶环。 （3）虽然求解微分方程，可以得到环路工作的全部）虽然求解微分方程，可以得到环路工作

8、的全部性能，但是只有一阶环才能精确求解，二阶以上的环性能，但是只有一阶环才能精确求解，二阶以上的环路只能借助于一些近似的方法来对它进行分析研究。路只能借助于一些近似的方法来对它进行分析研究。 （4）上述方程是在无噪声干扰、环内参数为常数的）上述方程是在无噪声干扰、环内参数为常数的条件下推导出来的。条件下推导出来的。( )( )sin( )( )edoFeiptA A Aptpt13( )( ) =( )( )( )eeioedtpttttdt 这是这是VCO振荡角频率偏离输入信号角频率的值，振荡角频率偏离输入信号角频率的值，称为瞬时角频差；称为瞬时角频差； ( )( )sin( )( )edo

9、FeiptA A Aptpt三、锁相环路的工作过程三、锁相环路的工作过程1、环路的锁定状态、环路的锁定状态 1）瞬时角频差）瞬时角频差( )( )( ) ( ) ioirordtdtttdtdt14( )( )sin( )( )edoFeiptA A Aptpt 2）控制角频差）控制角频差( )( )( )( )sin( )cFdFdev tAp v tAp At因此动态方程左边第二项为：因此动态方程左边第二项为：Aovc(t)当当vc(t)作用在作用在VCO之后，之后，0( )( )orctA v tor( )=( ) =(t)-( )oocodtA v ttdt 这是闭环后控制电压这是闭环

10、后控制电压vc(t)作用于压控振荡器后所引作用于压控振荡器后所引起的输出角频率的变化，称为控制角频差起的输出角频率的变化，称为控制角频差 。( )( )( ) ooordtdttdtdt15( )( )sin( )( )edoFeiptA A Aptpt3）开环角频差）开环角频差( )( )( ) =( )iiiirdtptttdt ( )( ) iirdttdtr 表示输入信号角频率偏离表示输入信号角频率偏离 的数值，称为环路的数值，称为环路的输入固有角频差，又称为开环角频差。的输入固有角频差，又称为开环角频差。 16说明：说明：（1）固有角频差）固有角频差（开环角频差）：开环角频差）：(

11、)( )iirtt瞬时角频差：瞬时角频差：控制角频差控制角频差：(vc控制控制)( )oort锁相环闭合后在任何时刻均满足：锁相环闭合后在任何时刻均满足： 固有角频差固有角频差=瞬时角频差瞬时角频差+控制角频差控制角频差eoi 即：( )( )eiott( )( )sin( )( )edoFeiptA A Aptpt17（2）a. 开始工作的瞬时，开始工作的瞬时，0oie ，b. 随着控制作用增强，随着控制作用增强，00,oeei ,直到:( )( ),iottieo ( )( )iirtt( )oort( )( )eiott( )ete 即：即： 压控振荡器的输出角频率等于输入信号角频压控振

12、荡器的输出角频率等于输入信号角频率，环路进入锁定状态。此时相位误差率，环路进入锁定状态。此时相位误差 为一固定值，用为一固定值，用 表示，称为剩余相位误差或稳定相位误差。正是这个稳定相位表示，称为剩余相位误差或稳定相位误差。正是这个稳定相位误差，才使鉴相器输出一直流电压，这个直流电压通过滤波器误差，才使鉴相器输出一直流电压，这个直流电压通过滤波器加到加到VCO上，调整其振荡角频率，使它等于输入信号角频率。上，调整其振荡角频率，使它等于输入信号角频率。因此，锁相环对频率而言是无静差系统。因此，锁相环对频率而言是无静差系统。 18（3）加到鉴相器上的两个信号的瞬时角频差为：）加到鉴相器上的两个信号

13、的瞬时角频差为：( )( )eiotta）若环路锁定，即）若环路锁定，即oi，则，则 ( )( )eeott dt此时的瞬时相位差为此时的瞬时相位差为( )0et( )( )eeoott dt( )et( )( )0eedttdt 可见，当环路锁定，加到鉴相器上的两个信号的可见，当环路锁定，加到鉴相器上的两个信号的频率相等时，它们的瞬时相位差是一个常数。频率相等时，它们的瞬时相位差是一个常数。b）若）若 为常数，则为常数，则 亦即亦即 oi 当加到鉴相器上的两个信号的瞬时相当加到鉴相器上的两个信号的瞬时相位差为常数时，它们的频率必然相等，环路锁定。位差为常数时，它们的频率必然相等，环路锁定。1

14、9 可见，在闭环条件下，若因某种原因使可见，在闭环条件下，若因某种原因使VCO的角的角频率频率o变化了变化了，那么，由式，那么，由式 知，知，鉴相器上的两个信号之间的相位差不再为恒定值，鉴相器上的两个信号之间的相位差不再为恒定值，其输出误差电压也就跟着发生相应的变化，此变化其输出误差电压也就跟着发生相应的变化，此变化的电压使的电压使VCO的频率不断改变，直到的频率不断改变，直到oi为止，为止，这就是锁相环路的基本工作原理。这就是锁相环路的基本工作原理。 ( )( )eeoott dt20 锁相环路是利用误差信号的反馈作用来控制压控锁相环路是利用误差信号的反馈作用来控制压控振荡器（振荡器（VCO

15、）的振荡频率的，鉴相器比较输出的）的振荡频率的，鉴相器比较输出的误差电压与两个互相比较的信号之间的相位差成比误差电压与两个互相比较的信号之间的相位差成比例，因而达到最后的稳定（锁定）状态时，被稳定例，因而达到最后的稳定（锁定）状态时，被稳定的频率等于输入的标准频率，但有稳定相差（剩余的频率等于输入的标准频率，但有稳定相差（剩余相差）存在，即在锁相环中，存在剩余相差，而不相差）存在，即在锁相环中，存在剩余相差，而不存在剩余频差。因此，利用锁相环路可以实现较为存在剩余频差。因此，利用锁相环路可以实现较为理想的频率控制。理想的频率控制。 21（4）对于无）对于无LPF的锁相环，即滤波器为直流增益的锁

16、相环，即滤波器为直流增益AF(0)， 此时为一阶锁相环。此时为一阶锁相环。 动态方程动态方程( ) 0. PDedtdt在锁定情况下：输出为恒定相差锁相 (0)sin( )arcsin (0)doFeiiedoFA A AtA A A 此时：， 稳定相差( )( )sin( )edoFeiptA A Apt 其中其中AdAoAF(0)为环路的直流总增益。为环路的直流总增益。223sindev33299 10210odv51210i5221.01 10i5321.03 10i1e2e3e33299 10210odv 3299 10r51210i311210iir51210oi31132101ar

17、csinarcsinarcsin3 2103iedoA A 例例5.3.1 在下图所示的一阶环路中，设鉴相器的鉴相特性为在下图所示的一阶环路中，设鉴相器的鉴相特性为(V)，压控振荡器的压控特性为，压控振荡器的压控特性为(rad/s)。(rad/s)、求：求：(rad/s)和和(rad/s) 时的时的和和、的值。的值。解：解：(rad/s)，则，则(rad/s)(1)(rad/s)，(rad/s)，闭环锁定后，闭环锁定后，(rad/s)，235221.01 10i32222 10iir 5221.01 10oi32322 102arcsinarcsin3 2103e 5321.03 10i333

18、24 10iir 33324 10413 2103idoA A 3e(2)(rad/s)(rad/s)闭环锁定后，闭环锁定后，(rad/s)(3)(rad/s)，(rad/s)因为因为无解，不可能得到无解，不可能得到因此，环路不可能锁定。因此，环路不可能锁定。240iA说明：说明： 当环路锁定时，如果固有角频差当环路锁定时，如果固有角频差 当当 时，微分方程时，微分方程 无解。即如果输无解。即如果输入固有角频差过大，环路就无法锁定。入固有角频差过大，环路就无法锁定。( )( )( )iircettv t 251）环路的同步过程：）环路的同步过程： 所谓同步过程，就是所谓同步过程，就是在锁定状态

19、下在锁定状态下，由于不稳，由于不稳定因素的影响，使定因素的影响，使 产生缓慢漂移时，环路内产生缓慢漂移时，环路内所发生的使所发生的使 继续地锁定在继续地锁定在 上的过程。上的过程。 同步带：环路锁定后，能够继续维持环路锁定同步带：环路锁定后，能够继续维持环路锁定所允许的最大输入固有角频差所允许的最大输入固有角频差 的的2倍。它描述倍。它描述了锁相环在锁定条件下继续保持锁定的开环频差的了锁相环在锁定条件下继续保持锁定的开环频差的边界值。边界值。H0222( )doFAA A Ap im( )ot( )it( )ot262）环路的跟踪过程：）环路的跟踪过程： 所谓跟踪过程，就是所谓跟踪过程，就是在

20、锁定状态下在锁定状态下，当，当 产产生微小变化时，环路内所发生的使生微小变化时，环路内所发生的使 继续地锁定继续地锁定在在 上的过程。即在锁定状态下，输出信号的频上的过程。即在锁定状态下，输出信号的频率会跟踪率会跟踪 的变化，并始终相等，这种的变化，并始终相等，这种VCO的的频率跟踪频率跟踪 变化的状态，叫跟踪状态。变化的状态，叫跟踪状态。 跟踪带：跟踪范围也是有限的，它和同步带一跟踪带：跟踪范围也是有限的，它和同步带一样，仍然取决于环路所能提供的最大控制频差。样，仍然取决于环路所能提供的最大控制频差。H22T ( )it( )ot( )it( )it( )it27 在锁定或跟踪状态下，环路的

21、剩余误差很小在锁定或跟踪状态下，环路的剩余误差很小( )， ，正弦鉴相器可近似为线性器件。，正弦鉴相器可近似为线性器件。sineee( )(t) :ddedv tAA鉴相灵敏度环路可以等效为线性锁相环，用线性微分方程描述 在锁定状态下，输出信号的频率会跟踪在锁定状态下，输出信号的频率会跟踪 的变的变化，并始终相等；同步带越大，环路能够跟踪输入化，并始终相等；同步带越大，环路能够跟踪输入 变化的范围越宽。变化的范围越宽。iii 在失锁状态下，在失锁状态下，VCO振荡频率会向振荡频率会向 靠拢，但靠拢，但不能相等，因此，不能相等，因此，VCO的频率的频率 不会跟踪不会跟踪 。o28oi2、环路的捕

22、捉过程、环路的捕捉过程 捕捉过程：是指环路一开始就在失锁的状态下，即捕捉过程：是指环路一开始就在失锁的状态下，即 的情况下，环路由失锁进入锁定的运动过程。的情况下，环路由失锁进入锁定的运动过程。1）捕捉过程发生的时机：）捕捉过程发生的时机： 机器开机、机器换频、环路由开环到闭环机器开机、机器换频、环路由开环到闭环捕捉捕捉快捕：环路由失锁进入锁定，不超过差拍快捕：环路由失锁进入锁定，不超过差拍电压的一个周期。电压的一个周期。慢捕（频率牵引）：较少采用慢捕（频率牵引）：较少采用 在失锁和捕捉状态下，环路处于非线性状态，环路在失锁和捕捉状态下，环路处于非线性状态，环路的动态方程是非线性方程。的动态方

23、程是非线性方程。29捕捉：环路由失锁进入锁定的暂态过程。捕捉：环路由失锁进入锁定的暂态过程。同步：环路在锁定条件下，继续保持锁定的过程。同步：环路在锁定条件下，继续保持锁定的过程。2）捕捉与同步的区别）捕捉与同步的区别捕捉和同步的起始条件不同。捕捉和同步的起始条件不同。捕捉的控制电压为一交流电压，而同步的控制捕捉的控制电压为一交流电压，而同步的控制电压为一缓慢变换的直流电压。电压为一缓慢变换的直流电压。由于两个过程鉴相电压性质的不同，所以由于两个过程鉴相电压性质的不同，所以 和和的关系就不同。的关系就不同。cvdv303）快捕带）快捕带 它是指环路由失锁立即（指环路由失锁进入锁它是指环路由失锁

24、立即（指环路由失锁进入锁定不发生周期性跳越）进入锁定的两个边界频率定不发生周期性跳越）进入锁定的两个边界频率之间的范围。一旦起始频差超过这两个边界值，之间的范围。一旦起始频差超过这两个边界值，环路将不再立即进入锁定。环路将不再立即进入锁定。()kodFkA A A31i0r0ie（2）若）若 较小，其值在环路滤波器的通频带以内，较小，其值在环路滤波器的通频带以内，则鉴相器输出差拍电压的基波分量就能顺利通过环路则鉴相器输出差拍电压的基波分量就能顺利通过环路滤波器后加到滤波器后加到VCO上控制其振荡角频率上控制其振荡角频率 ，使它在，使它在 上下近似按正弦规律摆动。一旦上下近似按正弦规律摆动。一旦

25、 摆动到摆动到 并符合并符合正确的相位关系时，环路就趋于锁定，这时鉴相器输正确的相位关系时，环路就趋于锁定，这时鉴相器输出一个与出一个与 相对应的直流电压，以维持环路锁定。相对应的直流电压，以维持环路锁定。i（3）若）若 处在上述两者之间，则有以下两种情况。处在上述两者之间，则有以下两种情况。 32iiimk()dFkA A()doFkA A Ak()kodFkA A AA 较大，其值已超出环路滤波器的通频带，因较大，其值已超出环路滤波器的通频带，因而鉴相器输出差拍电压通过环路滤波器时，就会受到而鉴相器输出差拍电压通过环路滤波器时，就会受到较大衰减，但只要加到较大衰减，但只要加到VCO上的控制

26、电压还能使其振上的控制电压还能使其振荡角频率摆到荡角频率摆到 上，环路就能锁定。通常将这种由上，环路就能锁定。通常将这种由失锁很快进入锁定的过程称为快捕过程，相应地，环失锁很快进入锁定的过程称为快捕过程，相应地，环路能由失锁到锁定所允许的最大输入固有角频差路能由失锁到锁定所允许的最大输入固有角频差 的二倍，称为环路的快捕带，用的二倍，称为环路的快捕带，用2 表示。显然，表示。显然，此时加到此时加到VCO上的差拍控制电压的幅值为上的差拍控制电压的幅值为 VCO产生的最大控制角频差为产生的最大控制角频差为 ，且其值等，且其值等于输入固有角频差于输入固有角频差 ，即，即快捕带为快捕带为2k335.3

27、.3 集成锁相环集成锁相环集成锁相环集成锁相环模拟模拟数字数字通用型通用型专用型专用型一、一、L562单片集成锁相环单片集成锁相环二、二、4046单片集成锁相环单片集成锁相环345.3.4 锁相环的应用锁相环的应用锁相环路具有以下重要特性：锁相环路具有以下重要特性：1、锁定状态无剩余频差、锁定状态无剩余频差 环路处于锁定状态时，只有剩余相差，没有剩余频环路处于锁定状态时，只有剩余相差，没有剩余频差。是一个理想的频率控制系统。差。是一个理想的频率控制系统。2、良好的跟踪特性、良好的跟踪特性 环路锁定后，当输入信号频率稍有变化时，其输环路锁定后，当输入信号频率稍有变化时，其输出信号频率可以跟踪输入

28、信号的变化，这种特性称为出信号频率可以跟踪输入信号的变化，这种特性称为锁相环的跟踪特性。锁相环的跟踪特性。 353、良好的窄带滤波特性、良好的窄带滤波特性 当当VCO的输出频率锁定在输入信号的频率上时，的输出频率锁定在输入信号的频率上时，位于信号频率附近的干扰成分通过鉴相器后变成低频位于信号频率附近的干扰成分通过鉴相器后变成低频信号而平移到零频率附近，其绝大部分会受到环路滤信号而平移到零频率附近，其绝大部分会受到环路滤波器低通特性的抑制，从而减小了对波器低通特性的抑制，从而减小了对VCO的干扰作用。的干扰作用。这样，环路滤波器的低通作用对输入信号而言，就相这样，环路滤波器的低通作用对输入信号而

29、言，就相当于一个窄带的高频带通滤波器，其通频带可以做得当于一个窄带的高频带通滤波器，其通频带可以做得很窄，且中心频率可跟随输入信号频率。很窄，且中心频率可跟随输入信号频率。 在锁定状态下，锁相环能实现无差频率跟踪。利在锁定状态下，锁相环能实现无差频率跟踪。利用锁相环的窄带滤波特性，可以把淹没在噪声中的信用锁相环的窄带滤波特性，可以把淹没在噪声中的信号提取出来，因此可用于弱信号检测。利用锁相环可号提取出来，因此可用于弱信号检测。利用锁相环可构成鉴频、鉴相、同步检波电路等。构成鉴频、鉴相、同步检波电路等。364、良好的门限特性、良好的门限特性 由于普通鉴频器是一个非线性器件，信号与噪声由于普通鉴频

30、器是一个非线性器件，信号与噪声通过非线性电路时因相互作用，对输出信噪比会产生通过非线性电路时因相互作用，对输出信噪比会产生影响。当输入信噪比降低到某个数值时，由于非线性影响。当输入信噪比降低到某个数值时，由于非线性作用噪声会对信号产生较大的抑制，使输出信噪比急作用噪声会对信号产生较大的抑制，使输出信噪比急剧下降，即出现了门限效应。锁相环也是一个非线性剧下降，即出现了门限效应。锁相环也是一个非线性器件，在较强噪声的作用下，用作鉴频器时同样存在器件，在较强噪声的作用下，用作鉴频器时同样存在着门限效应。但是，在调制指数相同的条件下，锁相着门限效应。但是，在调制指数相同的条件下，锁相环路的门限比普通鉴

31、频器的门限低。这是因为，当锁环路的门限比普通鉴频器的门限低。这是因为，当锁相环路处于调制跟踪状态时，环路有反馈控制作用，相环路处于调制跟踪状态时，环路有反馈控制作用，跟踪相差小，限制了跟踪的变化范围，减小了鉴频特跟踪相差小，限制了跟踪的变化范围，减小了鉴频特性的非线性影响，改善了门限特性。性的非线性影响，改善了门限特性。37一、锁相环路的调频与鉴频一、锁相环路的调频与鉴频 1锁相环调频锁相环调频 ：中心频率稳定性好，频偏足够宽。：中心频率稳定性好，频偏足够宽。窄带工作：使调制信号的频谱处于低通滤波器通带之窄带工作：使调制信号的频谱处于低通滤波器通带之外，这样外，这样VCO随调制信号产生的频偏不

32、受影响，而随调制信号产生的频偏不受影响，而其中心频率就锁定在了晶振频率上。其中心频率就锁定在了晶振频率上。 VCO缓慢变化：缓慢变化：vc(t)快速变化：调制信号快速变化：调制信号38 sin( )iimrivVtt若，在锁定或跟踪状态下013( )( ), ( )0iedBttt（）在环路的带宽之内：( )cos( )oomriv tVtt23( )0, ( )( )reidBttt（ ）在带外：( )cosoomrrv tVtVCO，即只跟踪的变化输出相位可以无差跟踪输入相位的变化输出相位可以无差跟踪输入相位的变化误差相位跟踪输入相位变化，输出相位不能跟踪误差相位跟踪输入相位变化，输出相位

33、不能跟踪392、 鉴频电路（调制跟踪，指鉴频电路（调制跟踪，指 跟踪跟踪 变化）变化）( )cv t( )vt( )sin(sin) iimrfv tVtmt若输入信号：调频信号( )cos mvtVt信号电压：( )cos(sin) oomrfv tVtmt则：000(t)orcorrddA vtdtdt，00 cdA vdt0000111( )(sin)coscffddv tmtmtAdtA dtA故coscosmfmtK Vt ( )cv t即为频率解调输出信号宽带应用宽带应用40说明：说明： 环路通频带要足够宽，环路滤波器的上截止频率环路通频带要足够宽，环路滤波器的上截止频率必须大于调

34、制信号的最高频率，以使信号的调制频必须大于调制信号的最高频率，以使信号的调制频率落在环路带宽之内。率落在环路带宽之内。 VCO的可控振荡频率范围必须大于输入调频波的的可控振荡频率范围必须大于输入调频波的频率变化范围。频率变化范围。 41 鉴相电路（输出鉴相电路（输出 只能跟踪载波只能跟踪载波 ）ovr( )sin(cos) iimrpv tVtmt若输入信号：调相信号( )cos mvtVt信号电压：若环路为窄带，在通频带外：0( )0( )( )coseiptttmtsinee在锁定或跟踪状态下，环路的剩余误差很小：( )sincosddededpdv tAAA mtv即输出为调相解调信号4

35、2二、二、 同步检波电路同步检波电路窄带应用窄带应用221、利用载波跟踪型锁相环得到所需的同步信号；、利用载波跟踪型锁相环得到所需的同步信号；2、由于、由于VCO输出电压与输入已调信号的载波之间有输出电压与输入已调信号的载波之间有 的固定相移，必须经过的固定相移，必须经过 移相器才能得到与已调波移相器才能得到与已调波中载波分量同相的信号。中载波分量同相的信号。 3、采用乘法器进行同步检波。、采用乘法器进行同步检波。43三、窄带跟踪滤波器三、窄带跟踪滤波器1、窄带滤波器的中心频率窄带滤波器的中心频率跟随输入载波频率变化；跟随输入载波频率变化；2、载波频率的变化范围可、载波频率的变化范围可以超过等

36、效窄带滤波器的通以超过等效窄带滤波器的通频带，但限制在压控振荡器频带，但限制在压控振荡器的可控振荡频率范围内；的可控振荡频率范围内；3、其工作条件是载波频率、其工作条件是载波频率为慢变化。为慢变化。 44四、四、 频率变换电路频率变换电路1、 倍频器倍频器/iooiNN在锁定状态下：输出端： 利用锁相环的频率跟踪特性，可以完成分频、倍频利用锁相环的频率跟踪特性，可以完成分频、倍频和混频等功能，构成频率变换电路。这些对频率进行和混频等功能，构成频率变换电路。这些对频率进行加、减、乘、除的功能是构成频率合成器的基础。加、减、乘、除的功能是构成频率合成器的基础。 优点：频谱很纯，而优点：频谱很纯，而

37、且倍频次数高，可达且倍频次数高，可达数万次以上。数万次以上。452、 分频器分频器/iooiNN在锁定状态下：输出端：3、 混频器混频器ioLoiL输出：465.4 频率合成器频率合成器 石英晶体振荡器虽具有很高的频率稳定度和准确石英晶体振荡器虽具有很高的频率稳定度和准确度，但它的频率值是单一的，最多只能在很小频段度，但它的频率值是单一的，最多只能在很小频段内进行微调。内进行微调。 工程上利用一个（或多个）石英晶体标准振荡源，工程上利用一个（或多个）石英晶体标准振荡源，通过对参考频率在频域进行加、减、乘、除运算，通过对参考频率在频域进行加、减、乘、除运算，用混频、倍频和分频等电路实现频率合成器

38、，能产用混频、倍频和分频等电路实现频率合成器，能产生大量的与标准源有相同频率稳定度和准确度的众生大量的与标准源有相同频率稳定度和准确度的众多频率。多频率。 频率合成技术能够综合晶体振荡器频率稳定度好、频率合成技术能够综合晶体振荡器频率稳定度好、准确度高和变换频率方便的优点，用途非常广泛。准确度高和变换频率方便的优点，用途非常广泛。 47性能指标：性能指标：1）频率范围）频率范围 频率范围是指频率合成器输出的最低频率频率范围是指频率合成器输出的最低频率fomin和和最高频率最高频率fomax之间的变化范围，也可以用覆盖系数之间的变化范围，也可以用覆盖系数k= fomax / fomin表示（表示

39、（k又称为波段系数）。覆盖系数一般又称为波段系数）。覆盖系数一般取决于压控振荡器的特性，如果取决于压控振荡器的特性，如果k23时，整个频段可时，整个频段可以划分为几个分波段，有短波、超短波、微波等。以划分为几个分波段，有短波、超短波、微波等。2）频率间隔（频率分辨率）频率间隔（频率分辨率） 频率合成器的输出频谱是不连续的。两个相邻频频率合成器的输出频谱是不连续的。两个相邻频率之间的最小间隔就是频率间隔。不同用途的频率合率之间的最小间隔就是频率间隔。不同用途的频率合成器，对频率间隔的要求是不同的。对短波单边带通成器，对频率间隔的要求是不同的。对短波单边带通信来说，频率间隔多取为信来说，频率间隔多取为100Hz，有的甚至为，有的甚至为10Hz、1Hz；对超短波通信来说，频率间隔多取；对超短波通信来说，频率间隔多取50kHz、25kHz等。等。 483）频率转换时间）频率转换时间 从一个工作频率转换到另一个工作频率并达到从一个工作频率转换到另一个工作频率并达到稳定工作所需要的时间称为频率转换时间。稳定工作所需要的时间称为频率转换时间。 此外，性能指标还包括频率稳定度和频谱纯度。此外，性能指标还包括频率稳定度和频谱纯度。频率稳定度是指在规定的观测时间内，合成器输出频