反馈与控制精品课件

1、反馈与控制第1页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二1本章基本要求掌握 AGC、AFC等基本反馈控制电路的原理及作用、相关电路 ；熟悉 锁相环的应用的分析方法；了解 集成锁相环、频率合成技术及其应用 第2页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二28.1 反馈控制电路 反馈控制电路是电子系统中的一种自动调节电路, 其作用是反馈系统在受到扰动的情况下, 系统通过自身反馈控制的调节作用, 使其中的某个参数（如电信号的振幅、频率或相位）受控制达到预定的精度。反馈控制系统可以用如图8-1-1所示的方框图来描述 。 第3页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二3

2、反馈控制电路分类 自动增益控制(Automatic Gain Control, AGC) 、 自动频率控制( Automatic Frequency Control, AFC)， AFC电路在某些系统中又称为自动频率微调电路（Automatic Frequency Tuning，AFT），自动相位控制 (Automatic Phase Control, APC)。APC电路又称为锁相环路(Phase Locked Loop，PLL), 这是应用最广的一种反馈控制电路。 第4页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二48.1.1 自动增益控制（AGC）电路 在无线电通信、广播、电视、

3、遥测遥感等系统中, 由于受到发射功率大小、接收距离远近及信号衰落等许多因素的影响, 接收机所接收到的信号强度变化较大, 信号的强弱可能相差几十分贝。其原因主要有: a. 同一接收机在同一接收点接收不同发射机的信号。 由于各发射机的发射功率不同, 接收点与发射机的距离不同, 因此不同发射机在该接收点的场强不同。 b. 处于移动状态中的接收机, 如手持移动电话、车、船、飞机中的通信等, 随着接收地点的变化, 同一发射机的信号场强也在不断变化。 c. 信号的多径传输及其衰落等, 都使接收机的输入信号强度发生变化。第5页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二58.1.1.2 AGC电路的

4、组成 AGC电路的组成框图如图8-1-2所示 第6页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二6第7页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二78.1.1.3 增益控制的方法 接收机、发射机以及其他电子系统中有多种增益控制的方法。最基本的方法有两种：一是通过改变放大管的直流偏置，改变放大管的正向传输导纳变增益的目的； ，从而达到改二是利用二极管或场效应管的变阻特性组成电控衰减器实现对放大器增益的控制。 第8页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二8(1) 改变放大管直流偏置法 当晶体三极管的变化时，正向传输导纳之变化，以此可以改变三极管的增益，控制方式分为正

5、向下降；反向AGC则通过减小来控制增益下降。也随AGC和反向AGC两种。正向AGC通过增加来控制增益如图8-1-5所示。第9页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二9(2) 采用电控衰减器法 第10页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二10(3) 利用PIN二极管构成AGC电路 第11页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二11(4) 双栅场效应管的AGC电路 第12页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二12(5) 调幅收音机中的AGC电路 第13页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二138.1.2 自动频率微调（AF

6、T）电路 自动频率调整(AFT)电路也称为自动频率控制(AFC)电路，是接收机中的重要电路之一。 它由反馈控制电路及可控频率器件组成, 如图8-1-11所示。 第14页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二14图8-1-12所示为超外差电视接收机中的自动频率控制电路，又称为自动频率微调(AFT)电路, 其作用是使本振频率稳定, 以保证接收机稳定工作其中本振频率为接收的高频已调信号的载波频率为,混频器输出的中频 。 ，所频率为第15页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二15第16页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二16第17页，共41页，2022年

7、，5月20日，4点6分，星期二178.2 自动相位控制（APC）电路 自动相位控制（APC）电路又称为锁相 (PLL)。图8-2-1 所示是简单的锁相环电路组成框图。 它的控制对象是VCO。反馈控制电路由鉴相器和低通滤波器组成。 第18页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二18APC电路也是一种实现频率跟踪的自动控制电路。但在与VCO的振荡角频率之间保持预定的关系(如=)。在满足这种预定关系与率差, 而是利用它们之间的相位误差, 即环路保持一个固定, 因此,环路的锁定是指相位的锁定。 APC 电路中, 输入信号的角频率时, 环路进入锁定状态。但这时不是利用之间的频的相位差APC

8、系统的主要特性有: a) 环路锁定时无频差。 b) 良好的窄带跟踪特性。 c) 良好的调制跟踪特性。 d) 门限性能好。 e) 易于集成化。 第19页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二19集成锁相环的基本部件及相位模型 集成锁相环是将图8-2-1所示的锁相环中的重要部件鉴相器、 压控振荡器及某些特殊的器件集成在同一基片上，各部分之间采用部分连接或都不连接的一种集成电路。 第20页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二208.2.1.1 鉴相器(PD) 它的作用是检测出和两个电压之间的相位差, 。 产生相应的输出电压第21页，共41页，2022年，5月20日，4点

9、6分，星期二21为输入信号, 为VCO输出电压, 两信号正交, 即其中，是以为参考的的瞬时相位； 是以为参考的的瞬时相位。若以为参考频率, 则相位可写为 的总式中，是以为参考角频率时的瞬时相位。 于是有 第22页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二22将式(8-2-2)、式(8-2-3)两式相乘, 滤除2获得鉴相器输出误差电压 分量, 即可 (8-2-4) 若, 则鉴相器的特性称为余弦鉴相特性 , 这时第23页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二238.2.1.2 压控振荡器(VCO) 压控振荡器是一个电压频率转换器, 其瞬时角频率o(t)的函数, 控制特性如图

10、8-2-3a所示。 是控制电压在环路锁定点附近, VCO 的控制特性呈线性。 (8-2-5) VCO输出的总相位为 第24页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二24环路滤波器 环路低通滤波器主要用于滤除鉴相器输出电流中一些无用的组合频率及干扰, 以提高环路的稳定性。 锁相环中常用的环路滤波电路有简单RC 低通滤波器或有源RC低通滤波器。 环路滤波器传递函数的通式为 (8-2-7) (8-2-8) 式中，为滤波器的传递函数。 第25页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二258.2.1.4 锁相环的相位模型 如图8-2-5所示的锁相环路的相位模型 由该模型可得到环路

11、的基本方程: (8-2-9) 即 (8-2-10) 或表示为 （8-2-11） 称为锁相环路的瞬时角频差 称为环路的控制频差 称为输入固有角频差 第26页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二268.2.2 锁相环的自动调节过程 第27页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二27锁相环路通常还用同步范围和捕捉范围来说明环路的频率电压特性，如图8-2-8所示。 第28页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二288.3集成锁相环的应用 8.3.1 通用集成锁相环组成锁相解调电路 第29页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二298.3.1.3

12、 偏置及温度补偿 第30页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二308.3.2 锁相在倍频、分频、混频和接收机中的应用 在基本锁相环路的反馈通道中插入分频器, 就可组成锁相倍频电路, 其组成框图如图8-3-5a所示。 由于反馈信号的角频率是VCO输出角频率经n 次分频后的将与输入信号角频率相同, 所以VCO输出信号的角频率是输入信号角频率的n 倍, 即。 角频率, 当环路锁定时, 送入鉴相器的反馈信号角频率(/n)第31页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二31若在环路中插入分频器, 如图8-3-5b所示，则与上述情况，即分频信号的分频次数是倍频器的倍频次数。 相

13、反, 环路锁定时 ，VCO输出图8-3-5第32页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二32在基本锁相环的反馈通道中插入混频器和中频放大器, 还可组成锁相混频电路，如图8-3-5c所示。 图8-3-5第33页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二33图8-3-6所示为锁相接收机的组成框图。由图可见, 它除了鉴相器、环路滤波和振荡器(VCO)外, 还在基本环路中插入了混频器、中频放大器和基准信号源（晶体振荡器） 第34页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二348.3.3 集成锁相频率合成技术 频率合成，是利用一个或几个高稳定度和高精度的频率源（通常为晶

14、体振荡器），通过对它进行混频（加减）、倍频（乘）或分频（除），产生大量的具有相同频率稳定度和精度的频率信号。图8-3-8所示为锁相频率合成器的组成框图。其中，包括倍频锁相环、分频锁相环和混频锁相环(其中为参考角频率)三种方式。 第35页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二35第36页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二36集成直接数字频率合成器 根据奈奎斯特采样定理 对于一个周期的连续正弦波信号，可以沿着其相位轴方向，以等量的相位间隔对其进行相位/幅度采样，得到一个周期性的离散相位的正弦信号抽样序列，并对模拟幅度进行量化，对量化后的幅度采用相应的二进制数据进行编

15、码，根据合成波形的精度要求，采用接近的整数值表示相应的幅值序列。这样就可以把一个周期性的连续正弦信号转换成一系列离散的二进制序列，最后把它存储在只读存储器中，每个存储单元的地址就是相位取样地址，而存储单元的内容即是量化的正弦波的幅度值。 第37页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二37采用一个只读存储器构成一个与的正弦函数查找表，只要输入相位地址，就可以立即得到相应的正弦波幅度值数据，从而取代了用计算机对正弦函数的递推运算。 相位取样相对应第38页，共41页，2022年，5月20日，4点6分，星期二38在固定的时间间隔内，正弦波的相位角增量与正弦波的频率构成一一对应关系，也就是为了构成频率为可以从构建一个余