第八章-反馈控制系统(少学时)

第一节概述参考信号Xr(t)比较器限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)限制信号Xc(t)输入信号Xi(t)输出信号X0(t)由比较器、限制信号发生器、可控器件和反馈网络四部分构成。（一）、反馈限制系统的构成：（二）、反馈限制电路的分类据反馈限制的对象分为：自动增益限制（AGC）—用于稳定输出信号电压的幅度。自动频率限制（AFC）—用于限制目标信号的频率，使其与通道中心频率一样，以获得谐频增益。自动相位限制（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）。其次节自动增益限制电路电压比较器可控增益放大器限制信号发生器电平检测器低通滤波器直流放大器URuducUoui反馈网络一、AGC电路的组成框图：比较参量为电压UOUi简单AGC电路的控制特性特点：UR=0。只要输入信号Ui幅度增加，AGC的作用就会使增益A减小。优点：简洁，无需比较器。缺点：不管幅度大小，均降低增益。致使Ui很弱时，Uo很小，接收灵敏度降低。其限制特性如图：（一）简洁AGC电路{1.简洁AGC2.延迟AGC二、AGC电路的类型:据输入信号的类型、特点及限制要求可分为：参考电压延迟AGC电路的控制特性URUi很弱时：

AGC不起作用；Ui达到门限值UR时：AGC才起作用。其限制特性如图：无AGC有AGC（二）延迟AGC电路基本思想：1.用AGC电压去调整放大器的参量：2.在放大级间插入受AGC电压限制的可控衰减器。三、限制增益的方法由谐频增益表达式：Au(jo)=-n1n2gm/GT可知：变更gm或GT都将使Au变更。（一）调整放大器的参量1.用UAGC调整gm调整Au(j)：gmIEMNgm的大小与工作点电流IE有关，其关系曲线如图：用UAGC限制IB调整IE调整gm限制电路如图：uiu0EC-UAGCui反向AGC正向AGC(2)(1)管子为曲线(1)

特性，工作点在M左侧：则uiUAGC(负)IEgmAu(称反向AGC)。管子为曲线(2)特性，工作点在N右侧：则uiUAGC(正)

IEgmAu(称正向AGC)。2.UAGC调整GT调整Au(j)：限制电路如图：（设管子为反向AGC）b）Ui较大时:UAGCIC2

UB

UAD导通

rd+R2并联在第一回路

GT1Au此电路可实现增益限制。1）阻尼二极管D和R1、R2、R3用来调整L1C1回路的总电导，使D、R2并联在L1C1回路。ABDR1R2R3-UAGCECT1T2C1L1a）Ui较小时：UAGCIC2UBUAD截止

D、R2

支路近似开路，GT1Au(二)电控衰减器增益限制电路前述方法(变更放大器参量)的缺点:UAGC变更{GT变更IE变更解决方法：接受电控衰减器AGC电路。变化。使B(=GT/CT）、同时，RiRo、CiCo变更，电路如图:UiUoUoUi+UAGCRFCRFCRRDD(a)(b)+UAGCRFC的作用：(1)防止高频信号回串影响UAGC(2)对直流限制电压UAGC短路原理：利用二极管的变阻特性与R构成分压。以(a)为例,UAGCrd

Au

应当指出：衰减系数K受下级输入阻抗限制，当频率高时二极管的电容效应会影响K，一般选取等效电容小的二极管（PIN）。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）。锁相技术：是一种从噪声中主动捕获目标信号的技术。信号有确定的频率、相位变更规律；噪声虽然其频谱处于频带内，但是随机、离散、无规律的；PLL正是依据它们这种本质区分来捕获提取信号的。信号和噪声有本质区分：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，以限制电压的形式去调整VCO实现频率同步和相位锁定。LF：传递相位误差信息，滤除PD输出的高次谐波重量和噪声，输出限制电压。VCO：在限制电压的的作用下，实现频率同步和相位锁定。（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：二、模拟锁相环路的工作原理用旋转矢量说明：ⅠⅡSoe(t)(a)ⅠⅡo’=SeS(b)旋转矢量Ⅰ--目标信号；旋转矢量Ⅱ--vco信号。捕获前：So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）ⅠⅡSoe(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)四、模拟锁相环路的基本方程和锁定概念（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/PuC(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：（二）模拟锁相环路的锁定概念当环路输入一个频率、相位均不变的目标信号时，S(t)、

V均为常数，所以有：时，VCO与目标信号之显然，当间的瞬时频率误差可趋于0。即此时环路进入锁定状态。（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）锁定后：由于e=常数；F(0)---LF的直流传输函数。即ud(t)、uc(t)均与时间无关，即成为直流电压。Ko/PuC(t)1(t)e(t)2(t)ud(t)F(P)2(t)（4）锁定后：KV---APPL的环路锁定增益。显见，KV或Ve，而e

越小，跟踪效果越好。固有频差为有限制五、模拟锁相环路两种调整过程（一）跟踪过程：（锁定——再次锁定）环路锁定后：若输入信号频率发生变更，而使瞬时相位变更——产生限制电压——限制VCO，跟踪输入信号频率——再次锁定。对锁定的APLL，锁定的动态平衡有确定极限。同步带：把在环路锁定状态下，能维持锁定所允许的最大固有频差的2倍称为跟踪带或同步带。（用H表示）。能维持锁定所允许的最大固有频差Vmax=KV；H=Vmax=KV=KdKoF(0)据跟踪带定义为：上式无解，即环路不存在锁定的e,；（二）环路的捕获过程环路失锁时：VCO与目标信号频率间存在频差V=S-V，1）若V很小：ud(t)=sine(t)频率较低简洁通过LF，产生限制电压uc(t)，VOC输出一调频波V(t)在0(t)上下摇摆。由于V很小，很简洁摇摆到s，使环路进入锁定状态。---环路由失锁进入锁定的过程2）若V过大：ud(t)频率较大不能通过LF，产生不了限制电压uc(t)，环路无法捕获到S、始终处于失锁。存在着一个保证环路由失锁经捕获而进入锁定的最大允许值Vmax,称为捕获带（用p表示）。第五节APLL电路及其应用一、集成锁相环路：将PD、VCO、放大器等集成在一块芯片上，各部件之间不连接或部分连接，以便于插入环路滤波器中的阻容元件或其它电路，具有敏捷、功能强等特点。按最高工作频率不同，集成锁相环分为：{低频型（f<1MHz）高频型（130MHz）超高频型(f>30MHz)二、APLL的应用（一）锁相接收机（电路框图如图）fs:接收的目标信号频率；fd:经混频后的差频，即中频信号fI;锁相目的：使fdfI混频中放N倍频VCO

LF

fsfIf0fo’=Nfofd=fo’-fSfd=fIuc(t)ud(t)PD原理：将fd、fI加至PD进行鉴相，利用差拍电压uc(t)去限制VCO。锁定时，输出振荡的N倍频f0’(=Nf0)-fs=fd=fI完全同步。接收机本振频率可通过变更N来调整，达到切换接收目标信号频率的目的。（二）相干解调：平方器解调

PDVCO

LF

LF

1/2

BF

us(t)(DSB)s±2s±22s22s2ss因DSB中无载频，要实现解调需加相干的信号（频率为载频）。电路框图如图所示：原理：DSB信号经平方器（可用乘法器）变换成含有2s、2s±2、2的信号；用窄带滤波器BF滤除2s±2、2，利用PLL提取出2s；经二分频，即得到相干载频s，供DSB解调用。用PLL可便利地从DSB波中提取出解调所必需的相干载波。（五）数字频率合成系统频率合成技术在雷达、通信、电视广播、遥控遥测和测量领域已得到广泛应用。具其组成原理，可分为两类：{1.以滤波器为主的干脆频率合成技术2.锁相频率合成技术数字频率合成器的优点：体积小、重量轻、功耗小、便于集成等。1.单环数字频率合成器:组成框图如图：晶振1/NVCO

LF

PD设要求移动电台频道识别实力为100Hz，则基准频率fr和鉴相器的工作频率取为100Hz；已知VCO输出频率f0为33.9999MHz，可求得分频系数N。所以：N