第六章反馈控制电路与频率合成技术

第六章反馈控制电路与频率合成技术 本章重点：相位反馈控制电路的（锁相环）的电路组成，基本工作原理，基本环路方程，集成锁相环的应用。本章难点：锁相环路的相位反馈控制过程，捕捉过程的定性讨论。

6.1 反馈控制电路概述 各种通信和电子系统中，为了提高其性能指标，或实现某些特殊的指标要求，广泛采用各类反馈控制电路。自动振幅（增益）控制电路ALC (AGC) 自动频率控制电路AFC 自控相位控制电路APC 分类 6.1

分别为反馈控制电路的输入量和输出 图中，和为各种反馈控制电路，就其作用原理而言，都可看作自动调节系统，它由反馈控制电路和受控对象两部分组成，如图6.1.1所示。量，它们之间的关系是根据使用要求予以设定的，设

控制过程：若 受某种因素的影响而遭到破坏，则反馈控制器就对进行比较，检测出它们和，与预定关系之间的偏离程度，并产生相应的误差量加到被控制对象上对进行调节，使和之间接近到预定的状态（关系），而进入稳定状态。反馈控制电路的类型不同，需要比较和调节的参量就不同。 6.1

和为电压（电流）。（电流），相应的和为频率。率，则相应的为相位。和则相应的自动电平控制电路需要比较和调节的参量为电压自动频率控制电路，需要比较和调节的参量为频自动相位控制电路需要比较和调节的参量为相位， 6.1

6.1.1 自动电平控制电路（ALC） 自动电平控制电路的基本作用是减小因各种因素引起系统输出信号电平的变化。例如，减小接收机因电磁波传播衰落等引起输出信号强度的变化，稳定发射机输出电平，并便于在一定范围内进行调整，可作为信号发生器的稳幅机构或输出信号电平的调节机构等。常见的自动电平控制电路用于调幅接收机时，称为自动增益控制（Automatic Gain Control）电路，简称为AGC电路。 6.1.1

图6.1.2 具有自动增益控制电路的超外差式接收机方框图自动增益控制电路的作用是，当输入信号电压在很大范围变化时，保持接收机输出电压几乎不变。具有自动增益控制电路的超外差式接收机方框图如图6.1.2所示。 6.1.1

的增大而增大（不考虑 机的输出电压随输入电压由检波器输出的低频电压，经低放和低功放到扬声器，另一路经RC低通滤波器后，获得直流电流（或电压）分量，以控制高放、变频和中放级增益。由于控制晶体管放大器的增益，一般是需要功率的，如果检波器输出功率不够，还可以在低通滤波器后加一直流放大器。 AGC电路具有的特性是：在没有控制电路时，接收外来信号过强时超出晶体管的线性工作范围）， 6.1.1

随输入电压 输出电压振幅的增大而减小，如图6.1.3 的这种关系曲线，称为简与曲线②所示。单AGC特曲图6.1.3 简单的AGC特性如图6.1.3中曲线①所示。具有AGC电路的接收机，线。 6.1.1

，可以使低通滤波器的截止频率低于解调后 变电阻图4.4.10 收音机中的实际二极管检波电路图4.4.10是晶体管收音机中的简单AGC电路。调节可音频信号的最低频率，避免出现反调制。 6.1.1

，而又与晶体管工作点有关，所以，改变发射极平均电流就可以使随之改变，从而达到控制放控制放大器增益的方法主要有两种： 1、通过改变放大器本身的某些参数，如发射极电流、负载、电流分配比、恒流源电流、负反馈大小等； 2、插入可控衰减器来改变整个放大器的增益。如晶体管放大器的增益取决于晶体管正向传输导纳大器增益的目的。 6.1.1

特性曲线，其中实线是普通 图6.1.4是晶体管输入信号的变化方向相反。图6.1.4 晶体管特性曲线的变化方向与减小，则应该减小，所以减小，即晶体管特性，虚线是AGC管特性。简单AGC有正向AGC和反向AGC之分：所谓反向AGC，是指当输入信号增强时，希望增益 6.1.1

应该增大， 的变化方向与输入所以图6.1.4 晶体管特性曲线所谓的正向AGC，是指当输入信号增强时，若使增益减小，信号的变化方向相同。

图6.1.5 改变 的增益控制电路 AGC控制电压既可以从发射极送入，也可以从基极送入，如图6.1.5所示。 6.1.1

简单AGC电路的优点是电路简单。主要缺点是，一有外来信号，AGC立刻起作用，接收机的增益就因受控制而减小。这对提高接收机的灵敏度是不利的，尤其在外来信号很微弱时。简单AGC电路的优点是电路简单。主要缺点是，一有外来信号，AGC立刻起作用，接收机的增益就因受控制而减小。这对提高接收机的灵敏度是不利的，尤其在外来信号很微弱时。为了克服这个缺点，也就是希望外来信号大于某值后，AGC才起作用，此时可采用延迟AGC电路。

图6.1.6 具有延迟AGC的接收机框图 图6.1.6为具有延迟AGC的接收机电路框图。图中单独设置了提供AGC电压的AGC检波器。其延迟特性由加在AGC检波器上的参考电压决定。 6.1.1

当检波器输入信号 的幅度小于时，AGC检波器不工作，AGC电压为零，AGC不起控制作用。当检波器输入信号的幅度大于时，AGC 才起控制作用。其控制特性如图6.1.7所示。 6.1.1

图6.1.9 自动频率控制电路原理框图 6.1.2 自动频率控制电路（AFC）自动频率控制电路的控制对象是信号的频率。 AFC电路的主要作用是自动控制振荡器的振荡频率。图6.1.9是自动频率控制电路的原理方框图。 6.1.2

与标称频率 在鉴频器中进行比较。当时，鉴，压控振荡器振荡频率不变；频器无输出，控制电压干扰及噪声后，得到控制电压，利用控制电压当时，鉴频器就有误差电压输出，这个误差电压，经过低通滤波器滤除正比于频率误差该框图的自动频率调整过程是：压控振荡器的频率

减小到一定 发生变化；变化的结果使频率误差值，自动控制过程即停止，压控振荡器即稳定于的频率上，环路进入锁定状态。锁定状态的称为稳态频率误差（剩余频率误差）。控制压控振荡器的振荡频率，最终使压控振荡器的频率 6.1.2

图6.1.12 锁相环路的组成方框图 6.1.3 自动相位控制电路（APC）(锁相环路——PLL) 图6.1.12为锁相环路的基本组成方框图。控制对象为压控振荡器（VCO）；反馈控制器由检测相位差的鉴相器（PD）和低通滤波器（LF）组成。 6.1.3

分别用旋转矢量表示，如图6.1.13(a) 和VCO电压的角频率和相应的瞬时相位（）。图6.1.13(b)所示为VCO角频率等于输入信号角频率。环路锁定时，两个旋转矢量之间的瞬时相位差便保持恒值（）。频率和相位之间存在着确定的关系。将输入信号电压所示。矢量的转动角速度和相应的角位移就是所示电压 6.1.3

图6.1.13 用旋转矢量说明PLL的相位（频率）控制过程 6.1.3

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