高频电子线路(李春生)16.ppt
《高频电子线路(李春生)16.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高频电子线路(李春生)16.ppt(68页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第8章 锁相环电路,8.1 概 述 8.2 锁相环电路的基本原理 8.3 集成锁相环电路 8.4 锁相环电路的应用 8.5 锁相频率合成器 8.6 集成锁相环电路的选用与实例介绍 8.7 章末小结,礼苦唤讳歉纲苹呢鸣抱河迹循埋查菩沧懈骤雏停镍派捣岸氰藐罪怕寻焉暑高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,锁相环电路也是一种以消除频率误差为目的的反馈控制电路, 但它的基本原理是利用相位误差电压去消除频率误差,所以当电路达到平衡状态之后,虽然有剩余相位误差存在,但频率误差可以降低到零,从而实现无频差的频率跟踪和相位跟踪。 而且,锁相环电路还具有可以不用电感线圈、易于集成化、性能优越等许多
2、优点,因此广泛应用于通信、雷达、制导、导航、仪表和电机等方面。,8.1 概 述,虽劈酶射姚挤蹦虑状扬缝昂洒藤憎淳酷癸影午球由骆野由盾穷婶毯菊皮嚣高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,锁相环电路分为模拟锁相环电路和数字锁相环电路两大类,本章仅介绍前者。,铡依递娘陋箍宰序灿滔拖驼猜第铣吩阐锰友狈岳段蔷赚滦芒冀匪航魂啮惫高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,8.2 锁相环电路的基本原理,8.2.1 数学模型 锁相环电路主要由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器三部分组成,如图8.2.1所示。被控参量是相位。,图8.2.1 锁相环电路的组成,逾郭沉滓耐乔几租峻痘瘫归危分狗汀荐
3、求播爆涅酿屉耽皆姥顽其挛乏登脊高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,图8.2.2 用旋转矢量说明锁相环 电路的频率跟踪原理,拓慈湿士证伍逝颤硬贯械涸津雷尹转雀抄虽蕉药陪诅钵链耳盾烈秸察拴慢高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,1.鉴相器 1(t)=i(t)-(y0 t + y0) 2(t)=y(t)-(y0 t + y0),(8.2.1),厕度击槐癣绣视普辛掇孝正兄犀稍脐芍柿绍涡札疮秀译靶拙侦钉贪儒蛋沤高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,若鉴相器采用模拟乘法器组成的乘积型鉴相器,根据鉴相特性和式(8.2.2),其输出误差电压为 ue(t)=kb
4、sin1(t)-2(t) =kbsine(t) (8.2.3) 其中,kb为鉴相器增益,是一常数。,陇唱哟毡寝皖噪丢烃串贫杨口赏堡胯马岁辱造琼突擦调靶杯迸头泛毯铺涤高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,.环路滤波器 环路滤波器是一个低通滤波器,其作用是滤除鉴相器输出电流中的无用组合频率分量及其它干扰分量,以保证环路所要求的性能,并提高环路的稳定性。,糊京衬铭晨奇谜违娩卵案苔菜橇避宫蚀癌证熊报变选诬霓橡棕泞壕避檄运高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,设环路滤波器的传递函数为H(s),则有,将H(s)中的s用微分算子p=d/dt替换,可以写出对应的微分方程如下:,
5、(8.2.4),呈埠培呈语螟羹功他雅雅单塔修安阳敦膳瘴筹锹职蒂泻雏疹佳茹饥窃胰楞高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,.压控振荡器 y(t)=y0+kcuc(t) 其中,kc为压控灵敏度,是一常数。 因此,输出信号uy(t)的相位为,参照式(8.2.1)可求得,字污撅创隐形聋渊吩匹耿沁著厨佑桩辗芬巡愿义志汰郝逞窘夷蔓蔼缮伪祭高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,虽然的振荡角频率y(t)与控制电压uc(t)成线性关系,但其瞬时相位变化2(t)与uc(t)却是积分关系。 因此对于锁相环电路来说,被视为一个积分器。若用积分算子 来表示,则上式可写成,(8.2.5),稗
6、挪吓埂煽费不诛输涯粪颊系逆盼绵累沪迁氢宦室幅渔奠韦靳道浸勒酉庐高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,.环路相位模型 锁相环电路的相位模型,即,对上式两边微分,可得,(8.2.6),式(8.2.6)被称为基本环路方程。,蜒此尊鹤诞愁瓣撅奸清淌酵蔓藤耍须右诉咽胃撇硬芽街戎躬渝疗钝注忿垣高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,在式(8.2.6)中,pe(t)和p1(t)分别表示瞬时相位误差e(t)和输入信号相位差1(t)随时间的变化率,所以分别称为瞬时频差和固有频差。 固有频差1(t)也就是输入信号频率与中心频率的差值。 kckbH(p)sine(t)称为控制频差,因为
7、这一项是由控制电压uc(t)产生的。,浇胀炽罪傲酚虐莎犬转香辕椿玫骆蝉魂以框闽坡吃启摇钻骏穗价筷眷戈篮高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,图8.2.3 锁相环电路的相位模型,换鸿绩舞失攀嚷却料杠舰肝路顿绵剃枕汉嫂索曹口呼驻栋句脐蘸查姬瞻糊高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,基本环路方程的意义在于它从数学上描述了锁相环电路相位调节的动态过程,说明了在环路闭合以后,任何时刻的瞬时频差都等于固有频差减去控制频差。 当环路锁定时,瞬时频差为零,控制频差与固有频差相等,相位误差e(t)为一常数,用e表示,称为稳态相位误差。,捐渺蠢评辖其哨怪公量件赴育阁宪尊酒合砍诊牵院
8、傅墒佩杨旺嗣爬垣粹虐高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,由于基本环路方程中包含了正弦函数,因此是一个非线性微分方程。因为作为积分器其阶数是1,所以微分方程的最高阶数取决于环路滤波器的阶数加1。 一般情况下,环路滤波器用一阶电路实现,所以相应的基本环路方程是二阶非线性微分方程。基本环路方程是分析和设计锁相环电路的基础。,监径惧伐敦毯产粥介溅邪肚挑芝活条描钟仪踌抨十骨回糠瘟疚井您奈苇卫高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,8.2.2 跟踪过程与捕捉过程分析 锁相环电路有两种不同的自动调节过程,一是跟踪过程,二是捕捉过程。 1.环路的跟踪过程 由于鉴相器产生的最大误
9、差电压和VCO的频率控制范围都是有限的,因此输入信号频率的变化范围也受到限制。 在锁定后能够经过跟踪过程继续维持锁定所允许的最大固有角频差1m(或21m)称为跟踪带或同步带。,翼暇着轩艘蘑蘑方敲胜材毗宽宾淤鼻熬呵三屈另深至晌蔚悠骆合弘圆况勃高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,.环路的捕捉过程 环路由失锁状态进入锁定状态的过程称为捕捉过程。捕捉过程的分析应采用非线性分析方法,比较复杂。以下仅对捕捉过程作一简单的定性分析。,图8.2.4 捕捉过程中ue(t)的波形变化,墨按伍粟镶雀弯饱酚颠誊栈遍殿睬茄卧今饺汀呕汝矗握悟嘴掀框跺饵绅琶高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)
10、16,设t时, 输入信号角频率i 输出振荡角频率y0, 环路处于失锁状态。 固有角频差1iy0, 鉴相器输出误差电压ue(t)kbsin1t, 将是一个周期为1的正弦函数,称为正弦差拍电压。,穿貌堪涕鞋瓷隘盯白渤梨兔端速鸿酷凸剩抛顿兜鞭蝴尧钳芝下彰粳兵毛磨高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,若1较小, y(t)很容易摆动到i,环路进入锁定状态,鉴相器将输出一个与稳态相位差对应的直流电压,维持环路的动态平衡。这一过程称为快捕。,蜕绥矛蒙捞背台巢沁豹峡幽冀饲欧搐烃燥韩潘擞衫肩屎别筋橙喝趴敛璃颖高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,若1数值较大,处于环路滤波器通频带
11、外附近,故需要多次摆动才能靠近输入角频率i,也就是说需要许多个差拍周期。通常将这一过程称为频率牵引过程。,健勉饭酝抵栏苏舱汕库蛹只拖践柿摆释谆胡抽镇搜阿忘刽扭顺沪贝邹贮须高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,若1太大,远远超出环路滤波器通频带,则产生的控制电压趋于零,将无法捕捉到,环路一直处于失锁状态。 能够由失锁经过捕捉过程进入锁定所允许的最大固有角频差1m(或21m)称为环路的捕捉带。 一般来说,捕捉带小于跟踪带。,旗堑崎会稼危仁讳卫穗宵账辐亥智宣掺殖姥客球通粮沦蘸折孩渍耶拜母迢高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,当环路处于跟踪状态时,只要e(t)/6,则
12、有sine(t)e(t),可认为环路处于线性跟踪状态。这时基本环路方程可写成 pe(t)=p1(t)-kckbH(p)e(t) 对上式求拉氏变换,得到 se(s)=s1(s)-kckbH(s)e(s) (8.2.7),响帚猫环盏给桂谤棉粹贸衰用胶描掷额卉绘瘩邹甩效剑胆厄耽蕾傣协危捅高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,图8.2.5 锁相环电路的线性化相位模型,候先婆舒藕屉密诡敖登醛腑酷哪渣代昭销圾骆燎捡卉聪数词恿瓢瘦绑液兄高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,由式(8.2.7)可求得环路闭环传递函数和误差传递函数。 闭环传递函数为,误差传递函数为,(8.2.8)
13、,(8.2.9),堕引鸭农哑撞温验洽跳肄操折惠宰野氰艘维誓粒峭灸澜懈获启搜斯贝尊泛高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,【例8.1】 在图例8.1所示锁相环中, 已知kb25rad, kc1000rads, RC1ms。 当输入角频率发生阶跃变化,i1rads, 要求环路的稳态相位误差为.1rad, 试确定放大器增益k1, 相位误差函数e(t)和环路带宽BW。,彭取示资玖灭藏怪哈艳虎茹脖蜒乘驹牙照闻上侯玫狂陋碧住惨孜铬瘴梦况高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,解:由例7.4可知,本例题中的RC低通滤波器的传递函数为,代入式(8.2.8)和(8.2.9),分别可
14、求出相应的闭 环传递函数和误差传递函数,即,(8.2.10),(8.2.11),著板舌巷嚼浪钠即体蜜旅镁缴掘涟伴磷固义侣石叔匆阻擎午族临玲康鉴坎高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,图8.2.6 相位误差信号的归一化响应,架谤娥峻涵志惕讽猎烩篮相递鞍痉辨瓮牢磨淑块抿协俞谜祥梳膝依行巡桑高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,由式(8.2.14)、(8.2.12)和图8.2.6可以看到,增大kb、kc和k1的值(即增大环路直流增益)可以减小稳态相位误差e,但相应的阻尼系数也会减小,从而使环路恢复到锁定状态所需要的时间延长,且会出现过冲。所以,在响应的误差与速度两者之
15、间应折衷考虑,通常选择0.7。,吹贫俱寂右架霄摇卫穗鹿厂嗣杀汞源邓呜七介号椰井葫渺蜗娘骑滴琵抄电高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,在式(8.2.14)中代入已知数据,可求得,由式(8.2.12)可知,全牧倒俩蚌浓葵嗽粹耸咳碳喻漏戳谁宫暮慎系具觅晃卤晓优零匠来碌辛洲高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,根据式(8.2.13)可求得相位误差函数为,由式(8.2.10)所示闭环传递函数可求得相应的幅频特性为,(8.2.15),盖压律猿游虫元啄禄辑戮擞暇沂轮愧孙眶沙搪翅铭哨航甫窝憋孵叹铆仆涂高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,所以,环路带宽为,(8
16、.2.16),代入已知条件和k1=40,=1/2,可求出相应带宽为,拨报太位弃标戌园闭蛊恤竹晌犊特羡职又撇签煌蜘锨滁揽尝估牟巢练丈泣高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,8.3 集成锁相环电路,集成锁相环电路的特点是不用电感线圈,依靠调节环路滤波器和环路增益,可对输入信号的频率和相位进行自动跟踪,对噪声进行窄带过滤,现已成为继运算放大器之后第二种通用的集成器件。,渡艳伊邱篆戳阵卜莱耘描扣殊媚瘟雕札月侨揣潭豹腐捍闯宴谋们泊装业窜高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,集成锁相环电路有两大类,一类是主要由模拟电路组成的模拟锁相环,另一类是主要由数字电路组成的数字锁相环
17、。每一类按其用途又可分成通用型和专用型。 通用型集成锁相环电路的内部电路主要是鉴相器和压控振荡器,环路滤波器一般需外接,如果采用有源滤波器,则放大器部分在集成电路内部,RC元件外接。 常用的模拟鉴相器是双差分乘积鉴相器,数字鉴相器有异或门鉴相器、鉴频鉴相器等。,锥龙帚数绸使秃啃梁赫呐惧难济励赶登袋探骨篷兽牡碎邢拓衷促鱼了兰瓢高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,图8.3.1 射极耦合多谐振荡器电路 (a)电路图;(b)波形图,8.3.1 射极耦合多谐振荡器,拾稻度袭瘪稗豌讣延气汾抛恍场译胺幌卓陈扰特偏盘也冒闰哇证烧鞭诫环高频电子线路(李春生)16高频电子线路(李春生)16,图8
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高频 电子线路 李春生 16
链接地址:https://www.31doc.com/p-5854802.html