电子线路非线性部分第五版第六章

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1、第六章反馈控制电路6.1反馈控制电路概述xi和xo分别为反馈控制电路的输入量和输出量，反馈控制器对xo和xi进行比较，产生相应的误差量xe，对象根据xe对输出量xo进行调节，通过不断比较和调节，最后使xo与xi之间接近到预定的关系，反馈控制电路进入稳定状态。反馈控制电路的组成方框图6.1.1丙类谐振功率放大器一、自动电平控制电路自动电平控制的组成方框图反馈控制器由振幅检波器、直流放大器和比较放大器组成；对象是可控增益放大器。曲线①为增益控制特性，曲线②为反馈控制特性，它们的交点A即为进入稳定状态的平衡点。二、应用1、自动增益控制电路

2、(AGC)2、已调波功率放大器6.1.2自动频率控制电路一、工作原理自动频率控制电路的组成方框图压控特性(a)和鉴频特性(b)控制对象是振荡频率受误差电压控制的压控振荡器。用作图法显示环路锁定时的e二、应用1、自动频率微调电路2、调频负反馈解调器3、线性扫频电路6.1.3自动相位控制电路(锁相环路)控制对象为压控振荡器，而反馈控制器则由检测相位差的鉴相器和低通滤波器组成。锁相环路的组成方框图用旋转矢量说明锁相环路的控制过程6.2锁相环路性能分析6.2.1基本环路方程一、鉴相器鉴相器的两个输入信号：鉴相器输出电压：瞬时相位差：二

3、、压控振荡器(VCO)压控振荡器的作用是产生频率随控制电压变化的振荡电压。压控振荡器的振荡频率和控制电压之间的关系可表示为上式可改写为或可见，VCO是一个理想的积分器，往往将它称为锁相环路中的固有积分环节。p=d/dt，为微分算子三、环路低通滤波器简单RC滤波器：无源比例积分滤波器：有源比例积分滤波器：环路低通滤波器环路低通滤波器：有源比例积分环路滤波器的电路模型：复频率s用微分算子p替换，则vc(t)=AF(p)vd(t)简单RC无源比例积分四、基本环路方程将三个基本组成部分的电路模型连接起来，就可得到PLL的相位模型。在这个模型

4、中，鉴相器为环路中唯一的非线性环节，环路基本方程为或锁相环路模型：当环路锁定时：稳态相位误差：式中瞬时角频差：VCO振荡角频率偏离输入信号角频率的数值控制角频差：输入固有角频差：环路基本方程表明，环路闭合后的任何时刻，瞬时角频差和控制角频差之和恒等于输入固有角频差。6.2.2捕捉过程的定性讨论环路原先是失锁的，通过自身调节由失锁进入锁定的过程称为捕捉过程，能够进入锁定所允许的最大称为捕捉带(PullinRange，CaptureRange)。环路原先是锁定的，由于某种原因造成环路偏离锁定，通过自身调节重新维持锁定的过程称为跟踪过程，

5、能够维持锁定所允许输入信号频率偏离ωr的大值称为同步带。同步带恒大于捕捉带先讨论捕捉过程，再讨论跟踪过程。捕捉过程：刚接入输入信号的瞬间，鉴相器输出端产生角频率为的正弦电压。维持失锁趋向锁定若介于上述两者之间，则有以下两种情况：第一种情况：虽然较大，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，但其值还能使VCO振荡频率摆到上，环路很快由失锁进入锁定；第二种情况：更大，鉴相器输出差拍电压通过环路滤波器时受到更大衰减，其值不能使VCO振荡频率摆到上，环路需要经历时间较长的频率牵引过程才能进入锁定。捕捉过程的示意图捕捉过程中vd(

6、t)的波形6.2.3跟踪特性在环路的跟踪过程中，值一般是很小的，则有环路的闭环传递函数为环路的开环传递函数环路的误差传递函数一、瞬态响应及稳态相位误差若采用简单RC滤波器，则相应的误差传递函数为环路原先锁定，现若某种原因使输入信号频率或相位变化。瞬态响应就是用来描述环路恢复到锁定状态的整个跟踪过程，在这个过程中，相位误差将由起始值向稳态值趋近。,式中若t=0时，输入信号频率发生的变化，即拉氏变换为环路的相位误差为稳态相位误差为相位误差信号的瞬态响应：二、正弦稳态响应在PLL中，正弦稳态响应是指输入相位为正弦信号时环路的输出响应。采用

7、简单RC滤波器时，环路的闭环传递函数为相应的幅频特性为闭环幅频特性曲线：6.3电荷泵锁相环6.3.1工作原理电荷泵锁相环由鉴频鉴相器、电荷泵、低通滤波器和压控振荡器构成。电荷泵锁相环组成方框图：带有电荷泵和低通滤波器的鉴频鉴相器：不同条件下的鉴频鉴相波形图：(a)A<B(b)A>BA和B频率不等时的波形图(a)ABA和B频率相等时的波形图(b)A=B6.3.2环路方程环路进入稳态后，在t=0时刻，若B信号的相位阶跃了0，即e(t)=0ε(t)。滤波器上积累的电荷量Q随时间变化的斜率近似为，则则电荷泵的输出电流

8、为则icp相对于e的传递函数为vo相对于e的传递函数可以表示为环路的开环传递函数：环路的闭环传递函数：环路的线性化模型：6.3.3电荷泵电路基本的电荷泵电路改进的电荷泵电路(含低通滤波器)6.4集成锁相环及其应用6.4.1集成锁相