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第11章 章

反馈控制电路

11.1 自动增益控制电路(AGC) 自动增益控制电路 11.2 自动频率控制电路 11.3 锁相环路的组成和环路方程 11.4 锁相环路的基本性能分析 11.5 锁相应用举例

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11.1 自动增益控制电路 自动增益控制电路(AGC) 11.1.1 电路组成原理 自动增益控制电路(简称 电路) 自动增益控制电路 简称AGC电路 简称 电路 是接收机中普遍采用的一种反馈控制电 路。

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下图是具有AGC电路的调幅接收机部分组成方框 电路的调幅接收机部分组成方框 下图是具有 图中，高放、混频和中放组成可控增益放大器 可控增益放大器， 图 。 图中 ， 高放 、 混频和中放组成 可控增益放大器 ， AGC检波器和直流放大器组成环路的控制器。 检波器和直流放大器组成环路的控制器。 检波器和直流放大器组成环路的控制器

高混 放放参

混混参

中混 放放参

至解调参

直直 放放参

AGC

锁调参

uR

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11.1.2 对AGC控制特性的要求 控制特性的要求 AGC电路的增益控制特性， 可用受控放大器的传 电路的增益控制特性， 电路的增益控制特性 输特性曲线来描述。 当输入信号ui 小于起控门限电压 输特性曲线来描述 。 当输入信号 UiA 时 ， AGC不起作用 ， 这时放大器的增益最大 对应 不起作用， 不起作用 这时放大器的增益最大(对应 零点到A点连线的斜率 点连线的斜率)。 零点到 点连线的斜率 。

uo u o B A Uomin 0 UiA Uomax UiB ui

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11.2 自动频率控制电路11.2.1 工作原理 自动频率控制电路是一种频率的负反馈控 制电路， 其一般的组成方框图如图 所示。 制电路 ， 其一般的组成方框图如图11.5所示。 所示 图中，输入信号频率f 压控振荡器(简称 简称VCO) 图中，输入信号频率 i和压控振荡器 简称 的振荡频率f 通过混频器产生新频率f 的振荡频率 0通过混频器产生新频率 x。

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fi

混混参f0

fx

鉴混参

ud

放放参

压压 振振参

uC

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fC

混混参fL

fI

调限调调输输

中混 放放参

至解调参

压压 振振参

放放参 低低滤调参

限限 鉴混参

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11.2.3调频负反馈解调电路 调频负反馈解调电路 调频负反馈解调电路的组成方框图如图11.7所示， 所示， 调频负反馈解调电路的组成方框图如图 所示 与普通调频接收机的解调电路相比较，区别在于它把 与普通调频接收机的解调电路相比较， 输出的解调电压又反馈作为本机振荡器的VCO控制电 输出的解调电压又反馈作为本机振荡器的 控制电 使其振荡频率按调制信号规律变化。 压，使其振荡频率按调制信号规律变化。这时对混频 器而言， 器而言，相当加了两个载波频率不同而调制信号相同 的调频波。 的调频波。若设输入调频波的瞬时频率为 fi(t)=fC+fmCcos t,在环路锁定时

,VCO产生的调频 ，在环路锁定时， 产生的调频 振荡的瞬时频率为f 振荡的瞬时频率为 0(t)=fL+fmLcos t,则混频器输出 ， 的中频瞬时频率 fI(t)=f0(t)-fi(t)=(fL-fC)-(fmCfmL)cos t=fIfmIcos t

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式中， 式中 ， fI=fL-fC 、 fmI=fmC-fmL 分别为中频 信号的载波频率和最大频偏。 可见， 信号的载波频率和最大频偏 。 可见 ， 中频信 号仍为不失真的调频波，只是最大频偏由 fmC 减小到 mI , 因而通过中频放大器 、 限 减小到f 因而通过中频放大器、 幅鉴频器后就可解调出不失真的调制电压。 幅鉴频器后就可解调出不失真的调制电压。

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调混调输输fi(t)

混混参fo(t)

fI(t)

中混 放放参

限限 鉴混参

低低 滤调参

解调 电压输输

压压 振振参

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11.3 锁相环路的组成和环路方程11.3.1 锁相环路的组成 相位锁定环路简称锁相环路， 相位锁定环路简称锁相环路，英文的缩写 是PLL。锁相环路是相位反馈控制环路。基本 。 锁相环路是相位反馈控制环路。 锁相环路由鉴相器(PD)、环路低通滤波器(LPF) 、环路低通滤波器 锁相环路由鉴相器 和电压控制振荡器(VCO)三个部件组成， 如图 三个部件组成， 和电压控制振荡器 三个部件组成 11.8所示。 所示。 所示

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环路的输入信号u , 其相位为θ ; 环路的输入信号 i(t), 其相位为 1(t); 压控振荡器的输出信号为u , 压控振荡器的输出信号为 o(t), 其相位 为θ2(t)。鉴相器的输出电压ud(t)是ui(t)与 。鉴相器的输出电压 是 与 uo(t) 的 相 位 差 θe(t)=θ1(t)-θ2(t) 的 函 数 。 ud(t)经过低通滤波器滤波取出直流和低 (t) 经过低通滤波器滤波取出直流和低 频信号u 的控制下， 频信号 C(t)。 在电压 C(t)的控制下 ， 压 。 在电压u 的控制下 控振荡器的频率向输入信号的频率靠拢， 控振荡器的频率向输入信号的频率靠拢 ， 直至达到相等， 鉴相器输出电压u 恒 直至达到相等 ， 鉴相器输出电压 d(t)恒 定不变。 定不变。

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θ1(t)u i(t)

PD

u d(t)

LPF

u C(t)

VCO

θ2(t)u o(t)

θ2(t)

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11.5 锁相应用举例11.5.1 锁相频率合成 1. 用于频率合成中的锁相环 频率合成是由标准频率源经过频率的加、 减 、 乘 、 频率合成是由标准频率源经过频率的加 、 除运算得到一系列的频率信号的理论与技术。 除运算得到一系列的频率信号的理论与技术 。 实现频 率合成的设备叫频率合成器。 率合成的设备叫频率合成器 。 利用锁相技术实现频率 合成的方法叫间接频率合成法， 合成的方法叫间接频率合成法 ， 这种方法是目前频率 合成中应用最广泛的方法之一。 合成中应用最广泛的方法之一。

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用于频率合成中的锁相环有倍频锁相环、分频锁相环 和混频锁相环。倍频锁相环如图11.21所示。锁

定状态 下，输入信号的参考频率fr与分频器输出信号频率fo/N 相等，则环路输出信号频率

f o = Nf r

(11.5―1)

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fr ur

PD fo / N

LPF

VCO

fo = Nfr uo

参混÷N

图11.21 倍频锁相环的框图

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fr ur

PD Nfo

LPF

VCO

fo = fr / N uo

倍混 ×N

图11.22 分频锁相环的框图

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示出的是混频锁相环框图。 图11.23示出的是混频锁相环框图。输出信号频率 示出的是混频锁相环框图 fo与u1信号的频率 在混频器中进行加减运算，得到和、 信号的频率f1在混频器中进行加减运算 得到和、 在混频器中进行加减运算， 差频f 锁定情况下， 输入信号的参考频率f 差频 o±f1 。 锁定情况下 ， 输入信号的参考频率 r与混 频器输出信号频率f 相等， 频器输出信号频率 o±f1相等，则输出信号频率

f o = f r m f1

(11.5―3)

分频、倍频和混频锁相环的电路形式很多， 分频 、 倍频和混频锁相环的电路形式很多， 有模拟 电路，也有数字电路。 电路，也有数字电路。由这些基本环路可以构成各种各 样的频率合成器。 样的频率合成器。目前市场上集成频率合成芯片已大量 销售，下面举一例说明。 销售，下面举一例说明。

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fr ur fo± fi

PD

LPF

VCO

fo = fr

uo

混混±f1 u 1

fo

图11.23 混频锁相环的框图

±

fi

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2.中规模集成频率合成器举例 中规模集成频率合成器举例 MC145100系列是典型的中规模频率合成 系列是典型的中规模频率合成 它们是CMOS电路 。 MC145106的方框图 电路。 器 。 它们是 电路 的方框图 如图11.24所示 ， 其中包含有参考振荡器 或放 所示， 其中包含有参考振荡器(或放 如图 所示 大器)、 参考分频器、 程序分频器和鉴相器。 大器 、 参考分频器 、 程序分频器和鉴相器 。 利用它构成锁相环时需要外接环路滤波器和压 控振荡器。

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÷2输输

振振输输 参参3

4

5

6

FS

÷2

9 参参参混参2/210

7

PD输输

振振MC145106 VCO2

PD8

程程参混参÷N17 16 15 14 13 12 11 10 9 1 18

锁锁锁锁

输输p0 p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p8 ED ES

图11.24 MC145106内部电路框图