反饋控制電路第一頁，編輯于星期六：十四點二十三分。

整個系統(tǒng)的功能就是使輸出狀態(tài)跟蹤輸入信號（基準(zhǔn)）或它的平均值的變化?？刂七^程總是使調(diào)整后的誤差以與起始誤差相反的方向變化，結(jié)果逐漸減小絕對誤差，最終趨向于一個極限值。根據(jù)控制狀態(tài)參數(shù)的不同，在高頻電路中，反饋控制電路可分為四類：自動增益控制（AGC）：調(diào)整輸出電壓振幅自動功率控制（APC）：調(diào)整功率放大器輸出功率自動頻率控制（AFC）：調(diào)整振蕩信號的頻率自動相位控制（PLL）：調(diào)整振蕩信號的相位7章反饋控制電路2第二頁，編輯于星期六：十四點二十三分。7.1自動增益控制電路7.2自動頻率控制電路7.3鎖相環(huán)路7.4頻率合成器主要內(nèi)容7章反饋控制電路3第三頁，編輯于星期六：十四點二十三分。圖7―2具有AGC電路的接收機(jī)組成框圖具有AGC電路的接收機(jī)組成框圖如下圖所示。7.1自動增益控制電路7章反饋控制電路4第四頁，編輯于星期六：十四點二十三分。7.1.1工作原理自動增益控制是用負(fù)反饋控制的方法動態(tài)地調(diào)整放大器的增益，使得輸入電壓幅度在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化時，放大器輸出電壓振幅的平均值能基本保持恒定。設(shè)輸入信號振幅為Ui,輸出信號振幅為Uo,可控增益放大器增益為Kv(uc),它是控制電壓uc的函數(shù),則有自動增益控制電路框圖如圖7-3所示。(7―1)7章反饋控制電路5第五頁，編輯于星期六：十四點二十三分。圖7―3自動增益控制電路框圖7章反饋控制電路6第六頁，編輯于星期六：十四點二十三分。根據(jù)輸入信號的類型、特點以及對控制的要求，AGC電路主要有以下幾種類型。1．簡單AGC電路

在簡單AGC電路里,參考電平Ur＝0。這樣,只要輸入信號振幅Ui增加,AGC的作用就會使增益Kv減小,從而使輸出信號振幅Uo減小。圖7―4為簡單AGC的特性曲線。簡單AGC電路的優(yōu)點是線路簡單，在實用電路中不需要電壓比較器；主要缺點是，一有外來信號，AGC立即起作用，接收機(jī)的增益就受控制而減小，這對提高接收機(jī)的靈敏度是不利的，尤其在外來信號很弱時。故簡單AGC電路適用于輸入信號振幅較大的場合。7.1.2自動增益控制電路7章反饋控制電路7第七頁，編輯于星期六：十四點二十三分。

圖7―4簡單AGC特性曲線7章反饋控制電路8第八頁，編輯于星期六：十四點二十三分。

2．延遲AGC電路在延遲AGC電路里有一個起控門限,即比較器參考電壓Ur,它對應(yīng)的輸入信號振幅Uimin,如圖7―5所示。圖7―6延遲AGC電路7章反饋控制電路9第九頁，編輯于星期六：十四點二十三分。圖7―5延遲AGC特性曲線7章反饋控制電路10第十頁，編輯于星期六：十四點二十三分。7.1.3放大器的增益控制由于高頻放大器的諧振增益為：從上式可知放大器的增益與晶體管的正向傳輸導(dǎo)納成正比，而的大小與晶體管的工作點電流IQ有關(guān)。因此，通過改變晶體管發(fā)射極電流IE，可以改變，從而實現(xiàn)改變放大器的電壓增益Au0。晶體管的－特性曲線如圖7-7所示。從曲線可知AGC分正向AGC和反向AGC，相應(yīng)的電路中AGC控制電壓應(yīng)分別加在晶體管的基極和發(fā)射極，即可實現(xiàn)放大器的增益控制。（7-2）7章反饋控制電路11第十一頁，編輯于星期六：十四點二十三分。圖7-7晶體管－IE特性曲線7章反饋控制電路12第十二頁，編輯于星期六：十四點二十三分。7.2自動頻率控制電路

7.2.1工作原理自動頻率控制（AFC）電路由頻率比較器、低通濾波器和可控頻率器件三部分組成,如圖7―8所示。頻率比較器通常是鑒頻器，參考頻率ωr與鑒頻器的中心角頻率ω0相等?？煽仡l率器件通常是壓控振蕩器（VCO）,其輸出振蕩角頻率可寫成自動頻率控制電路是利用誤差信號的反饋作用來控制被穩(wěn)定的振蕩器頻率，使之穩(wěn)定。誤差信號是由鑒頻器產(chǎn)生的，它與鑒頻器的兩個輸入信號頻率差成正比，顯然達(dá)到最后穩(wěn)定狀態(tài)時，兩個頻率不可能完全相等，必定存在剩余頻差：。(7―3)

7章反饋控制電路13第十三頁，編輯于星期六：十四點二十三分。圖7―8自動頻率控制電路的組成7章反饋控制電路14第十四頁，編輯于星期六：十四點二十三分。自動頻率微調(diào)電路（簡稱AFC電路）圖7―9是一個調(diào)頻通信機(jī)的AFC系統(tǒng)的方框圖。這里是以固定中頻fI作為鑒頻器的中心頻率,亦作為AFC系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率。當(dāng)混頻器輸出差頻不等于fI時，鑒頻器即有誤差電壓輸出，通過低通濾波器，得到直流電壓輸出，用來控制本振（壓控振蕩器），從而使f0改變，直到減小到等于剩余頻差為止。這固定的剩余頻差叫做剩余失諧。7.2.2應(yīng)用7章反饋控制電路15第十五頁，編輯于星期六：十四點二十三分。圖7―9調(diào)頻通信機(jī)的AFC系統(tǒng)方框圖7章反饋控制電路16第十六頁，編輯于星期六：十四點二十三分。7.3鎖相環(huán)路

7.3.1工作原理

鎖相環(huán)PLL(Phase-LockedLoop)是一個相位負(fù)反饋控制系統(tǒng)。它由鑒相器(PhaseDetector,縮寫為PD)、環(huán)路濾波器(LoopFilter,縮寫為LF)和電壓控制振蕩器(VoltageControlledOscillator,縮寫為VCO)三個基本部件組成,如圖7―10所示。圖7―10鎖相環(huán)的基本構(gòu)成7章反饋控制電路17第十七頁，編輯于星期六：十四點二十三分。

設(shè)參考信號為(7―4)

若參考信號是未調(diào)載波時,則θr(t)=θr=常數(shù)。設(shè)輸出信號為(7―5)兩信號之間的瞬時相差為（7―6）由頻率和相位之間的關(guān)系可得兩信號之間的瞬時頻差為(7―7)7章反饋控制電路18第十八頁，編輯于星期六：十四點二十三分。

鎖定后兩信號之間的相位差表現(xiàn)為一固定的穩(wěn)態(tài)值。即（7―8）

此時,輸出信號的頻率已偏離了原來的自由振蕩頻率ω0(控制電壓uc(t)=0時的頻率),其偏移量由式(7―7)和(7―8)得到為

(7―9)這時輸出信號的工作頻率已變?yōu)?7―10)7章反饋控制電路19第十九頁，編輯于星期六：十四點二十三分。由上可知，鎖相環(huán)路是通過對相位的控制來實現(xiàn)對頻率的控制，可以實現(xiàn)無誤差的頻率跟蹤。它與自動頻率控制電路一樣都是實現(xiàn)頻率跟蹤的自動控制電路，但自動頻率控制電路只能實現(xiàn)有固定頻差的頻率跟蹤。7章反饋控制電路20第二十頁，編輯于星期六：十四點二十三分。7.3.2基本環(huán)路方程1.鑒相器鑒相器（PD）又稱為相位比較器,它是用來比較兩個輸入信號之間的相位差θe(t)。鑒相器輸出的誤差信號ud(t)是相差θe(t)的函數(shù)，即ud(t)＝f[θe(t)]。鑒相器按其鑒相特性可分為正弦型、三角型和鋸齒型等。圖7-11所示的是正弦鑒相器，它由模擬乘法器與低通濾波器串接而成。圖7―11正弦鑒相器模型7章反饋控制電路21第二十一頁，編輯于星期六：十四點二十三分。若以壓控振蕩器的載波相位ω0t作為參考，將輸出信號uo(t)與參考信號ur變形

(7―11)(7―12)式中，θ2(t)=θ0(t),

(7―13)

將uo(t)與ur(t)相乘,經(jīng)低通濾除2ω0分量,可得

(7―14)由（7-14）可得正弦鑒相器的數(shù)學(xué)模型如圖7-12所示，鑒相特性如圖7-13所示。Ud在一定程度上反映了鑒相器的靈敏度。7章反饋控制電路22第二十二頁，編輯于星期六：十四點二十三分。圖7―12線性鑒相器的頻域數(shù)學(xué)模型7章反饋控制電路23第二十三頁，編輯于星期六：十四點二十三分。圖7―13正弦鑒相器的鑒相特性7章反饋控制電路24第二十四頁，編輯于星期六：十四點二十三分。2.環(huán)路濾波器環(huán)路濾波器(LF)是一個線性低通濾波器,用來濾除誤差電壓ud(t)中的高頻分量和噪聲,更重要的是它對環(huán)路參數(shù)調(diào)整起到?jīng)Q定性的作用。環(huán)路濾波器的模型如圖7-14所示。

圖7―14環(huán)路濾波器的模型

(a)時域模型;(b)頻域模型7章反饋控制電路25第二十五頁，編輯于星期六：十四點二十三分。1)

RC積分濾波器這是最簡單的低通濾波器,電路如圖7―15(a)所示,其傳遞函數(shù)為

2)無源比例積分濾波器無源比例積分濾波器如圖7―16(a)所示。與RC積分濾波器相比,它附加了一個與電容C串聯(lián)的電阻R2,這樣就增加了一個可調(diào)參數(shù)。它的傳遞函數(shù)為(7―16)(7―15)7章反饋控制電路26第二十六頁，編輯于星期六：十四點二十三分。圖7―15RC積分濾波器的組成與頻率特性(a)組成;(b)頻率特性7章反饋控制電路27第二十七頁，編輯于星期六：十四點二十三分。圖7―16無源比例積分濾波器

(a)組成;(b)頻率特性7章反饋控制電路28第二十八頁，編輯于星期六：十四點二十三分。3)有源比例積分濾波器有源比例積分濾波器由運算放大器組成,電路如圖7-17(a)所示。當(dāng)運算放大器開環(huán)電壓增益A為有限值時,它的傳遞函數(shù)為(7―17)式中，τ1’=(R1+AR1+R2)C;τ2=R2C。若A很高,則(7―18)7章反饋控制電路29第二十九頁，編輯于星期六：十四點二十三分。圖7―17有源比例積分濾波器

(a)電路;(b)頻率特性7章反饋控制電路30第三十頁，編輯于星期六：十四點二十三分。3.壓控振蕩器壓控振蕩器(VCO)是一個電壓-頻率變換器,在環(huán)路中作為被控振蕩器,它的振蕩頻率應(yīng)隨輸入控制電壓uc(t)線性地變化,即

式中，ωv(t)是VCO的瞬時角頻率，kd是線性特性斜率，表示單位控制電壓可使VCO角頻率變化的數(shù)值。因此又稱為VCO的控制靈敏度或增益系數(shù),單位為［rad/V·s］。在鎖相環(huán)路中，VCO的輸出對鑒相器起作用的不是瞬時角頻率而是它的瞬時相位，即（7―19）7章反饋控制電路31第三十一頁，編輯于星期六：十四點二十三分。（7―20）（7―21）

將此式與式(7―11)比較,可知以ω0t為參考的輸出瞬時相位為

7章反饋控制電路32第三十二頁，編輯于星期六：十四點二十三分。

由此可見,VCO在鎖相環(huán)中起了一次積分作用,因此也稱它為環(huán)路中的固有積分環(huán)節(jié)。式(7―21)就是壓控振蕩器相位控制特性的數(shù)學(xué)模型,若對式(7―21)進(jìn)行拉氏變換,可得到在復(fù)頻域的表示式為VCO的傳遞函數(shù)為（7―22）（7―23）7章反饋控制電路33第三十三頁，編輯于星期六：十四點二十三分。圖7―18VCO的復(fù)頻域模型7章反饋控制電路34第三十四頁，編輯于星期六：十四點二十三分。4.環(huán)路相位模型和基本方程

復(fù)時域分析時可用一個傳輸算子F(p)來表示，其中p(≡d/dt)是微分算子。由圖7―19,我們可以得出鎖相環(huán)路的基本方程(7―24)(7―25)7章反饋控制電路35第三十五頁，編輯于星期六：十四點二十三分。圖7―19鎖相環(huán)路的相位模型

7章反饋控制電路36第三十六頁，編輯于星期六：十四點二十三分。

將式(7―25)代入式(7―24)得（7―26）

設(shè)環(huán)路輸入一個頻率ωr和相位θr均為常數(shù)的信號,即

式中，ω0是控制電壓uc(t)=0時VCO的固有振蕩頻率;θr是參考輸入信號的初相位。令

（7―27）則7章反饋控制電路37第三十七頁，編輯于星期六：十四點二十三分。將式(7―27)代入式(7―26)可得固定頻率輸入時的環(huán)路基本方程:（7―28）

右邊第二項是閉環(huán)后VCO受控制電壓uc(t)作用引起振蕩頻率ωv相對于固有振蕩頻率ω0的頻差(ωv-ω0)，稱為控制頻差。由式(7―28)可見,在閉環(huán)之后的任何時刻存在如下關(guān)系:

瞬時頻差=固有頻差-控制頻差

（7―29）7章反饋控制電路38第三十八頁，編輯于星期六：十四點二十三分。7.3.3鎖相環(huán)工作過程的定性分析1.鎖定狀態(tài)當(dāng)在環(huán)路的作用下,調(diào)整控制頻差等于固有頻差時,瞬時相差θe(t)趨向于一個固定值,并一直保持下去,即滿足此時可以認(rèn)為鎖相環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)。環(huán)路對輸入固定頻率的信號鎖定后，輸入到鑒相器的兩信號之間無頻差，只有一固定的穩(wěn)態(tài)相差θe(t)。此時的誤差電壓Udsinθe(∞)為直流，它經(jīng)過F（j0）的過濾作用之后得到控制電壓UdF（j0）sinθe(∞)也是直流。鎖定時的環(huán)路方程為（7―30）（7―31）7章反饋控制電路39第三十九頁，編輯于星期六：十四點二十三分。從中解得穩(wěn)態(tài)相差鎖定正是在由穩(wěn)態(tài)相差θe(∞)產(chǎn)生的直流控制電壓作用下,強(qiáng)制使VCO的振蕩角頻率ωv相對于ω0偏移了Δω0而與參考角頻率ωr相等的結(jié)果。即（7―33）（7―32）7章反饋控制電路40第四十頁，編輯于星期六：十四點二十三分。2.跟蹤過程跟蹤是在鎖定的前提下，輸入的參考頻率和相位在一定的范圍內(nèi)，以一定的速率發(fā)生變化時，輸出信號的頻率和相位以同樣的規(guī)律跟隨變化，這一過程稱為環(huán)路的跟蹤過程。如ωrΔω0θe(∞)

Uc(∞)Δωv。當(dāng)Δωv大得足以補(bǔ)償固有頻差Δω0時，環(huán)路維持鎖定，因而有

則如果繼續(xù)增大Δω0,使｜Δω0｜＞K0UdF(j0),則環(huán)路失鎖(ωv≠ωr)。因此,我們把環(huán)路能夠繼續(xù)維持鎖定狀態(tài)的最大固有頻差定義為環(huán)路的同步帶:（7―34）7章反饋控制電路41第四十一頁，編輯于星期六：十四點二十三分。3.失鎖狀態(tài)失鎖狀態(tài)就是瞬時頻差(ωr-ωv)總不為零的狀態(tài)。這時，鑒相器輸出電壓ud(t)為一上下不對稱的穩(wěn)定差拍波，其平均分量為一恒定的直流。正是這樣的的直流電壓通過環(huán)路濾波器的作用使VCO的平均頻率ωv偏離ω0向ωr靠攏,這就是環(huán)路的頻率牽引效應(yīng)。

7章反饋控制電路42第四十二頁，編輯于星期六：十四點二十三分。4.捕獲過程開機(jī)時,鑒相器輸入端兩信號之間存在著起始頻差(即固有頻差)Δω0=ωr-ωv,其相位差Δω0t。因此,鑒相器輸出的是一個角頻率等于頻差Δω0的差拍信號,即若Δω0很大,ud(t)差拍信號的拍頻很高,易受環(huán)路濾波器抑制,這樣加到VCO輸入端的控制電壓uc(t)很小,控制頻差建立不起來,ud(t)仍是一個上下接近對稱的穩(wěn)定差拍波，環(huán)路不能入鎖。當(dāng)Δω0減小到某一范圍時，鑒相器輸出的誤差電壓ud(t)是上下不對稱的差拍波，其平均分量（即直流分量）不為零。（7―35）7章反饋控制電路43第四十三頁，編輯于星期六：十四點二十三分。通過環(huán)路濾波器的作用，使控制電壓中的直流分量增加，從而牽引著VCO的頻率ωv平均地向ωr靠攏。這使得ud(t)的拍頻減小，增大差拍波的不對稱性，即增大直流分量，這又將VCO的頻率ωv進(jìn)一步接近ωr

。經(jīng)過一段時間后，當(dāng)平均頻差減小到某一頻率范圍時，頻率捕獲過程結(jié)束。此后進(jìn)入相位捕獲過程，θe(t)最終趨于穩(wěn)態(tài)值θe(∞)，同時ud(t)、uc(t)也分別趨于它們的穩(wěn)態(tài)值Udsinθe(∞)、Uc(∞)，壓控振蕩器的輸出頻率被鎖定在參考信號頻率ωr上，使（ωv=ωr

），捕獲全過程即告結(jié)束，環(huán)路鎖定。7章反饋控制電路44第四十四頁，編輯于星期六：十四點二十三分。圖7―20頻率捕獲鎖定示意圖7章反饋控制電路45第四十五頁，編輯于星期六：十四點二十三分。

環(huán)路能否發(fā)生捕獲是與固有頻差的Δω0大小有關(guān)。只有當(dāng)|Δω0|小到某一頻率范圍時,環(huán)路才能捕獲入鎖,這一范圍稱為環(huán)路的捕獲帶Δωp。它定義為在失鎖狀態(tài)下能使環(huán)路經(jīng)頻率牽引,最終鎖定的最大固有頻差|Δω0|max，即（7―36）7章反饋控制電路46第四十六頁，編輯于星期六：十四點二十三分。7.3.4鎖相環(huán)路的應(yīng)用

由以上的討論已知,鎖相環(huán)路具有以下幾個重要特性:環(huán)路鎖定后,沒有剩余頻差。壓控振蕩器的輸出頻率嚴(yán)格等于輸入信號的頻率。跟蹤特性。環(huán)路鎖定后,當(dāng)輸入信號頻率ωr稍有變化時,VCO的頻率立即發(fā)生相應(yīng)的變化,最終使VCO輸出頻率ωv=ωr。濾波特性。鎖相環(huán)通過環(huán)路濾波器的作用,具有窄帶濾波特性,能夠?qū)⒒爝M(jìn)輸入信號中的噪聲和雜散干擾濾除。易于集成化。組成環(huán)路的基本部件都易于采用模擬集成電路。環(huán)路實現(xiàn)數(shù)字化后,更易于采用數(shù)字集成電路。7章反饋控制電路47第四十七頁，編輯于星期六：十四點二十三分。

下面介紹鎖相環(huán)的幾種應(yīng)用。1.鎖相調(diào)頻與解調(diào)用鎖相環(huán)調(diào)頻,能夠得到中心頻率高度穩(wěn)定的調(diào)頻信號,圖7―21是這種方法的方框圖。圖7―21鎖相環(huán)路調(diào)頻器方框圖7章反饋控制電路48第四十八頁，編輯于星期六：十四點二十三分。實現(xiàn)調(diào)制的條件：調(diào)制信號的頻譜要處于低通濾波器通頻帶之外，并且調(diào)頻指數(shù)不能太大。利用滿足上述調(diào)制條件的調(diào)制信號去線性控制VCO輸出信號的瞬時頻率，同時其中心頻率通過窄帶PLL精確鎖定于晶振的頻率，而不受調(diào)制信號的影響，從而在VCO的輸出端可以得到中心頻率高度穩(wěn)定的調(diào)頻信號。7章反饋控制電路49第四十九頁，編輯于星期六：十四點二十三分。調(diào)制跟蹤鎖相環(huán)本身就是一個調(diào)頻解調(diào)器。將環(huán)路濾波器帶寬設(shè)計成調(diào)制信號帶寬，它利用鎖相環(huán)路良好的調(diào)制跟蹤特性,使鎖相環(huán)路跟蹤輸入調(diào)頻信號瞬時相位的變化,即跟蹤FM信號中反映調(diào)制規(guī)律變化的瞬時頻偏，從而使VCO控制端獲得解調(diào)輸出。鎖相環(huán)鑒頻器的組成如圖7―22所示。

圖7―22鎖相鑒頻器7章反饋控制電路50第五十頁，編輯于星期六：十四點二十三分。設(shè)輸入的調(diào)頻信號為

其調(diào)制信號為uΩ(t)=UΩcosΩt，mf為調(diào)頻指數(shù)。同時假設(shè)環(huán)路處于線性跟蹤狀態(tài),且輸入載頻ωi等于VCO自由振蕩頻率ω0,則可得到調(diào)頻波的瞬時相位為現(xiàn)以VCO控制電壓uc(t)作為解調(diào)輸出,那么可先求出環(huán)路的輸出相位θ2(t),再根據(jù)VCO控制特性θ2(t)=K0uc(t)/p,不難求得解調(diào)輸出信號uc(t)。（7―37）（7―38）7章反饋控制電路51第五十一頁，編輯于星期六：十四點二十三分。

設(shè)鎖相環(huán)路的閉環(huán)頻率響應(yīng)為H(jΩ),則輸出相位為

因而解調(diào)輸出電壓為

式中,(7―39)

(7―40)7章反饋控制電路52第五十二頁，編輯于星期六：十四點二十三分。Δωm為調(diào)頻信號的最大頻偏。對于設(shè)計良好的調(diào)制跟蹤鎖相環(huán),在調(diào)制頻率范圍內(nèi)｜H(jΩ)｜≈1,相移∠H(jΩ)也很小。因此，uc(t)確是良好的調(diào)頻解調(diào)輸出。各種通用鎖相環(huán)集成電路都可以構(gòu)成調(diào)頻解調(diào)器。圖7―23為用NE562集成鎖相環(huán)構(gòu)成的調(diào)頻解調(diào)器。7章反饋控制電路53第五十三頁，編輯于星期六：十四點二十三分。圖7―23NE562調(diào)頻解調(diào)器FM信號輸入（同步帶調(diào)節(jié)）7章反饋控制電路54第五十四頁，編輯于星期六：十四點二十三分。2.同步檢波器用鎖相環(huán)對調(diào)幅信號進(jìn)行解調(diào),實際上是利用鎖相環(huán)路提供一個穩(wěn)定度高的相干載波信號電壓,與調(diào)幅波在非線性器件中乘積檢波,輸出的就是原調(diào)制信號。AM信號頻譜中,除包含調(diào)制信號的邊帶外,還含有較強(qiáng)的載波分量,使用載波跟蹤環(huán)（其中環(huán)路濾波器的帶寬遠(yuǎn)小于AM信號帶寬）可將載波分量提取出來,再經(jīng)90°移相,可用作同步檢波器的相干載波。這種同步檢波器如圖7―24所示。7章反饋控制電路55第五十五頁，編輯于星期六：十四點二十三分。圖7―24AM信號同步檢波器7章反饋控制電路56第五十六頁，編輯于星期六：十四點二十三分。設(shè)輸入信號為

輸入信號中載波分量為Uicosωit,用載波跟蹤環(huán)提取后輸出為uo(t)=Uosin(ωit+θ0),經(jīng)90°移相后,得到相干載波式中θ0

為穩(wěn)態(tài)相差，通常θ0≈0，將ur(t)與ui(t)相乘,經(jīng)低通濾波后,得到的輸出信號就是恢復(fù)出來的調(diào)制信號。(7―41)(7―42)7章反饋控制電路57第五十七頁，編輯于星期六：十四點二十三分。3.鎖相倍頻、分頻和混頻鎖相倍頻

鎖相倍頻電路基本組成框圖如圖7-25所示。在基本鎖相環(huán)路的反饋通道中插入分頻器組成。當(dāng)環(huán)路鎖定時，有fr=f0/N，因此f0=Nfr，從而實現(xiàn)倍頻。圖7-25鎖相倍頻電路框圖7章反饋控制電路58第五十八頁，編輯于星期六：十四點二十三分。鎖相分頻

鎖相分頻電路基本組成框圖如圖7-26所示。在基本鎖相環(huán)路的反饋通道中插入倍頻器組成。當(dāng)環(huán)路鎖定時，有fr=Nf0，因此f0=fr/N

，從而實現(xiàn)分頻。圖7-26鎖相分頻電路框圖7章反饋控制電路59第五十九頁，編輯于星期六：十四點二十三分。鎖相混頻

鎖相混頻電路基本組成框圖如圖7-27所示。在基本鎖相環(huán)路反饋通道中插入混頻器和中頻放大器組成。當(dāng)環(huán)路鎖定時，有，則，從而實現(xiàn)混頻。圖7-27鎖相混頻電路框圖7章反饋控制電路60第六十頁，編輯于星期六：十四點二十三分。鎖相環(huán)路除了以上的應(yīng)用外,還可廣泛地應(yīng)用于電視機(jī)彩色副載波提取,調(diào)頻立體聲解碼、電機(jī)轉(zhuǎn)速控制、微波頻率源、鎖相接收機(jī)、移相器、位同步、以及各種調(diào)制方式的調(diào)制器和解調(diào)器、頻率合成器等。7章反饋控制電路61第六十一頁，編輯于星期六：十四點二十三分。7.4頻率合成器

7.4.1頻率合成器及其技術(shù)指標(biāo)頻率合成是指以一個或少量的高準(zhǔn)確度和高穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)頻率作為參考頻率，由此導(dǎo)出多個或大量的輸出頻率，這些輸出頻率的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度與參考頻率一致。頻率合成器的輸出頻率是通過對標(biāo)準(zhǔn)頻率在頻域內(nèi)進(jìn)行加、減、乘、除來實現(xiàn)的，可以用混頻、倍頻和分頻等電路來實現(xiàn)。頻率合成器的主要技術(shù)指標(biāo)有：1．頻率范圍頻率范圍是指頻率合成器輸出的最低頻率fomin和最高頻率fomax之間的變化范圍,也可用覆蓋系數(shù)k=fomax/fomin表示（k又稱之為波段系數(shù)）。如果覆蓋系數(shù)k>2-3時,整個頻段可以劃分為幾個分波段。在頻率合成器中,分波段的覆蓋系數(shù)一般取決于壓控振蕩器的特性。

7章反饋控制電路62第六十二頁，編輯于星期六：十四點二十三分。2．頻率間隔（頻率分辨率）

頻率合成器的輸出是不連續(xù)的。兩個相鄰頻率之間的最小間隔,就是頻率間隔。頻率間隔又稱為頻率分辨率。不同用途的頻率合成器,對頻率間隔的要求是不相同的。對短波單邊帶通信來說,現(xiàn)在多取頻率間隔為100Hz,有的甚至取10Hz、1Hz乃至0.1Hz。對超短波通信來說,頻率間隔多取50kHz、25kHz等。在一些測量儀器中,其頻率間隔可達(dá)兆赫茲量級。7章反饋控制電路63第六十三頁，編輯于星期六：十四點二十三分。3．頻率轉(zhuǎn)換時間頻率轉(zhuǎn)換時間是指頻率合成器從某一個頻率轉(zhuǎn)換到另一個頻率,并達(dá)到穩(wěn)定所需要的時間。它與采用的頻率合成方法有密切的關(guān)系。4．準(zhǔn)確度與頻率穩(wěn)定度頻率準(zhǔn)確度是指頻率合成器工作頻率偏離規(guī)定頻率的數(shù)值,即頻率誤差。而頻率穩(wěn)定度是指在規(guī)定的時間間隔內(nèi),頻率合成器頻率偏離規(guī)定頻率相對變化的大小。5．頻譜純度影響頻率合成器頻譜純度的因素主要有兩個,一是相位噪聲,二是寄生干擾。相位噪聲是瞬間頻率穩(wěn)定度的頻域表示,在頻譜上呈現(xiàn)為主譜兩邊的連續(xù)噪聲,如圖7-28所示。寄生干擾是非線性部件產(chǎn)生的，其中最嚴(yán)重的混頻器，它表現(xiàn)為一些離散的頻譜。7章反饋控制電路64第六十四頁，編輯于星期六：十四點二十三分。圖7―28頻率合成器的頻譜7章反饋控制電路65第六十五頁，編輯于星期六：十四點二十三分。7.4.2頻率合成器的類型頻率合成器可分為直接式頻率合成器,間接式（或鎖相）頻率合成器和直接式數(shù)字頻率合成器。1．直接式頻率合成器（DS）直接式頻率合成器是最先出現(xiàn)的一種合成器類型的頻率信號源。這種頻率合成器原理簡單,易于實現(xiàn)。其合成方法大致可分為兩種基本類型:一種是非相干式合成方法;另一種是相干式合成方法。

2．間接式頻率合成器（IS）間接式頻率合成器又稱為鎖相頻率合成器。鎖相頻率合成器是目前應(yīng)用最廣的頻率合成器,也是本節(jié)主要介紹的內(nèi)容。7章反饋控制電路66第六十六頁，編輯于星期六：十四點二十三分。直接式頻率合成器中所固有的那些缺點,如體積大、成本高、輸出端出現(xiàn)寄生頻率等,在鎖相頻率合成器中就大大減少了。基本的鎖相頻率合成器如圖7―29所示。當(dāng)鎖相環(huán)鎖定后,相位檢波器兩輸入端的頻率是相同的,即VCO輸出頻率fo經(jīng)N分頻得到所以輸出頻率是參考頻率fr的整數(shù)倍,即(7―43)(7―44)(7―45)7章反饋控制電路67第六十七頁，編輯于星期六：十四點二十三分。圖7―29基本鎖相頻率合成器7章反饋控制電路68第六十八頁，編輯于星期六：十四點二十三分。轉(zhuǎn)換時間取決于鎖相環(huán)的非線性性能,精確的表達(dá)式目前還難以導(dǎo)出,工程上常用的經(jīng)驗公式為轉(zhuǎn)換時間大約等于25個參考頻率的周期。分辨率與轉(zhuǎn)換時間成反比。例如fr=10Hz,則ts=2.5s,這顯然難以滿足系統(tǒng)的要求。

固定分頻器的工作頻率明顯高于可變分頻器,超高速器件的上限頻率可達(dá)千兆赫茲以上。若在可變分頻器之前串接一固定分頻器的前置分頻器,則可大大提高VCO的工作頻率,如圖7―30所示。前置分頻器的分頻比為M,則可得(7―46）（7－47）7章反饋控制電路69第六十九頁，編輯于星期六：十四點二十三分。圖7―30有前置分頻器的鎖相頻率合成器7章反饋控制電路70第七十頁，編輯于星期六：十四點二十三分。有前置分頻器的鎖相頻率合成器的分辨率有所下降。降低可編程分頻器的工作頻率，也可以采用一個本地振蕩器通過混頻將頻率下移，如圖7-34所示。當(dāng)環(huán)路鎖定時，有fd=fr=(f0-fL)/N，則f0=fL+N

fr。鎖相頻率合成器的頻率分辨率取決于fr，為提高分辨率應(yīng)取較低的fr；轉(zhuǎn)換時間ts也取決于fr，為使轉(zhuǎn)換時間短應(yīng)取較高的fr，這兩者是矛盾的?？勺兎诸l器的頻率上限與合成器的工作頻率之間也是矛盾的。上述前置分頻器和下變頻的簡單方法不能從根本上解決這些矛盾，近年來出現(xiàn)的變模分頻鎖相頻率合成器、小數(shù)分頻鎖相頻率合成器以及多環(huán)鎖相頻率合成器等的性能有了明顯的改善，滿足了各類應(yīng)用的需求。7章反饋控制電路71第七十一頁，編輯于星期六：十四點二十三分。圖7―34下變頻鎖相頻率合成器fLfo－fL7章反饋控制電路72第七十二頁，編輯于星期六：十四點二十三分。3．直接數(shù)字式頻率合成器（DDS）

直接數(shù)字式頻率合成器是近年來發(fā)展非常迅速的一種器件,它采用全數(shù)字技術(shù),具有分辨率高、頻率轉(zhuǎn)換時間短、相位噪聲低等特點,并具有很強(qiáng)的調(diào)制功能和其它功能。7章反饋控制電路73第七十三頁，編輯于星期六：十四點二十三分。7.4.3鎖相頻率合成器1．單環(huán)鎖相頻率合成器基本的單環(huán)鎖相頻率合成器的構(gòu)成如圖7―29所示。環(huán)中的÷N分頻器采用可編程的程序分頻器,合成器輸出頻率為

式中fr為參考頻率,通常是用高穩(wěn)定度的晶體振蕩器產(chǎn)生,經(jīng)過固定分頻比的參考分頻之后獲得的。這種合成器的分辨率為fr。（7―48）7章反饋控制電路74第七十四頁，編輯于星期六：十四點二十三分。圖7―35（a）是通用型單片集成鎖相環(huán)L562（NE562）和國產(chǎn)T216可編程除10分頻器構(gòu)成的單環(huán)鎖相環(huán)頻率合成器,它可完成10以內(nèi)的鎖相倍頻,即可得到1～10倍的輸入信號頻率輸出,圖7―35（b）為L562的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。7章反饋控制電路75第七十五頁，編輯于星期六：十四點二十三分。圖7―35L562的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（a）L562頻率合成器；（b）L562內(nèi)部框圖7章反饋控制電路76第七十六頁，編輯于星期六：十四點二十三分。

2．變模分頻鎖相頻率合成器在基本的單環(huán)鎖相頻率合成器中,VCO的輸出頻率是直接加到可編程分頻器上的。目前可編程分頻器還不能工作到很高的頻率上,這就限制了這種合成器的應(yīng)用。加前置分頻器后固然能提高合成器的工作頻率,但這是以降低頻率分辨率為代價的。圖7―36為采用雙模分頻器的鎖相頻率合成器的組成框圖。7章反饋控制電路77第七十七頁，編輯于星期六：十四點二十三分。圖7―36雙模分頻鎖相頻率合成器7章反饋控制電路78第七十八頁，編輯于星期六：十四點二十三分。雙模分頻器有兩個分頻模數(shù),當(dāng)模式控制為高電平時分頻模數(shù)為V＋1,當(dāng)模式控制為低電平時分頻模式為V。雙模分頻器的輸出同時驅(qū)動兩個可編程分頻器,它們分別預(yù)置在N1和N2,并進(jìn)行減法計數(shù)。在一個完整的周期中,輸入的周期數(shù)為

則頻率合成器的輸出頻率為假若V＝10,N2=0~9,N1=10~19,則那么，頻率合成器的輸出頻率為(7―49)(7―50)7章反饋控制電路79第七十九頁，編輯于星期六：十四點二十三分。7.4.4集成鎖相環(huán)頻率合成器集成鎖相頻率合成器是一種專用鎖相電路。它是發(fā)展很快、采用新工藝多的專用集成電路。它將參考分頻器、參考振蕩器、數(shù)字鑒相器、各種邏輯控制電路等部件集成在一個或幾個單元中,以構(gòu)成集成頻率合成器的電路系統(tǒng)。1．MC145146－1MC145146－1是一塊20腳陶瓷或塑料封裝的,由四位總線輸入、鎖存器選通和地址線編程的大規(guī)模單片集成鎖相雙模頻率合成器,圖7―37給出了它的方框圖。7章反饋控制電路80第八十頁，編輯于星期六：十四點二十三分。圖7―37MC145146－1方框78OSCinOSCout12位÷R計數(shù)器2D0D1D2120101110912A2A1A0ST鎖存器控制電路鎖存器LL2L3L4L5

L6L

710位÷N計數(shù)器fin37位÷A計數(shù)器L0L1鎖定檢測PDAPDRLDPDoutfvFVFR控制邏輯Mod14VDD:端6VSS:端4D37章反饋控制電路81第八十一頁，編輯于星期六：十四點二十三分。表7―4MC145146-1地址碼與鎖存器的選通關(guān)系7章反饋控制電路82第八十二頁，編輯于星期六：十四點二十三分。

ST（12端）:數(shù)據(jù)選通控制端,當(dāng)ST是高電平時,可以輸入D0~D3輸入端的信息,ST是低電平時,則鎖存這些信息。

PDout（5端）:鑒相器的三態(tài)單端輸出。當(dāng)頻率fv＞fr或fv相位超前時,PDout輸出負(fù)脈沖;當(dāng)相位滯后時,輸出正脈沖;當(dāng)fv＝fr且同相位時,輸出端為高阻抗?fàn)顟B(tài)。LD（13端）:鎖定檢測器信號輸出端。當(dāng)環(huán)路鎖定時（fv與fr同頻同相）,輸出高電平,失鎖時輸出低電平。7章反饋控制電路83第八十三頁，編輯于星期六：十四點二十三分。ΦV、ΦR(16、17端):鑒相器的雙端輸出?？梢栽谕獠拷M合成環(huán)路誤差信號,與單端輸出PDout作用相同,可按需要選用。圖7―38是一個微機(jī)控制的UHF移動電話信