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文档介绍：高频电子线路
锁相环路
锁相环路
前面讲到AGC可以自动调节增益,使输出电平一定;利用AFC可以控制振荡频率,并使之稳定。但由于一般的AFC技术存在着固有频率误差问题(因为AFC是利用误差来减小误差),往往达不到所要求的频率精度。
由于相位是频率变化对时间的积分,所以频率和相位有关,就可以通过控制相位来控制频率——锁相环路。
一、锁相环路的基本工作原理
1. 锁相环路的组成框图
各组成部分作用
鉴相器(相位比较器):将输入参考信号的相位和压控振荡器(VCO)的输出信号的相位比较,输出一个与相位差有关的误差电压。
环路滤波器(低通滤波器):滤去鉴相器输出信号中的高频分量,只让直流和低频分量通过,得到一控制电压uC (t)
压控振荡器(电压—频率转换器):是振荡瞬时角频率wo(t)受控制电压uC(t)控制的振荡器,使输出频率与输入参考频率相等。
2. 工作原理
当VCO的角频率wo(或输入信号角频率wi)发生变化时,输入到PD的电压uo(t)和ui(t)之间将产生相应的相位变化,鉴相器输出一个与相位误差成比例的误差电压ud(t) ,经过LF取出缓慢变化的直流电压uC (t) ,去控制压控振荡器输出信号的频率和相位,使得uo(t)和ui(t)间的频率和相位差减小,直到压控振荡器输出信号的频率等于输入信号频率时,相位差等于常数,锁相环路进入锁定状态。
二、鉴相器的数学模型
设输入参考信号为
ui(t)=Uimcos[wit+φi(t)]
设压控振荡器输出电压为
uo(t)=Uomcos[wrt+φo(t)]
为便于比较,统一用VCO的固有振荡相位
wrt为参考令φ2(t)= φo(t)
令φ1(t)= [wit+φi(t)]- wrt
=(wi-wr )t+φi(t)=⊿ wit +φi(t)
⒈瞬时相位差表达式
则ui(t)=Uimcos[wrt+φ1(t)]
uo(t)=Uomcos[wrt+φ2(t)]
误差相位φe(t)= φ1(t)- φ2(t)
⒉模拟相乘器的鉴相作用
ud`(t)=A ui(t) uo(t)
=AUimcos[wrt+φ1(t)]Uomcos[wrt+φ2(t)]
=1/2AUimUrmsin[2wrt+φ1(t)+φ2(t)]
+ 1/2AUimUrmsin[φ1(t) -φ2(t)]
ud(t)=1/2AUimUrmsin[φ1(t)-φ2(t)]
=Ad sin[φ1(t)-φ2(t)]
=Ad sinφe(t)
Kd为鉴相器传输系数
⒊鉴相器的数学模型
鉴相器的输出电压ud(t)是误差相位
φe(t)的函数。
三、环路滤波器的数学模型
环路滤波器具有低通特性,可以起到鉴相器中低通滤波作用,用于把鉴相器输出电压中的高频分量及干扰分量抑制掉,而让低频分量或直流分量通过。
常用的环路滤波器有无源比例积分滤波器及有源比例积分滤波器。