第十二章第十二章反响控制反响控制电路路12-1概述概述212-2自自动增益控制增益控制AGC112-3自自动频率控制率控制AFC212-4锁相相环路的根本路的根本组成及数学模型成及数学模型212-5锁相相环路的根本分析路的根本分析312-6锁相相环路的运用路的运用1重点：重点：各种控制各种控制电路的作用、路的作用、组成框成框图、实践践运用、运用、实践践电路。掌握路。掌握AGC电路中路中对放大放大器增益的控制方法，器增益的控制方法，AFC的的组成框成框图，PLL(APC)的的组成框成框图及各种运用。及各种运用。难点：点：AGC、APC中控制信号的中控制信号的变化方向与化方向与被控被控电路的相互关系。路的相互关系。12-1概述概述2闭环(自自动)控制系控制系统：反响控制：反响控制将受控物理量自将受控物理量自动调整到整到预定定值。开开环(自自动)控制系控制系统：前向控制：前向控制程控程控(数控数控)，智能化控制等。，智能化控制等。如：开、管机，自如：开、管机，自动录放，程序任放，程序任务等。等。一、一、常用的反响控制方式常用的反响控制方式1自自动增益控制增益控制AGC(AVC)反响控制量反响控制量为增益增益(或或电平平),以控制放大器以控制放大器系系统中某中某级(或几或几级)的增益大小。的增益大小。2自自动频率控制率控制AFC反响控制量反响控制量为频率率,以以稳定定频率。率。3自自动相位控制相位控制APC(PLL)反响控制量反响控制量为相位相位PLL可可实现调频、鉴频、混、混频、解、解调、频率率合成等。合成等。二、自动控制系统的方式二、自动控制系统的方式(图图12-1p361)三、分析方法三、分析方法反响控制反响控制电路均含有非路均含有非线性性电路。路。如：如：AGC:检波波电路路AFC:鉴频、混、混频电路路APC(PLL):鉴相器、混相器、混频器器故采用非故采用非线性性电路分析方法，在一定路分析方法，在一定条件下可近似条件下可近似为线性。性。12-2自自动增益控制增益控制AGC1一、一、AGC目的与要求目的与要求1.目的：目的：接接纳信号几信号几v几几mv变化化,即信号即信号强弱比弱比为103104。变化化缘由：由：间隔不同、隔不同、电台台发射功率不同；射功率不同；挪挪动电台、短波信号衰落，台、短波信号衰落，强弱弱变化相化相对缓慢。慢。因信号因信号强弱弱变化大，假化大，假设放大器增益固定，那放大器增益固定，那么呵斥：么呵斥：(1)使后使后级放大器偏离放大器偏离线性区性区,信号失真；信号失真；如：如：电视信号的同步信号的同步头被被紧缩或消去或消去,使同步使同步失控。失控。严重重时,产生大信号阻塞生大信号阻塞(进入截止、入截止、饱和区和区)；(2)添加混添加混频组合合频率干率干扰和非和非线性；性；2.对AGC电路的路的详细要求要求(1)增益控制范增益控制范围大；大；如：如：电视AGC：2060dB。(2)坚持系持系统良好的信噪比特性；良好的信噪比特性；(3)控制灵敏度高；控制灵敏度高；如：如：电视AGC：-3dB以内。以内。(4)控制增益控制增益变化化时，幅，幅频、群、群时延特延特性不性不变,以减小信号失真；以减小信号失真；(5)控制特性受温度影响小。控制特性受温度影响小。二、二、二、二、带带有有有有AGCAGC电电路的路的路的路的调调幅接幅接幅接幅接纳纳机系机系机系机系统统框框框框图图( (图图12-2p362)12-2p362)留意：留意：留意：留意：1.1.延延延延迟迟式式式式AGCAGC控制控制控制控制( (先中放，后高放先中放，后高放先中放，后高放先中放，后高放); );2.2.对对于于于于FMFM接接接接纳纳机：机：机：机：(1)(1)鉴频鉴频前的限幅，要求中放增益高，以提供足前的限幅，要求中放增益高，以提供足前的限幅，要求中放增益高，以提供足前的限幅，要求中放增益高，以提供足够够的的的的驱动电压驱动电压，故故故故AGCAGC普通只控制高放；普通只控制高放；普通只控制高放；普通只控制高放；(2)(2)鉴频鉴频器的器的器的器的输输出信号幅度出信号幅度出信号幅度出信号幅度仅仅与已与已与已与已调调信号的信号的信号的信号的频频偏有关，而与偏有关，而与偏有关，而与偏有关，而与输输入信号幅度无关，故入信号幅度无关，故入信号幅度无关，故入信号幅度无关，故AGCAGC电压电压普通取自中放的一部分信号。普通取自中放的一部分信号。普通取自中放的一部分信号。普通取自中放的一部分信号。三、三、控制放大器增益的方法控制放大器增益的方法1放大管放大管电流控制法流控制法(图12-3p363)演示演示 正向正向正向正向AGC:(QRAGC:(QR段增益段增益段增益段增益GG随随随随IcIc反比反比反比反比变变化化化化即：即：即：即：IcIc，G:IcG:Ic，GG公用正向公用正向公用正向公用正向AGCAGC管，曲管，曲管，曲管，曲线较线较陡，即陡，即陡，即陡，即IcIc时时GG较较快快快快( (控制控制控制控制 灵敏度高灵敏度高灵敏度高灵敏度高) )。IcIc大大大大, ,功率功率功率功率损损耗大耗大耗大耗大反向反向反向反向AGCAGC：(OP(OP段段段段增益增益增益增益GG随随随随IcIc正比正比正比正比变变化化化化 即：即：即：即：Ic,GIc,GIcIc，GG 优优点：点：点：点： IcIc小，小，小，小，节节省功率。省功率。省功率。省功率。 缺陷：信号缺陷：信号缺陷：信号缺陷：信号过过小小小小时时，IcIc过过快，放大快，放大快，放大快，放大 器器器器进进入非入非入非入非线线性区。性区。性区。性区。例：例：(图图12-4p364)图图(a)(a)为为反向反向反向反向AGCAGC控制，控制，控制，控制，VAGCVAGC为负电压为负电压 控制控制控制控制过过程：程：程：程：输输出出出出VAGCVAGC负负向向向向ib(ic)Gib(ic)G图图(b)(b)为为正向正向正向正向AGCAGC控制，控制，控制，控制，VAGCVAGC为为正正正正电压电压 控制控制控制控制过过程：程：程：程：输输出出出出VAGCVAGC正向正向正向正向ib(ic)Gib(ic)G2放大管集放大管集电极极电压控制法控制法(图12-5p364)R较大大时,ic时Vcc经R后后Vcc下降下降较快快,VAGC正向正向ib(Vbe)icVce,VccG3放大管放大管负载控制法控制法经过VAGC控制控制负载变化来改化来改动增益。增益。(图12-6p365)4差差动电路增益控制法路增益控制法采用分流方采用分流方式控制增益式控制增益(图12-7p365)5双双栅场MOS效效应管增益控制管增益控制(图12-8p365)四、四、AGC电路路举例例1.广播接广播接纳机中的机中的AGC电路路(图12-9p366)2.AGC方式高方式高线性性调幅幅(图12-10p367)3.AGC方式高方式高线性功放性功放(图12-11p367)12-3自自动频率控制率控制AFC2使振荡器频率自动锁定到预定的频率上。使振荡器频率自动锁定到预定的频率上。一、一、AFC原理框图原理框图(图图12-12p368)1.1.鉴频鉴频器器器器( (比比比比较较器器器器) )f0(VCOf0(VCO输输出出出出),fs(),fs(规规范范范范频频率率率率) )f0=fsf0=fs：比：比：比：比较较器无器无器无器无输输出出出出f0fsf0fs：有正比于：有正比于：有正比于：有正比于fo-fsfo-fs的的的的输输出出出出, ,经经LPFLPF输输出出出出vcvc去控制去控制去控制去控制VCOVCO， 当当当当|f0-fs|f0-fs|减少到减少到减少到减少到f f时时, ,自自自自动动微微微微调过调过程停程停程停程停顿顿, ,输输出出出出频频率率率率稳稳定在定在定在定在fsfsf f2.LPF2.LPF按系按系按系按系统统要求要求要求要求, ,从从从从鉴频鉴频器器器器输输出的出的出的出的误误差信号中差信号中差信号中差信号中滤滤出控制出控制出控制出控制信号信号信号信号vcvc3.3.受控元件受控元件受控元件受控元件可可可可变电变电抗元件。抗元件。抗元件。抗元件。4. 4.受控振受控振受控振受控振荡荡器器器器VCOVCO5.5.闭环闭环系系系系统满统满足足足足负负反响反响反响反响( (图图12-13p368)12-13p368)5.闭环系系统满足足负反响反响(图12-13p368)右右右右图图：振：振：振：振荡荡器控制特性曲器控制特性曲器控制特性曲器控制特性曲线线A:A:理想，无理想，无理想，无理想，无频频差；差；差；差；B:B:实实践，有固有践，有固有践，有固有践，有固有频频差差差差f f；C:C:fpfp捕捉捕捉捕捉捕捉带宽带宽;D:;D:fHfH同步同步同步同步带宽带宽( (临临界情况界情况界情况界情况) )。二、二、AFC系系统运用框运用框图举例例1.调幅接幅接纳机机AFC系系统(图12-14p369)2.彩彩电接接纳机机AFC系系统(图12-15p369)12-4锁相相环路的根本路的根本组成及数学模型成及数学模型2APC的主要开展和运用：的主要开展和运用：PLL技技术一、一、锁相相环路的根本路的根本组成成(图12-16p370)AFC:AFC:频频率有差系率有差系率有差系率有差系统统。稳稳定点定点定点定点MM处处，存在，存在，存在，存在固有固有固有固有频频差差差差( (其大小由系其大小由系其大小由系其大小由系统统性能决性能决性能决性能决议议) )。PLL:PLL:频频率无差系率无差系率无差系率无差系统统。稳稳定点定点定点定点MM处处，存在，存在，存在，存在固有相差固有相差固有相差固有相差( (其大小由系其大小由系其大小由系其大小由系统统性能决性能决性能决性能决议议) )。二、二、鉴相器数学模型相器数学模型(图12-17p371)由正交乘由正交乘由正交乘由正交乘积积型型型型鉴鉴相器相器相器相器P322(10-28)P322(10-28)三、三、环路路滤波器波器普通普通为LPF：抑制各种：抑制各种组合合频率、干率、干扰、噪声。、噪声。(表表12-1p371)均均为LPF传输函数通式：传输函数通式：环路滤波器的数学模型环路滤波器的数学模型(图图12-18p372)四、四、压控振控振荡器器(受控受控调频振振荡器器压控振荡器数学压控振荡器数学模型模型(图图12-19p372)五、五、锁相相环路的数学模型路的数学模型(图12-20p373)PLL环路方程分析：路方程分析：晶体晶体为电感元件感元件讨论： 12-5锁相相环路的根本分析路的根本分析3一、一、线性化后的性化后的环路模型路模型(图12-21p375)二、一二、一阶、二、二阶锁相相环F(s)不同不同1.一一阶锁相相环(无适用价无适用价值，分析用，分析用)无无环路路滤波器，波器，F(s)=1，那么，那么传输函数函数为s的一的一阶函数。函数。2.二二阶锁相相环(适用适用)F(s)为比例比例滤波器等，那么波器等，那么传输函数函数为s的二的二阶函数，函数，故性能故性能优于一于一阶锁相相环。但三但三阶以上，以上，环路路稳定性下降。定性下降。12-6锁相相环路的运用路的运用1一、一、锁相相环路的主要特点路的主要特点1良好的跟踪特性良好的跟踪特性2环路路锁定后无定后无频差差即即输出信号与参考信号出信号与参考信号频率一率一样，且且稳态相差相差为常数常数(较小或零小或零)。3良好的窄良好的窄带滤波特性波特性设计良好的二良好的二阶、三、三阶环，环路通路通带很窄。很窄。fo为几十几十MHz时，B可达几十可达几十Hz几几Hz。4易于集成化易于集成化一、一、频率合成器率合成器PLL运用，运用，载波跟踪型波跟踪型环路路1.数字式数字式锁相相频率合成器率合成器(图12-22p378)2.MC145146构成的构成的频率合成器率合成器(图12-23p379)3.带前置固定分前置固定分频的的锁相相频率合成器率合成器(图12-24p380)4.带混频的锁相频率合成器带混频的锁相频率合成器(图图12-25p380)二、二、锁相相环路跟踪特性的运用路跟踪特性的运用(一一)载波跟踪型波跟踪型环路路窄窄带跟踪，用于跟踪，用于载波提取。波提取。环路路滤波器的通波器的通带很窄，很窄，输入已入已调信号的信号的调制成分不能制成分不能经过。VCO的的输出能跟踪出能跟踪输入已入已调信号中信号中载频的的飘移，以移，以获得得较好的相关解好的相关解调效果。效果。例例1：锁相相鉴相相调置信号相关解置信号相关解调(图12-31p384)例例2：调幅信号的同步幅信号的同步检波波(图12-32p384)例例3：锁相相调频(图12-29p383)例例4：锁相接相接纳机机(图13-15p404)(二二)调制跟踪型制跟踪型环路路宽带跟踪，用于跟踪，用于鉴频等。等。环路路滤波器的通波器的通带较宽(fHv引起的引起的频率率变化部分化部分)已已调信号的信号的调制成分可以制成分可以经过。VCO的的输出能跟踪出能跟踪输入已入已调信号中的瞬信号中的瞬时频率率变化。化。例例1：锁相相鉴频(图12-30p383)要求要求环路路滤波器的波器的带宽v引起的引起的频率率变化部分化部分,使使VCO能跟踪能跟踪调频信号中反映信号中反映调制制规律律变化的化的瞬瞬时频率。率。那么那么环路路滤波器波器输出出调制信号制信号电压。例例2：锁相混相混频(图12-28p383)三、锁相环路在工业消费上的运用三、锁相环路在工业消费上的运用(图图12-33p385)四、直接式数字四、直接式数字频率合成器率合成器1.DDS任任务原理相位相加原理相位相加表示表示图(图12-26p381)取取32个个样值，间隔隔为取取16个个样值，间隔隔为2取取8个个样值，间隔隔为42.直接式数字直接式数字频率合成器率合成器组成成(图12-27p382)第十二章 小结(1)12-1概述概述2常用的反响控制方式常用的反响控制方式AGC、AFC、APC12-2自自动增益控制增益控制AGC1控制放大器增益的方法：控制放大器增益的方法：放大管放大管电流控制法、放大管流控制法、放大管负载控制法控制法等。等。正、反向正、反向AGC电路。路。12-3自自动频率控制率控制AFC2系系统框框图和原理和原理12-4锁相相环路的根本路的根本组成及数学模型成及数学模型2系系统框框图和和环路方程根本原理路方程根本原理第十二章 小结(2)12-5锁相相环路的根本分析路的根本分析3一一阶和二和二阶环的根本概念的根本概念12-6锁相相环路的运用路的运用1频率合成器率合成器载波跟踪型波跟踪型环路路其它其它载波跟踪型波跟踪型环路和路和调制跟踪型制跟踪型环路运用路运用END