高频电路原理与分析(精)

图6―5 延迟AGC特性曲线
2．延迟AGC
在延迟AGC电路里有一个起控门限 ,即比较器参考 电压Ur,它对应的输入信号振幅Uimin,如图6―5所示。
VCC VD － 至信号 ＋ 检波 延迟 电压 C1 R1 R AGC电压 C
图6―6 延迟AGC电路
3．前置AGC、后置AGC与基带AGC
前置AGC是指AGC处于解调以前,由高频（或中频） 信号中提取检测信号 , 通过检波和直流放大 , 控制高频 （或中频）放大器的增益。 后 置 AGC 是 从解调后提取检测信号来控制高频 （或中频）放大器的增益。 基带 AGC 是整个 AGC 电路均在解调后的基带进行 处理。
ur(t) 参考 信号
PD
ud(t)
LF
uc(t)
VCO
uo(t) 输出 信号
图6―10 锁相环的基本构成
设参考信号为
ur (t ) Ur sin[rt r (t )]
输出信号为
(6―10)
若参考信号是未调载波时,则θr(t)=θr=常数。设
uo (t ) Uo cos[ot o (t )]
－4 5 －9 0 (b )
图 6―15 RC 积分滤波器的组成与频率特性 (a)组成;(b)频率特性
2)
无源比例积分滤波器如图 8―16(a) 所示。与 RC 积 分滤波器相比 ,它附加了一个与电容 C串联的电阻 R2,这 样就增加了一个可调参数。它的传递函数为
U c ( s ) 1 s 2 F ( s) U d ( s ) 1 s 1
ui Up 电压比较器 Kp ue 控制信号 发生器K1 uc 可控增益 放大器AK Uo
直流放大器 K2
低 通 滤波器
电平检测器 K2
图6―3 自动增益控制电路框图
6.1.2
根据输入信号的类型、特点以及对控制的要 求,AGC电路主要有以下几种类型。 1．简单AGC 在简单AGC电路里,参考电平Ur＝0。这样,只要输

t
0
v (t ) dt 0t kd uc ( )d
0
t
（6―27）
将此式与式(8―18)比较,可知以ω0t为参考的输出 瞬时相位为 t
2 (t ) kd uc ( )d
0
（6―28）
2 0 lg| F(j )/dB
R2 R1 ud － ＋
C
2 2 0 lg 2 1 2 0 lg 2 1
(6―23)
2 0 lg| F(j)/dB 0 －3 R1 ud R2 C (a ) 2 0 lg 2 1

1 2
1
uc
()
0
/°
1 / 1 /
( 对数刻度)
－45 －90 (b )
图6―16 (a)组成; (b)频率特性
3)
有源比例积分滤波器由运算放大器组成 , 电路如图 8-17(a)所示。当运算放大器开环电压增益A为有限值时, 它的传递函数为
两信号之间的瞬时相差为
(6―11)
c (t ) (rt r ) (0t 0 (t)) (r 0 )t r 0 (t) （6―12）
由频率和相位之间的关系可得两信号之间的瞬时频差为
d e ( t ) d 0 ( t ) r 0 dt dt
c (t ) 1 (t ) 2 (t )
Kd 2 (t ) U d sin e (t ) F ( p) p
(6―31) (6―32)
(6―15)
d d c (t ) (0t c (t ) 0 r dt dt
(6―16)
6.3.2 1.
鉴相器（PD）又称为相位比较器,它是用来比较两 个输入信号之间的相位差θe(t)。鉴相器输出的误差信号 ud(t)是相差θe(t)的函数,
u i (t)
LPF u o (t)
反馈 网络
图6―1 反馈控制系统的组成
高频 放大器
混频器
中频 放大器
至解调器
直流 放大器
AGC 检波器
ur
图6―2 具有AGC电路的接收机组成框图
6.1.1
设输入信号振幅为Ui,输出信号振幅为 Uo,可控增益 放大器增益为Kv(uc),它是控制电压uc的函数,则有
Uo Kv (uc )Ui
(6―1)
(6―13)
锁定后两信号之间的相位差表现为一固定的稳态
值。即
d e ( t ) （6―14 lim 0 t dt 此时,输出信号的频率已偏离了原来的自由振荡频
率ω0(控制电压uc(t)=0时的频率),其偏移量由式(6―13) 和(6―14)得到为 d 0 (t ) r 0 dt 这时输出信号的工作频率已变为
第6章 反馈控制电路
6.1 自动增益控制电路 6.2 自动频率控制电路
6.3 锁相环的基本原理
6.4 频率合成器
6.1
输入信号 u i (t) 误差信号 u e(t) 控制信号 发生器 控制信号 u c(t) 可控 器件 输出信号 u o (t)
参考信号 u r(t) 比较器 反馈 信号 u f(t)
图6―13 正弦鉴相器的鉴相特性
ud(t)
F(p) (a)
uc(t)
ud (s)
F(s) (b)
uc(s)
图6―14 (a)时域模型;(b)频域模型
2.
环路滤波器 (LF) 是一个线性低通滤波器 , 用来滤除 误差电压 ud(t) 中的高频分量和噪声 , 更重要的是它对环 路参数调整起到决定性的作用。 1) RC
由此可得到输出信号角频率的拉氏变换
y ( s)
(6―6)
kb k c H ( s ) y ( s) r ( s) 1 kb k c H ( s )
(6―7)
2．
由图8―7可求得AFC电路的误差传递函数T（s）, 它是误差角频率 Ωe （s ）与参考角频率 Ωr（ s ）之比 , 其 表达式为
θ1(t)=(ωr-ω0)t+θr(t)=Δω0t+θr(t)
uo(t)与ur(t)相乘,滤除2ω0分量,可得 ud(t)=Udsin［θ1(t)-θ2(t)］=Udsinθe(t)
(6―20)
(6―21)
将
Ud (t )
－ －2 －3 2 － 2 0 2 3 2 2 e(t )
(6―25)
3.
压控振荡器 (VCO) 是一个电压 - 频率变换器 , 在环路 中作为被控振荡器,它的振荡频率应随输入控制电压uc(t) 线性地变化,即
v (t ) 0 kd uc (t )
（6―26）
式中， ωv(t) 是 VCO 的瞬时角频率 ,Kd 是线性特性斜 率 ,表示单位控制电压 ,可使 VCO角频率变化的数值。因 此 又 称 为 VCO 的 控 制 灵 敏 度 或 增 益 系 数 , 单 位 为 ［ rad/V·s ］。在锁相环路中 ,VCO 的输出对鉴相器起作 用的不是瞬时角频率而是它的瞬时相位,即
6.2.3
1．自动频率微调电路（简称AFC电路） 图 6―8 是一个调频通信机的 AFC 系统的方框图。 这里是以固定中频fI作为鉴频器的中心频率,亦作为AFC 系统的标准频率。
fI＝| fs －f0 | fs 混频 f0 本振 (压控振) 低通 滤波器 中放 fI
中心频 率fI 鉴频 低放
图6―8 调频通信机的AFC系统方框图
(6―3)
mi Ui max / Ui m i x Uo max / Ui m i x Kv max nv mo Uo max / Uo m i x Uo max / Uo m a x Kv m i x
(6―4)
Uo
0
Ui
图6―4 简单AGC特性曲线
Uo
Uo max Uo min 0 Uimin Uimax Ui
可控频率器件通常是压控振荡器（VCO）,其输出
振荡角频率可写成
y y 0 kcuc
(6―5)
6.2.2
对于 AFC 电路 , 其主要的性能指标是暂态和稳态响 应以及跟踪特性。 1． 由图8―7可得AFC电路的闭环传递函数
kb k c H ( s ) T ( s) r ( s ) 1 kb k c H ( s )
U c ( s) 1 s 2 F ( s) A U d ( s) 1 s 1
式中，τ′1=(R1+AR1+R2)C;τ2=R2C。若A很高,则
(6―24)
1 sR2C 1 sR2C F ( s) A A 1 s( AR1 R1 R2 )C 1 sAR1C 1 sR2C 1 s 2 sR1C s 1
图6―11 正弦鉴相器模型
u d (t)
1(t)
＋ －
e(t)
Udsin (· )
Ud sine(t)
2 (t)
图6―12 线性鉴相器的频域数学模型
若以压控振荡器的载波相位 ω0t作为参考,将输出信
号uo(t)与参考信号ur uo(t)=Uocos［ω0t+θ2(t)］ 式中，θ2(t)=θ0(t), (6―18) ur(t)=Ursin［ωrt+θr(t)］=Ursin［ω0t+θ1(t)］(6―19)
入信号振幅 Ui 增加 ,AGC 的作用就会使增益 Kv 减小 , 从
而使输出信号振幅Uo减小。图8―4为简单AGC的特性 曲线。
U o max mo Uo m i x
(6―2)
mi 为 AGC 电路限定的输入信号振幅最大值与最小
值之比（输入动态范围）,即
则有
Ui max mi Ui m i x
这是最简单的低通滤波器 , 电路如图 8―15(a) 所示 , 其传递函数为