第7章 反馈控制电路 39页 0.6M PPT版

7.3.1 AGC电路的工作原理 1. 电路组成框图
参考电压 Ur 输入电压 Ui 误差电压 ue 控制信 号发生器 控制电压 uc 可控增 益放大器 输出电压 Uy
比较器 kp
反馈电压 Uf
k1
直流放大
Ag
电平检测
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k3
低通滤波
k2
设输入信号振幅为Ui ，输出信号振幅为Uy ，可控增益放大器增益为 Ag(uc)，是控制信号uc的函数，则有 Uy = Ag(uc)Ui
反馈网络
根据参考信号的不同情况，反馈控制电路的工作情况有两种。 (1) 参考信号xr(t)不变，恒定为xro (2) 参考信号xr(t)变化
实际电路中一般都包括滤波器，其位置可归纳在控制信号发生器或反馈 7.2.2 数学模型
网络中，所以将这两个环节看作线性网络。其传递函数分别为 将反馈控制电路近似作为一个线性系统分析。由于直接采
vd kd sin e ( t )
vc ( t ) F ( p )vd ( t )
kd sin

F(p)
KO/p
vc ( t ) 2 ( t ) Ko p
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或p e ( t ) k0 kd F ( p ) sin e ( t ) p 1 ( t )
休息1 休息2
vd（t）
R1 C
vc（t） vd（t）
R2
C
R2
C
R1 vc（t）
-
vd（t）
+
vc（t）
RC 积 分 滤 波器 ① RC积分滤波器 传输函数：
无源比例积 分滤波器
有源比例积 分滤波器
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1 1 Vc ( s ) F( s ) Rc 1 1 1 Vd ( s ) R s s sc Rc
可控器件作为线性器件，有 xy(t)= kc xc (t) kc是比例系数。写成拉氏变换式，有Xy(s)= kc Xc (s)
7.3
自动增益控制电路
自动增益控制(AGC)电路是某些电子设备特别是接收设备的重要辅助 电路之一，其主要作用是使设备的输出电平保持为一定的数值。因此也称 自动电平控制(ALC)电路。
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(1) 频率比较器
频率比较器的输出误差电压ue与这两个输入信号的频率差有关，而与这 两个信号的幅度无关，ue为 ue= kp (ωr-ωy) 式中，kp在一定的频率范围内为常数，实际上就是鉴频跨导。
常用的频率比较电路有两种形式：一是鉴频器，二是混频-鉴频器。
7.5 锁相环路(PLL)
锁相环路（Phase locked loop缩写PLL）是一种相位自动 控制电路，其作用是实现环路输出信号与输入信号之间无误差 的频率跟踪，仅存在某一固定的相位差。
第7章 反馈控制电路
7.1 概述 7.2 反馈控制电路的基本原理与分析方法 7.3 自动增益控制电路 7.4 自动频率控制(AFC)电路 7.5 锁相环路(PLL) 7.6 锁相环的典型应用
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7.1 概述
为了提高通信和电子系统的性能指标，或者实现某些特定 的要求，必须采用自动控制方式。由此，各种类型的反馈控制 电路便应运而生了。 反馈控制电路可分为三类 自动增益控制(Automatic Gain Control，简称AGC) 自动频率控制(Automatic Frequency Control，简称AFC) 自动相位控制(Automatie Phase Control，简称APC) 自动相位控制电路又称为锁相环路(Phase Locked Loop，简称PLL)，是应用最广的一种反馈控制电路。
其中： 0：为VCO在vc 0
rad 时的固有振荡频率： S
K0：压控灵敏度
rad S V


ωo
vc(t)
由于VCO的输出反馈到鉴相器，而从锁相环的控制作用 来看，VCO对鉴相器起作用的不是其频率而是相位，故对上 式积分即可求出相位：
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( t )dt t K v ( t )dt t
R1
无源比例积分 滤波器 R2
-
C
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+
vd（t）
vc（t）
有Vc ( s ) F ( s )Vd ( s )
有源比例积 分滤波器
如果将F（s）中的s用微分算子p替代，可写出滤波器的输出 v 电压 vc ( t )与输入信号 vd ( t ) 之间的微分方程： c ( t ) F ( p )vd ( t )
vi(t)
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PD
vd(t) θe(t)
LF
vc(t) VCO
vo(t)
θi(t)
vo(t)
θo(t)
vi(t) 与 v kd sin e e 的函数， i(t)/ θi(t) o(t) 的相位差 v PD 其中v te) f t (t )i tf ) (t )0 0 )t ) 1 ( t ) 2 ( t ) i e ( i t 0 (t ( vd(t) /θe(t) 即 d( 1 ( t ) i t 0 t i ( t ) 0 t i ( t ) v (t) 鉴相特性的形式有许多种， o) /θo(t) 2 ( t ) 0 ( t ) ( 0 i 0 如: vd(t) e ( t )为输入信号的瞬时相位差。 返回 正弦特性，三角波特性，锯齿波特 继续 性等，其中最基本的是正弦波特性， 由上式可得鉴相器的数学模型， 它可用一个模拟乘法器与低通滤波 如下图所示， θ1器串接而成。 (t) θe(t) vd kd sin e ( t ) kd sin 如果设环路输入信号： vi ( t ) Vim sin i t i ( t ) PD θ2(t) vi(t) PLL环输出的反馈信号： vd(t) 乘法器 低通滤 另外，可以看出： ( t ) v0 ( t ) 0 m sin 0 t 0 V 波 2 e 时， 当 6 vo(t) 0 v dVmkcos 0e ( 0 ( kd e ( t ) sin t t ) t ) d
X ( s)
参考信号 Xr(s)
比较器 kp
控制信 号发生器 H1(s) 反馈网络 H2(s)
反馈信号 Xf(s)
kp kc H 1 ( s ) 图中Xr(s)，X H ( s X y ( s ) 闭环传递函数e(s)，X)c(s)，Xi (s)，Xy(s)和Xf (s)分别是，xr(t)，xe(t)，xc (t)， T X r ( s) 1 k xi (t)，xy(t) 和xf (t)的拉氏变换。p kc H 1 ( s ) H 2 ( s ) kp X e ( s) 比较器输出的误差信号xe(t)通常与xr(t)和xf (t)的差值成正比，设比例 误差传递函数 H e ( s ) X ( s ) 1 k k H ( s ) H ( s ) r p c 1 2 系数为kp，则有 xe(t)= kp[xr(t)-xf (t)] 写成拉氏变换式，有Xe(s)= kp[Xr(s)-Xf (s)]
θ1(t) θ2(t) 2、基本方程 根据锁相环路相位模型，可得到以相位形式表示的基本 微分方程： vc ( t ) 1 1 ( t ) ko kd F ( p ) sin e ( t ) e 1 ( t ) 2 ( t ) 1 ( t ) k0 p p ∴环路的微分方程为： p e ( t ) p 1 ( t ) k0 kd F ( p ) sin e ( t ) θe(t)
通信 电视 PLL电路广泛应用于 遥测遥成 频率合成 精密测量
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7.5.1 锁相环的基本原理 一、锁相环的组成部件
PLL是一个相位负反馈系统，可对输入信号的频率与相位 实施跟踪。
鉴相器( PD ) 三个基本部分构成一个负反馈环。 环路滤波器( LF ) 压控振荡器(VCO )
R1
F(p)
vd （ t ）
vc ( t R F ( p )vd ( t ) )
2
vc（t）
C
其中：1 ( R1 R2 )c1 , 2 R2c , 通常R1>R2
③有源比例积分滤波器
1 R2 Zf sc 1 sR2 c 1 s 2 F( s ) Z1 R1 sR1c s 1
t t 0 c 0 0 0 c 0
t
2
(t )
K0 2 ( t ) K 0 vc ( t )dt vc ( t ) 0 p t dt 上式中： 1 p 0 为积分算子
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二、锁相环路相位模型和基本方程
1、相位模型 将上述锁相环的三个基本部件的模型按环路组成框图联接起 来，即可构成锁相环路相位模型，如下图所示：
设输入信号为固定频率的正弦信号（即 i , i 均为常量） 由于 1 ( t ) ( i 0 )t i 0 t i
d e ( t ) k0 kd F ( p ) sin e ( t ) 0 代入环路的微分方程可得： dt d e ( t ) e ( t ) 环路的瞬时角频差。 上式左边第一项 返回 dt
1 sc
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d 其中 p 为微分算子， ②无源比例积分滤波器 dt 1 vd ( t ) 由上式可得环路滤波器的电 R2 sc 1 sR2 c 1 s 2 路模型如右图所示。 F( s ) 1 1 sc R1 R2 1 s 1 R1 R2 sc
d
经过相乘，并滤除和频分量，可得输出的误差电压为： 1 、 鉴 相 器 （ PD ） 1 vd ( t ) KVimV0 m sin i t i ( t ) (t )t ) 鉴相器是一个相位比较器，输出信号0 tv 0 ( 是两个输入信号