考纲—锁相与频率合成技术

锁相与频率合成技术

南京理工大学编（高纲号 0552）

Ⅰ、课程性质与设置目的要求

“锁相与频率合成技术”课程是江苏省高等教育自学考试电子信息工程专业的必修课，主要内容为锁相技术的基本原理、电路与应用。

锁相与频率合成技术是实现相位自动控制的一门科学，是专门研究系统相位关系的技术。随着科学技术的发展，人们对各种设备的控制精度要求越来越高，在无线电技术中自动控制技术的应用已经进入了第三代。第一代是自动增益控制（AGC）；第二代是自动频率控制（AFC）；第三代是自动相位控制（APC）。而锁相技术就是第三代的控制技术。

锁相技术的核心是锁相环路，所谓的锁相环路是一个实现相位自动锁定的控制系统。锁相环路具有两个突出的特性：第一是窄带滤波特性；第二是宽带跟踪特性。这两个特性使得锁相技术在电子技术领域得到了广泛的应用，特别是随着集成电路技术、数字技术以及通讯和计算机技术的发展，极大地推动了锁相技术的发展和应用。目前，锁相技术已经形成一门比较系统的理论科学，锁相技术的应用主要包含以下几个方面：跟踪滤波、频率合成与频率变换、模拟和数字信号的相干解调、数字通讯、调制与解调、检波、稳频和位频等。

设置本课程的目的和要求：通过本课程的学习，使自学应考者掌握锁相技术的原理和锁相环路的性能，熟悉锁相环路的分析方法，了解锁相技术在电子技术领域中的应用。锁相技术是理论性与工程性都很强的一门课程，学生应具备必要的数学、电子线路、数字电路、信号与系统等课程的知识，在掌握环路原理和性能的基础上领会应用，在学习应用中进一步深化和理解环路的原理和性能，理论联系实际，为在今后的工程实践中灵活应用锁相环路打下基础。

Ⅱ、考试目标（考核知识点、考核要点）

第一章锁相环路的基本工作原理

一、考核知识点

（一）锁相环路的基本工作原理；

（二）锁相环路的相位数字模型及其微分方程；

（三）锁相环路的基本性能。

二、考核要求

（一）锁定与跟踪的概念

1、识记：（1）相位的概念；（2）锁相环路的定义；（3）环路的捕获带（4）环路的同步带。

2、领会：（1）锁相环路是一个相位跟踪系统，它建立了输出信号瞬时相位与输入信号瞬时

相位的控制关系（2）几个重要参数：载波相位、瞬时相位、自由振荡角频率、瞬时相差、移稳态相差；（3）环路的两种基本工作状态：捕获过程、锁定状态。

3、应用：（1）环路是处于锁定状态的判定依据；（2）一阶环稳态相差的计算。

（二）环路组成

1、识记：（1）环路的基本部件；（2）鉴相器的作用与数学模型；（3）鉴相器的分类：模拟乘法器鉴相器、序列电路（数字鉴相器）；（4）环路滤波器的作用与数学模型；（5）压控振荡器的作用与数学模型；（6）压控灵敏度；（7）压控振荡器的种类。

2、领会：（1）锁相环路的组成及框图；（2）正弦鉴相器及数学模型；（3）几种常用的环路滤波器及传递函数；（4）锁相环路的相位数学模型。

3、应用；（1）理想积分滤波器分析；（2）非常用环路滤波器的传递函数求解。

（三）环路的动态方程

1、识记：（1）瞬时频差；（2）控制频差；（3）固有频差；（4）环路增益K。

2、领会：（1）锁相环路动态方程

3、应用：（1）锁相环路动态方程的含意；（2）稳态相差的求解。

（四）一阶环路的捕获、锁定与失锁。

1、识记：（1）一阶环路；（2）相点；（3）相轨迹（4）相平面。

2、领会：（1）一阶环路的非线性微分方程；（2）相轨迹上相点的含义。

3、应用：（1）频率牵引现象；（2）一阶环路的捕获带、同步带、快捕带。

第二章环路跟踪性能

一、考核知识点

（一）锁相环路的线性相位模型及传递函数；

（二）锁相环路的性能指标；

（三）二阶环路在典型输入下的响应；

（四）环路的频率响应。

二、考核要求

（一）线性相位模型与传递函数

1、识记：（1）环路传递函数的概念；（2）讨论传递函数的含义。

2、领会：（1）锁相环路的线性相位模型；（2）环路的线性动态方程；（3）环路开环传递函数；（4）环路闭环传递函数；（5）环路误差传递函数：（6）采用三种常用滤波器环路的传递函数。

（二）二阶线性系统的一般性能

1、识记：（1）环路自然角频率ωn；（2）环路阴尼系数ζ；（3）环路的主要性能指标：延迟时间、上升时间、峰值时间、暂态时间、最大过冲量。

2、领会：（1）三种典型环路的ωn、ζ表示方法；（2）环路的频率响当当应及特性。

（三）环路对输入暂态信号的响应

1、识记：（1）环路的暂态相差；（2）相位阶跃；（3）频率阶跃；（4）频率斜升；（5）稳态相差。

2、领会：（1）分析二阶环路对输入暂态响应的方法；（2）采用无源比例积分滤波器的二阶环路对三种暂态信号输入的响应；（3）采用理想积分滤波器的二阶环路对三种暂态信号输入的响应。

3、应用：（1）环路暂态相差与稳态相差的计算。

（四）环路对输入正弦相位信号的响应

1、识记：（1）环路频率响应的概念；（2）环路输入相位的调制频率Ω；（3）调制跟踪环；（4）载波跟踪的概念。

2、领会：（1）常用二阶环的闭环频率响应；（2）常用二阶环的误差频率响应；（3）二阶环路频率特性的特点：无论采用何种滤波器的二阶环路，其闭环频率响应具有低通的性质、共误差频率响应具有高通的性质。

3、应用：（1）调制跟踪环的特点和应用；（2）载波跟踪环的特点与应用。

（五）环路稳定性

1、识记：（1）环路稳定性及判别方法；（2）稳定余量；（3）相位余量；（4）增益余量。

2、领会：（1）伯德准则；（2）采用伯德准则或稳定余量判断环路的稳定性。

（六）非线性跟踪

1、识记：（1）最大同步扫描速率的概念；（2）最大频率阶跃量的概念。

2、领会：（1）非线性跟踪的稳态相差。

第三章环路噪声性能

一、考核知识点

（一）环路存在噪声时的相位数学模型（仅含输入噪声及仅含VCO噪声两种情况）；

（二）环路噪声带宽B L及含义；

（三）跳周、平均跳周时间、跳周概率。

二、考核要求

（一）环路噪声相位模型