杨霓清 高频答案 第六章--反馈控制电路

题 6.11 图
6.11 题 6.11 图是调频接收机 AGC 电路的两种设计方案，试分析哪一种可行，并加以说明。 6.12 在题 6.12 图所示的锁相环路中，已知 Ao 2 25krad/sV ， f r 50kHz ， A1 ＝2， 鉴 相器的最大输出电压 0.7V，试求环路的同步带。若 R 3.6k ， C 0.3μF ，试求环路 的快捕带。
3 3 ，VCO 的 Ao 2 10 rad/sV ， RC 10 S ，要求稳态相位误差为 Ad 25mV/rad
0.1rad ，试确定放大器的增益 A 。
题 6.17 图
解：
1 103 rad / s ，保证 m 100rad / s 的范围内，低通滤器能通过 RC

2
268
H 2 104 2 则 Kd V / rad e F 0 KV 1 2 104 2
6.18 某锁相环路 PD 的 Ad 2V/rad 。 VCO 的 Ao 2 10 rad/sV ， 中心频率 f o 10 kHz 。
dU d ，单位是 V / rad 。 d e
o 2 fi fo 2 1 1.02 106 rad / s 2 0.02 106 rad / s
（1）对正弦鉴相特性， ud Kd sin e U d sin e ，此时 K d 的单位是 V，则锁定后的剩 余相差为 e arcsin
题 6.12 图
解： （1）同步带
L Ad A1 A0 AF 0 L 0 . V 7 2 2
（2）快捕带
，其中
AF 0 1 ，则 V /s
3 2 1 9.9 rad/s
k2 r5 ad
10
c
Ad A1 A0


L Байду номын сангаасC
o
o 2 fi fo 2 1 1.25 106 rad / s 2 0.25 106 rad / s
Kd KV 1 2 104 rad / s
o Kd KV ，所以环路不能入锁。
如用 题 6。16 图 所示鉴相特性即 e 在 条件得；
s /
219.9 103 rad / s 1 4 . 2 7 3 r1 a0 d 3 6 3.6 10 0.3 10
6.13 在题 6.12 图所示的锁相环路中，当输入频率发生突变 i 100rad/s 时，要求环路的
265
稳态相位误差为 0.1rad， 试确定放大器的增益 A1 。 已知 Ad ＝25mV/rad，A0 ＝ 10 rad/sV ，
o 2 0.02 106 = arcsin 1 2 106 10 K d KV F 0
arcsin 0.02 0.02rad
鉴相器的直流输出电压为
ud 0 Kd s i n e i n U d s e
0V .02
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越好，这样环路的可控能力就越强； （e） “抗扰”指一号对干扰或噪声的过滤能力。这种能力 可由环路信噪比、输出相位抖动方差、失锁概率等表征。 6.8 AFC 电路达到平衡时回路有频率误差存在，而 PLL 在电路达到平衡时频率误差为零， 这是为什么？PLL 达到平衡时，存在什么误差？ 答：AFC 电路是一个负反馈闭合环路，它利用频率误差信号来调节输出信号的频率，使输出 频率稳定。 AFC 电路在达到最后状态时， 两个频率不可能完全相等， 存在剩余频差。 PLL 电路是以消除频率误差为目的的反馈电路， 但其基本原理是利用相位误差消除频率误差， 所以当电路达到平衡状态时虽然有剩余相位误差存在，但频率误差可以降到 0 从而实 现无频率误差的频率跟踪和相位跟踪。 6.9 锁相环路合成法频率合成器根据哪些特点分为模拟式与数字式两大类？它们各有何优 缺点？ 6.10 为什么在鉴相器后面一定要加入环路滤波器？
3
RC 103 s 。
解： e ＝
i i 1 ＝ ，因为 AF s ＝ ＝ 1 Ao A1 Ad AF 0 A 0 1 sRC R sC
1 sC
所以 AF 0 ＝1
A1 =
i 100rad / s = =40 3 Ao Ad AF 0 e 25 10 V/rad 103 rad/ s V 0.1rad
4
6.14 已知一阶锁相环路鉴相器的最大输出电压 Vd ＝ 2V，压控振荡器的 Ao 10 Hz/V ( 或
2 104 rad/sV) ，压控振荡器的振荡器频率 o 2 106 rad/s 。问当输入信号频率
i 2 1015 103 rad/s 时，环路能否锁定？若能，稳态相差等于多少？此时控制电压
6.16 无 低 通 滤 波 器 的 一 阶 锁 相 环 路 ， PD 的 灵 敏 度 Ad 1V/rad ， VCO 的
Ao 2 104 rad/sV ，输入信号频率 fi 1MHz ，VCO 的固有频率 fo 1.25MHz ，
试问： （1）环路有无可能捕捉入锁？ （2）若 f o 调低到 1.008MHz 。有无可能入锁？剩余相差 e 是多少？ （3）若要求剩余相差不超过 5 ， f o 应调到多少？ 解：对于无低通滤波器的一阶锁相环路，同步带=捕捉带。 （1）如用正弦鉴相特性
6 4
所以能够入锁，其剩余相差为
4 2 0 . 8 1 0 e a r c s i n 4 2 1 0
ar c s i n
0 . 80
53
如用
题 6。16 图 所示的鉴相特性，则
e
o 0 . 8 rad K d KV
e 45.860
思考题与习题
6.1 有哪几种反馈控制电路，每一类反馈控制电路控制的参数是什么，要达到的目的是什 么？ 答：自动增益控制（AGC）电路、自动频率控制（AFC）电路、自动相位控制（APC）电 路三种 控制参量分别为信号的电平、频率、和相位 AGC 电路可用于控制接收通道的增益，它以特性增益为代价，换取输入信号动态范 围的扩大使输出几乎不随输入信号的强弱变化而变化。 AFC 电路用于稳定通信与电子系统中的频率源利用频率误差信号来调节输出信号 的频率，使输出频率稳定。 APC 电路以相位误差去消除频率误差。 6.2 AGC 的作用是什么？主要的性能指标包括哪些？ 答： AGC 电路可用于控制接收通道的增益，它以特性增益为代价，换取输入信号动态范 围的扩大使输出几乎不随输入信号的强弱变化而变化。 其性能指标有两个：动态范围和响应时间 6.3 AFC 的组成包括哪几部分，其工作原理是什么？ 答：AFC 由以下几部分组成：频率比较器、可腔频率电路、中放器、鉴频器、滤波器 工作原理： 在正常情况下， 接收信号的载波为 f s ， 本振频率 f L 混频输出的中频为 f I 。 若由于某种不稳定因素使本振发生了一个偏移＋ f L 。混频后的中频也发生同样的偏移，成 为 f I ＋ f L ，中频输出加到鉴频器的中心频率 f I ，鉴频器就产生了一个误差电压，低通滤波 器去控制压控振荡器，使压控振荡器的频率降低从而使中频频率减小，达到稳定中频的目的 6.4 比较 AFC 和 AGC 系统，指出它们之间的异同。 6.5 锁相与自动频率微调有何区别？为什么说锁相环路相当于一个窄带跟踪滤波器？ 6.6 有几种类型的频率合成器， 各类频率合成器的特点是什么？频率合成器的主要性能指标 有哪些？ 答：频率合成器有三种：直接式频率合成器、锁相频率合成器（包括倍频锁环、混频锁相 环、除法降频锁相环） 、直接数字式频率合成器。 直接式频率合成器是直接对参考频率源进行混频分频和倍频得到所需频率是一个开 环系统；锁相频率合成器是锁相环进行频率合成，是一个闭环譏数字频率合成器是一种 全数字化的频率合成器，是一个开环系统。 频率合成器的主要性能指标有： 频率准确度和频率稳定度、 频率分辨率 （频率步长） 、 频率范围、频率转换时间（或频率时间） 、相位噪声和杂散、功耗和体积等 6.7 PLL 的主要性能指标有哪些？其物理意义是什么？ 答：我们可以用“稳” 、 “准” 、 “快” 、 “可控” 、 “抗扰”五大指标衡量 PLL 的优劣。 （a） “稳” 是指环的稳定性。PLL 的稳定是它工作的前提条件，若环路由负反馈变成了正反馈，就不稳 定了。理论分析表明，一、二阶环路是无条件千金之子环。 （b） “准”是指环路的锁定精度。 PLL 锁定后没有频差，只有剩余相差，所以锁定精度由剩余相差来表征，我们希望相差越小 越好， （c） “快”是环路由失锁进入锁定状态的时间，所以锁定时间由捕获时间来表征，我们 希望快捕时间与捕获时间越短越好。 （d） “可控”指环路能进入锁定与维持锁定的频差范围， 通常前者以快捕带与捕获带来表征，而后者以同步带来表征。我们希望捕获带和同步带越大
267
（3）
e arcsin
2 fi f 0 o arcsin 50 K d KV 2 104
则 f 0 0.99913MH z
fi f 0 0.087 104
题 6。16 图 开关乘法器作相位检测器的鉴相特性 6.17 如 题 6.17 图 所 示锁 相 环 中 ， 输 入 信 号 频率 的 变 化 为 i 100rad/s ， 鉴 相 器 的
0.1 arcsin m K d KKV 0.1 sin m 100 3 K d KKV 25 10 K 103
因为 e 很小，所以上式可写成 得 K=40。即要放大器的增益为 40
6.17 锁 相 环 路 采 用 无 源 比 例 积 分 滤 波 器 ， 已 知 同 步 带 f L 10kHz ， VCO 的
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滤波器的输出端的直流电压为
uc ud 0 F 0 0.02 10 0.2V
（2）对于正弦鉴相特性，RC 积分器和无源比例积分器的 F 0 1
e arcsin
环路能够锁定。
2 0.02 106 arcsin 0.2 2 106 1
2

之间是线性鉴相特性，则由锁定 2
o K de KV 1

2
2 104 2 1.57 104 2 25 104 也不能入锁。
6 6
（2） o 2 fi f o 2 1 1.008 10 2 0.008 10 rad / s 用正弦鉴相特性 o 2 0.008 10 Kd KV 2 10
Ao 10kHz/V ，试求鉴相灵敏度。
解： （1）如用正弦鉴相特性，则 H Kd F 0 KV 式中 F 0 1
Kd
m 104 4 1V / rad KV 10
（2）如用 题 6。16 图 所示的鉴相特性， H Kde F 0 KV ，式中 e
等于多少？ 6.15 在某锁相环路中，鉴相器灵敏度 Ad 1V/rad ，压控灵敏度 Ao 2 10 rad/sV ，输入
5
信号频率 fi 1MHz ,VCO 的固有频率 f o 1.02MHz 。 （1）若环路滤波器采用有源比例积分器，其直流增益 AF (0) 10 ，可使环路入锁．试求 锁定后的剩余相差，以及鉴相器与滤波器输出端的直流电压。 （2）若环路滤波器采用 RC 积分滤波器或无源比例积分滤波器，试问环路能否锁定？ 解：题中 K d 指的是 e 0 时的