12.8鉴相器(PD)
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D1 i1
相位 误差 电压 vd
压控频率f 压控频率fV
Tr
vv(t)=VVmcos(ωVt+θV) (t)=V cos(ω
+
压控 频率 fV 不考虑电容C 不考虑电容C时输出电压为 vd(t)=vd1-vd2=i1R-i2R=(i1-i2)R R=( =2b +4b 其中 i1-i2=2b1vV+4b2vRvV
(1)正弦波相位检波器电路 (1)正弦波相位检波器电路 Kd +π (2)工作原理分析 (2)工作原理分析 -π π/2 O sin(θ )=K sinθ 则vd(t)=Kdsin(θV-θR)=Kdsinθe θV-θR (3)正弦波相位检波器的锁相范 (3)正弦波相位检波器的锁相范 正弦鉴相曲线 围为π。 D1 i1 ≤30° sinθ 当θe≤30°时，有sinθe≈θe。 Tr + + vd(t)≈Kdθe 则 + + vD1 R C vd1 vV v 此时鉴相器输出的电压与θe成 压控 R - + - v d( t ) 频率 线性关系，鉴相效果最好。 线性关系，鉴相效果最好。 + + fV vV fR vD2 R C vd2
(3)正弦波相位检波器的锁相范围为π (3)正弦波相位检波器的锁相范围为 正弦波相位检波器的锁相范围为π
之间， 在- 正弦波相位检波器 一、π/2~+π/2之间，才能进
V
R
(1)正弦波相位检波器电路 (1)正弦波相位检波器电路 (2)工作原理分析 (2)工作原理分析 当考虑C 当考虑C滤波时输出电压为
参考频率fR 参考频率 vR(t) θR(t) vd(t) θe(t) vc(t) vV(t) 压 控 输 出
PD
fV θV(t) vV(t)
LPF
VCO
实际振荡频率fV 实际振荡频率
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引言
锁相环路由三大部分组成，如下图所示： 锁相环路由三大部分组成，如下图所示：
参考频率fR 参考频率 vR(t) θR(t) vd(t) θe(t) vc(t) vV(t) 压 控 输 出
D1 i1
相位 误差 电压 vd
压控频率f 压控频率fV
Tr
vv(t)=VVmcos(ωVt+θV) (t)=V cos(ω
+
压控 频率 fV
+ -
vV v + R
- + -
vD1 R C vD2 R C
D2 i2
+
+ -
vd1 vd2
+
vV f R
-
v d( t )
-
+
正弦波相位检波器 本页完 继续
参考频率f 参考频率fR vR(t) θR(t)
鉴 相 器 ( P D )
一、正弦波相位检波器
(1)正弦波相位检波器电路 (1)正弦波相位检波器电路 (2)工作原理分析 (2)工作原理分析
vR(t)=VRmsin(ωRt+θR) )=V sin(ω
参考频率f 参考频率fR vR(t) θR(t)
v d( t ) PD θe(t) vV(t) θV(t)
正弦鉴相曲线
Tr D1 i1
+ + -
vV v + R
差(θV-θR)成正弦函数关系e Kd——称为传输灵敏度
- + -
vD1 R C vD2 R C
D2 i2
+
+ -
vd1 vd2
+
vV f R
-
v d( t )
-
+
(3)正弦波相位检波器的锁相范 (3)正弦波相位检波器的锁相范 围为π。
正弦波相位检波器 本页完 继续
PD
fV θV(t) vV(t)
LPF
VCO
实际振荡频率fV 实际振荡频率 返回
引言
引言
锁相环路由三大部分组成，如下图所示： 锁相环路由三大部分组成，如下图所示：
参考频率fR 参考频率 vR(t) θR(t) vd(t) θe(t) vc(t) vV(t) 压 控 输 出
PD
fV θV(t) vV(t)
正弦鉴相曲线
Tr D1 i1
+ + -
vV v + R
差(θV-θR)成正弦函数关系e Kd——称为传输灵敏度
- + -
vD1 R C vD2 R C
D2 i2
+
+ -
vd1 vd2
+
vV f R
-
v d( t )
-
+
正弦波相位检波器 本页完 继续
鉴 )必须 两个频率的(θ -θ 相 器 ( P D )
行锁相，因而锁相范围为π。 行锁相，因而锁相范围为π -π
vd(t) Kd
O
π/2
+π θV-θR
vd(t)=2b2RVRmVVmsin[∆ωt+(θV-θR)] =2b sin[∆ +(θ
若∆ω=(ωV-ωR)=0时，即ωV=ωR Kd=2b2RVRmVVm =2b 令 sin(θ )=K sinθ 则vd(t)=Kdsin(θV-θR)=Kdsinθe 上式说明，鉴相器输出的误 上式说明， 差直流电压vd(t)与两频率的相位 压控 频率 fV
vd(t)=2b2RVRmVVmsin[(ωV-ωR)t+θV-θR] =2b sin[(ω =2b2RVRmVVmsin[∆ωt+(θV-θR)] =2b sin[∆ +(θ + + -
参考频率f 参考频率fR vR(t) θR(t)
vV v + R
- + -
vD1 R C vD2 R C
D2 i2
wenku.baidu.com+ -
vV v + R
- + -
vD1 R C vD2 R C
D2 i2
+
+ -
vd1 vd2
+
vV f R
-
v d( t )
-
+
正弦波相位检波器 继续
一、正弦波相位检波器 变化就能引起较大的误差电压
(1)正弦波相位检波器电路 (1)正弦波相位检波器电路 (2)工作原理分析 (2)工作原理分析 当考虑C 当考虑C滤波时输出电压为
鉴 相 器 ( P D )
一、正弦波相位检波器
(1)正弦波相位检波器电路 (1)正弦波相位检波器电路 (2)工作原理分析 (2)工作原理分析
vd(t) -π
O
Kd π/2
+π θV-θR
正弦鉴相曲线
Tr D1 i1
sin(θ )=K sinθ 则vd(t)=Kdsin(θV-θR)=Kdsinθe
+
压控 频率 fV (3)正弦波相位检波器的锁相范 (3)正弦波相位检波器的锁相范 围为π。
+ -
vV v + R
- + -
vD1 R C vD2 R C
D2 i2
+
+ -
vd1 vd2
+
vV f R
-
v d( t )
-
+
正弦波相位检波器 继续
鉴 相 器 ( P D )
鉴相器输出的线性范围
一、正弦波相位检波器
越大， -θ 器 ( 显然K 越大鉴(θ相 )较小的P D ) ，
Kd—传输灵敏度
d
V
R
变化，因而K 称为传输灵敏度。 变化，因而Kd称为传输灵敏度。 -π
vd(t) Kd
O
π/2
+π θV-θR
vd(t)=2b2RVRmVVmsin[∆ωt+(θV-θR)] =2b sin[∆ +(θ
若∆ω=(ωV-ωR)=0时，即ωV=ωR Kd=2b2RVRmVVm =2b 令 sin(θ )=K sinθ 则vd(t)=Kdsin(θV-θR)=Kdsinθe 上式说明，鉴相器输出的误 上式说明， 差直流电压vd(t)与两频率的相位 压控 频率 fV
LPF
VCO
实际振荡频率fV 实际振荡频率
压控振荡频率为 vv(t)=VVmcos(ωVt+θV) 参考频率信号为 vR(t)=VRmsin(ωRt+θR) 当为θ 常数时， 系统频率被锁定在f 当为 e(t)=常数时，fV=fR，系统频率被锁定在 R上。 常数时 在锁相环路中，鉴相器PD为关键部件。 为关键部件。 在锁相环路中，鉴相器 为关键部件
vR(t)=VRmsin(ωRt+θR) )=V sin(ω
一、正弦波相位检波器 正弦波相位检波器 (1)正弦波相位检波器电路 (1)正弦波相位检波器电路 (2)工作原理分析 (2)工作原理分析
参考频率f 参考频率fR vR(t) θR(t)
v d( t ) PD θe(t) vV(t) θV(t)
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本 节 学 习 要 点 和 要 求
掌握正弦波相位检波的基本工作原理
了解脉冲抽样保持相位比较器基本原理
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藏族老汉
正 弦 波 相 位 检 波 器
脉冲抽样保持相位比较器
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引言
锁相环路在频率合成，数字通信的同频系统、 锁相环路在频率合成，数字通信的同频系统、 调频调相信号的解调、 调频调相信号的解调、作为跟踪飞行器的锁相相关 应答器等均有广泛的应用， 应答器等均有广泛的应用， 锁相环路由三大部分组成，如下图所示： 锁相环路由三大部分组成，如下图所示：
鉴 相 器 ( P D )
推导输出电压表达式
一、正弦波相位检波器
vR(t)=VRmsin(ωRt+θR) )=V sin(ω
相位 (1)正弦波相位检波器电路 (1)正弦波相位检波器电路 vd(t) 误差 PD (2)工作原理分析 (2)工作原理分析 θe(t) 电压 vD1=vR+vV vd vV(t) θV(t) vD2=vR-vV 压控频率f (t)=V cos(ω 压控频率fV vv(t)=VVmcos(ωVt+θV) 二极管的电流为(小信号检波) 二极管的电流为(小信号检波) D1 i1 i1=b0+b1vD1+b2v2D1 Tr i1和i2两式相减 i2=b0+b1vD2+b2v2D2 + + + + vD1 R C vd1 vV v 二极管电流的表达式为 压控 R - + - 2 v d( t ) 频率 i1=b0+b1(vR+vV) +b2(vR+vV) + + fV 2 i2=b0+b1(vR-vV) +b2(vR-vV) vV fR vD2 R C vd2 + 不考虑电容C 不考虑电容C时输出电压为 vd(t)=vd1-vd2=i1R-i2R=(i1-i2)R R=( D2 i2 其中 i1-i2=2b1vV+4b2vRvV =2b +4b 正弦波相位检波器 本页完 继续
+ -
vV v + R
- + -
vD1 R C vD2 R C
D2 i2
+
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vd1 vd2
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vV f R
-
v d( t )
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正弦波相位检波器 继续
鉴 相 器 ( P D )
推导考虑C 推导考虑C时的输出电压
一、正弦波相位检波器
vR(t)=VRmsin(ωRt+θR) )=V sin(ω
相位 (1)正弦波相位检波器电路 (1)正弦波相位检波器电路 vd(t) 误差 PD (2)工作原理分析 (2)工作原理分析 θe(t) 电压 不考虑电容C 不考虑电容C时输出电压为 vd vV(t) θV(t) vd(t)=vd1-vd2=i1R-i2R=(i1-i2)R R=( 压控频率f 压控频率fV (t)=V cos(ω 当考虑电容C 当考虑电容C时，这vv(t)=VVmcos(ωVt+θV) =2b +4b 其中 i1-i2=2b1vV+4b2vRvV 两项高频被滤掉。 两项高频被滤掉。 D1 i1 =2b +4b 所以 vd(t)=2b1RvV+4b2RvRvV Tr 代入正弦函数并展开得 压控 vd(t)=2b1RVVmcos(ωVt+θV) =2b cos(ω 频率 +2b2RVRmVVmsin[(ωV+ωR)t+θV+θR] f +2b sin[(ω V +2b2RVRmVVmsin[(ωV-ωR)t+θV-θR] +2b sin[(ω 当考虑C 当考虑C滤波时输出电压为
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鉴 相 器 ( P D )
一、正弦波相位检波器
(1)正弦波相位检波器电路 (1)正弦波相位检波器电路 (2)工作原理分析 (2)工作原理分析 vD1=vR+vV vD2=vR-vV 二极管的电流为(小信号检波) 二极管的电流为(小信号检波) i1=b0+b1vD1+b2v2D1 i2=b0+b1vD2+b2v2D2 1、压控振荡频率fV和 压控振荡频率f 参考频率f 参考频率fR的电压进行 相加后加在D 相加后加在D1和D2上 。 2、vD1和vD2产生电流 i1和i2 。其伏安特性可用 二次多项式近似表示 。
+
+ -
vd1 vd2
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vV f R
-
v d( t )
-
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一、正弦波相位检波器
(1)正弦波相位检波器电路 (1)正弦波相位检波器电路 (2)工作原理分析 (2)工作原理分析
Tr
D1 i1
+
压控 频率 fV 当考虑C 当考虑C滤波时输出电压为
vd(t) sin[∆ +(θ =2b2RVRmVVmsin[∆ωt+(θV-θR)] =2b
相位 误差 电压 vd
压控频率f 压控频率fV
Tr
vv(t)=VVmcos(ωVt+θV) (t)=V cos(ω
+
压控 频率 fV 不考虑电容C 不考虑电容C时输出电压为 vd(t)=vd1-vd2=i1R-i2R=(i1-i2)R R=( =2b +4b 其中 i1-i2=2b1vV+4b2vRvV
(1)正弦波相位检波器电路 (1)正弦波相位检波器电路 Kd +π (2)工作原理分析 (2)工作原理分析 -π π/2 O sin(θ )=K sinθ 则vd(t)=Kdsin(θV-θR)=Kdsinθe θV-θR (3)正弦波相位检波器的锁相范 (3)正弦波相位检波器的锁相范 正弦鉴相曲线 围为π。 D1 i1 ≤30° sinθ 当θe≤30°时，有sinθe≈θe。 Tr + + vd(t)≈Kdθe 则 + + vD1 R C vd1 vV v 此时鉴相器输出的电压与θe成 压控 R - + - v d( t ) 频率 线性关系，鉴相效果最好。 线性关系，鉴相效果最好。 + + fV vV fR vD2 R C vd2
(3)正弦波相位检波器的锁相范围为π (3)正弦波相位检波器的锁相范围为 正弦波相位检波器的锁相范围为π
之间， 在- 正弦波相位检波器 一、π/2~+π/2之间，才能进
V
R
(1)正弦波相位检波器电路 (1)正弦波相位检波器电路 (2)工作原理分析 (2)工作原理分析 当考虑C 当考虑C滤波时输出电压为
参考频率fR 参考频率 vR(t) θR(t) vd(t) θe(t) vc(t) vV(t) 压 控 输 出
PD
fV θV(t) vV(t)
LPF
VCO
实际振荡频率fV 实际振荡频率
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引言
锁相环路由三大部分组成，如下图所示： 锁相环路由三大部分组成，如下图所示：
参考频率fR 参考频率 vR(t) θR(t) vd(t) θe(t) vc(t) vV(t) 压 控 输 出
D1 i1
相位 误差 电压 vd
压控频率f 压控频率fV
Tr
vv(t)=VVmcos(ωVt+θV) (t)=V cos(ω
+
压控 频率 fV
+ -
vV v + R
- + -
vD1 R C vD2 R C
D2 i2
+
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vd1 vd2
+
vV f R
-
v d( t )
-
+
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参考频率f 参考频率fR vR(t) θR(t)
鉴 相 器 ( P D )
一、正弦波相位检波器
(1)正弦波相位检波器电路 (1)正弦波相位检波器电路 (2)工作原理分析 (2)工作原理分析
vR(t)=VRmsin(ωRt+θR) )=V sin(ω
参考频率f 参考频率fR vR(t) θR(t)
v d( t ) PD θe(t) vV(t) θV(t)
正弦鉴相曲线
Tr D1 i1
+ + -
vV v + R
差(θV-θR)成正弦函数关系e Kd——称为传输灵敏度
- + -
vD1 R C vD2 R C
D2 i2
+
+ -
vd1 vd2
+
vV f R
-
v d( t )
-
+
(3)正弦波相位检波器的锁相范 (3)正弦波相位检波器的锁相范 围为π。
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PD
fV θV(t) vV(t)
LPF
VCO
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引言
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锁相环路由三大部分组成，如下图所示： 锁相环路由三大部分组成，如下图所示：
参考频率fR 参考频率 vR(t) θR(t) vd(t) θe(t) vc(t) vV(t) 压 控 输 出
PD
fV θV(t) vV(t)
正弦鉴相曲线
Tr D1 i1
+ + -
vV v + R
差(θV-θR)成正弦函数关系e Kd——称为传输灵敏度
- + -
vD1 R C vD2 R C
D2 i2
+
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vd1 vd2
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vV f R
-
v d( t )
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+
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鉴 )必须 两个频率的(θ -θ 相 器 ( P D )
行锁相，因而锁相范围为π。 行锁相，因而锁相范围为π -π
vd(t) Kd
O
π/2
+π θV-θR
vd(t)=2b2RVRmVVmsin[∆ωt+(θV-θR)] =2b sin[∆ +(θ
若∆ω=(ωV-ωR)=0时，即ωV=ωR Kd=2b2RVRmVVm =2b 令 sin(θ )=K sinθ 则vd(t)=Kdsin(θV-θR)=Kdsinθe 上式说明，鉴相器输出的误 上式说明， 差直流电压vd(t)与两频率的相位 压控 频率 fV
vd(t)=2b2RVRmVVmsin[(ωV-ωR)t+θV-θR] =2b sin[(ω =2b2RVRmVVmsin[∆ωt+(θV-θR)] =2b sin[∆ +(θ + + -
参考频率f 参考频率fR vR(t) θR(t)
vV v + R
- + -
vD1 R C vD2 R C
D2 i2
wenku.baidu.com+ -
vV v + R
- + -
vD1 R C vD2 R C
D2 i2
+
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vd1 vd2
+
vV f R
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v d( t )
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一、正弦波相位检波器 变化就能引起较大的误差电压
(1)正弦波相位检波器电路 (1)正弦波相位检波器电路 (2)工作原理分析 (2)工作原理分析 当考虑C 当考虑C滤波时输出电压为
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一、正弦波相位检波器
(1)正弦波相位检波器电路 (1)正弦波相位检波器电路 (2)工作原理分析 (2)工作原理分析
vd(t) -π
O
Kd π/2
+π θV-θR
正弦鉴相曲线
Tr D1 i1
sin(θ )=K sinθ 则vd(t)=Kdsin(θV-θR)=Kdsinθe
+
压控 频率 fV (3)正弦波相位检波器的锁相范 (3)正弦波相位检波器的锁相范 围为π。
+ -
vV v + R
- + -
vD1 R C vD2 R C
D2 i2
+
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vd1 vd2
+
vV f R
-
v d( t )
-
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一、正弦波相位检波器
越大， -θ 器 ( 显然K 越大鉴(θ相 )较小的P D ) ，
Kd—传输灵敏度
d
V
R
变化，因而K 称为传输灵敏度。 变化，因而Kd称为传输灵敏度。 -π
vd(t) Kd
O
π/2
+π θV-θR
vd(t)=2b2RVRmVVmsin[∆ωt+(θV-θR)] =2b sin[∆ +(θ
若∆ω=(ωV-ωR)=0时，即ωV=ωR Kd=2b2RVRmVVm =2b 令 sin(θ )=K sinθ 则vd(t)=Kdsin(θV-θR)=Kdsinθe 上式说明，鉴相器输出的误 上式说明， 差直流电压vd(t)与两频率的相位 压控 频率 fV
LPF
VCO
实际振荡频率fV 实际振荡频率
压控振荡频率为 vv(t)=VVmcos(ωVt+θV) 参考频率信号为 vR(t)=VRmsin(ωRt+θR) 当为θ 常数时， 系统频率被锁定在f 当为 e(t)=常数时，fV=fR，系统频率被锁定在 R上。 常数时 在锁相环路中，鉴相器PD为关键部件。 为关键部件。 在锁相环路中，鉴相器 为关键部件
vR(t)=VRmsin(ωRt+θR) )=V sin(ω
一、正弦波相位检波器 正弦波相位检波器 (1)正弦波相位检波器电路 (1)正弦波相位检波器电路 (2)工作原理分析 (2)工作原理分析
参考频率f 参考频率fR vR(t) θR(t)
v d( t ) PD θe(t) vV(t) θV(t)
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推导输出电压表达式
一、正弦波相位检波器
vR(t)=VRmsin(ωRt+θR) )=V sin(ω
相位 (1)正弦波相位检波器电路 (1)正弦波相位检波器电路 vd(t) 误差 PD (2)工作原理分析 (2)工作原理分析 θe(t) 电压 vD1=vR+vV vd vV(t) θV(t) vD2=vR-vV 压控频率f (t)=V cos(ω 压控频率fV vv(t)=VVmcos(ωVt+θV) 二极管的电流为(小信号检波) 二极管的电流为(小信号检波) D1 i1 i1=b0+b1vD1+b2v2D1 Tr i1和i2两式相减 i2=b0+b1vD2+b2v2D2 + + + + vD1 R C vd1 vV v 二极管电流的表达式为 压控 R - + - 2 v d( t ) 频率 i1=b0+b1(vR+vV) +b2(vR+vV) + + fV 2 i2=b0+b1(vR-vV) +b2(vR-vV) vV fR vD2 R C vd2 + 不考虑电容C 不考虑电容C时输出电压为 vd(t)=vd1-vd2=i1R-i2R=(i1-i2)R R=( D2 i2 其中 i1-i2=2b1vV+4b2vRvV =2b +4b 正弦波相位检波器 本页完 继续
+ -
vV v + R
- + -
vD1 R C vD2 R C
D2 i2
+
+ -
vd1 vd2
+
vV f R
-
v d( t )
-
+
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推导考虑C 推导考虑C时的输出电压
一、正弦波相位检波器
vR(t)=VRmsin(ωRt+θR) )=V sin(ω
相位 (1)正弦波相位检波器电路 (1)正弦波相位检波器电路 vd(t) 误差 PD (2)工作原理分析 (2)工作原理分析 θe(t) 电压 不考虑电容C 不考虑电容C时输出电压为 vd vV(t) θV(t) vd(t)=vd1-vd2=i1R-i2R=(i1-i2)R R=( 压控频率f 压控频率fV (t)=V cos(ω 当考虑电容C 当考虑电容C时，这vv(t)=VVmcos(ωVt+θV) =2b +4b 其中 i1-i2=2b1vV+4b2vRvV 两项高频被滤掉。 两项高频被滤掉。 D1 i1 =2b +4b 所以 vd(t)=2b1RvV+4b2RvRvV Tr 代入正弦函数并展开得 压控 vd(t)=2b1RVVmcos(ωVt+θV) =2b cos(ω 频率 +2b2RVRmVVmsin[(ωV+ωR)t+θV+θR] f +2b sin[(ω V +2b2RVRmVVmsin[(ωV-ωR)t+θV-θR] +2b sin[(ω 当考虑C 当考虑C滤波时输出电压为
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鉴 相 器 ( P D )
一、正弦波相位检波器
(1)正弦波相位检波器电路 (1)正弦波相位检波器电路 (2)工作原理分析 (2)工作原理分析 vD1=vR+vV vD2=vR-vV 二极管的电流为(小信号检波) 二极管的电流为(小信号检波) i1=b0+b1vD1+b2v2D1 i2=b0+b1vD2+b2v2D2 1、压控振荡频率fV和 压控振荡频率f 参考频率f 参考频率fR的电压进行 相加后加在D 相加后加在D1和D2上 。 2、vD1和vD2产生电流 i1和i2 。其伏安特性可用 二次多项式近似表示 。
+
+ -
vd1 vd2
+
vV f R
-
v d( t )
-
+
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鉴 相 器 ( P D )
一、正弦波相位检波器
(1)正弦波相位检波器电路 (1)正弦波相位检波器电路 (2)工作原理分析 (2)工作原理分析
Tr
D1 i1
+
压控 频率 fV 当考虑C 当考虑C滤波时输出电压为
vd(t) sin[∆ +(θ =2b2RVRmVVmsin[∆ωt+(θV-θR)] =2b