通信电路教学反馈控制电路教学PPT自动控制.ppt

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1、6.7 反馈控制电路,一、反馈控制电路的组成和基本原理,组成：由比较器、控制信号发生器、可控器件和反馈网络组成一个闭合环路。,参考信号xr 误差信号xe 输入信号xi 反馈信号xf 控制信号xc 输出信号xo,工作原理：,反馈电路从输出信号中提取反馈信号送到比较器输入端；比较器将反馈信号和参考信号进行对比，产生误差信号；控制信号发生器产生控制信号，对可控器件的某种特性进行控制；直到xo与xr间接近到所需的关系，控制电路进入稳定状态。,工作模式1稳定输出量xo,工作模式2 输出xo跟踪参考xr,根据比较和调节的参量，反馈控制电路分类：,比较和调节的参量是电压或电流,比较和调节的参量是频率,比较和

2、调节的参量是相位,控制参量的不同，工作模式也会不同。,二、自动增益控制电路（AGC）,1、AGC组成与作用,AGC所处位置：一般在接收机前级实现。例如高频放大器的控制、主中放的第一中放或第二中放的控制等。,Vsm,min Vsm,max,VIm,max VIm,min,A2,max A2,min,2、可控增益放大器,方法一：控制放大器的参数，使增益随控制电压的大小而变化；方法二：插入可控衰减器，通过改变衰减器的衰减量来改变增益。,yfegmgmIE/VT,（1）晶体管的正向传输导纳,改变晶体管的发射极平均电流IE即可控制晶体管的传输导纳。,主要优点：工作电流小，利于晶体管安全工作；缺点：工作范

3、围较小,（2）可控增益放大器电路,控制信号较小时：,控制信号增大时：,控制信号越强，增益越大；因此，控制信号应随着输入信号的减小而增加。,三、自动频率控制电路（AFC）,1、组成和基本原理,r：参考信号的频率；o：反馈信号的频率；ve：频率比较器输出的电压信号；其低频分量vc的瞬时幅度正比于输入信号和反馈信号的频率差。,获得差频信号,频率-电压转换,无混频器时r=c,2、基本应用,稳定中频频率,增加频率反馈环路,稳定调频发射机中心频率,当输出调频信号的fc变化时，fr-fc变化，就产生ve，经低通滤波得vc后，控制调频器，使得输出fc稳定。,可获得较大频偏，且中心频率稳定。,四、自动相位控制电

4、路（锁相环路）,锁相环路(PLL)是一个自动相位误差控制(APC)系统。,利用闭合环路构成相位反馈系统，使输出信号和输入信号的瞬时相位保持一种特定关系。,1、组成和工作原理,由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器三个部件构成的一个闭环系统。,鉴相器PD：将vi(t)和vo(t)信号的相位差转变为电压值。,2、PLL各部件功能模型描述,vo(t)=Vomsin ot+o(t),设：,其中,鉴相灵敏度,正弦鉴相特性,鉴相器相位模型,环路滤波器LF 环路滤波器必须是线性低通滤波器作用：1、滤除ve(t)中的高频成分和噪声，取出平均分量控制VCO的频率；2、为锁相环路提供一个短期的记忆，如果系统由于瞬时干扰

5、而失锁，可确保锁相环路迅速重新捕获信号。,频域：,常用环路滤波器有：RC积分滤波器、无源比例积分滤波器和有源比例积分滤波器。,压控振荡器VCO,在vc作用下，跟踪输入频率i,使输出频率o向i靠拢，直至相等。,ko压控灵敏度,固有频率,时域表示为：o(t)=kovc(t)/p,p为算子符号.,相应的瞬时相位为：,则：,3、锁相环路的相位模型及动态方程,锁相环路的相位模型,-锁相环路的微分方程,vo(t)=Vomsin ot+o(t),瞬时频差=固有频差-控制频差,在环路开始工作瞬间，加到VCO上的控制电压为零，瞬时频差=固有频差；随着时间增加，控制频差逐渐加大，瞬时频差逐渐减小；当控制频差增大到

6、与固有频差相等时，瞬时频差为零，VCO的输出频率等于输入频率，环路进入锁定状态，稳态相差为：,上述分析可得：PLL可以实现输出信号的相位对输入信号相位的跟踪。当环路锁定时，输出信号的频率与输入信号的频率相等，无频差；输出信号的相位与输入信号的相位只相差一个固定的相位差。,开始i=i-o大，环路处于失锁，则当i减小到某一数值时，环路就能通过自身调节进入锁定，这种由失锁进入锁定的过程，称为捕捉过程。,能够进入锁定所允许的最大的|i|称为捕捉带p,当ip，环路能进入到锁定状态；,捕 捉,同步跟踪,环路原先是锁定的，因某种原因造成环路偏离锁定，通过自身调节作用重新维持锁定的过程称为跟踪过程。,在同步带

7、H范围内，当环路输入的是一个频率和相位不断变化的信号时，通过环路的跟踪作用，就可以使VCO输出的频率和相位不断地跟随输入信号变化-跟踪特性。,同步带Ho跟踪i的最大变化范围。,输出信号与输入信号的相位差为常数；输出信号与输入信号的频率差为零；可以实现无误差的频率跟踪控制,5、基本特性,良好的窄带跟踪特性锁定输入载波信号的同时，对噪声进行过滤，完成窄带跟踪滤波；几十MHz的载频上可以实现几十Hz的带宽。,锁定特性,窄带滤波特性,按环路部件：模拟PLL 模拟电路或部分模拟电路；数字PLL 全部采用数字电路；按用途：通用型 多功能或部分多功能，主要由鉴 相器和VCO两部分组成；专用型 单一功能，如调

8、频解调锁相环；,模拟:SL565(500kHz),L562(30MHz),NE564(50MHz)数字:CD4046,6、集成锁相环,7、PLL应用,基于窄带滤波特性，可用于弱信号检测，提取淹没在噪声中的信号；可以用于频率合成与频率变换；基于调制跟踪和载波跟踪特性，可以用于调制、解调、锁相接收、载波恢复、位同步提取等；基于相位控制特性，可用于各种各样反馈控制系统。,移动通信要求在150、400、900、1800MHz等频率附近提供上百个频率点,短波通信机，要求能在230MHz频段内提供以100Hz为间隔的28万个频率点。,(1)频率合成电路,用一个（或多个）基准频率，在很短时间内，通过一定的变

9、换处理形成一系列等间隔的离散频率。,主要应用领域:近代通信系统，现代电子测量技术，电子对抗技术等。,频率合成的概念,频率合成器的主要技术指标,频率范围最高输出频率与最低输出频率之 差；频率间隔相邻两个离散频率之差(分辨率)；转换时间从一个频率转换到另一个频率所 需的时间；稳定度和准确度输出频率的相对变化量和 偏差；频谱纯度输出频率接近正弦波的程度。,基本方法和原理,方法：直接频率合成(基准频率进行运算)；间接频率合成（锁相环路合成）；直接数字合成(DDS),简单直接频率合成,间接频率合成(锁相频率合成),锁相频率合成器由基准频率产生器和锁相环路两部分构成。,基准频率产生器：提供一个或几个高稳定

10、度、高准确度的参考频率；锁相环路：利用其良好的窄带跟踪特性，使得频率准确地锁定在参考频率或某次谐波上，具有与参考频率一致的频率稳定度和较高的频谱纯度。,脉冲控制锁相用锁相环的频率跟踪功能,调整fo使之接近于nfr时，环路就锁定在该谐波频率上。,主要方法：脉冲控制锁相、模拟锁相合成、数字锁相合成。,特点：电路简单、输出信号性能较好。,模拟锁相法 基本单元：锁相环路中串联一个混频器和用以提取差频频率的带通滤波器。,降低加到锁相环路的基准频率和减小频率间隔,数字锁相合成法 与模拟锁相法的差别是：用分频器来降低频率而不是用混频器。比模拟频率合成器更方便灵活和便于集成化。,fo=Nfr,锁相频率合成器优

11、点：,利用锁相环同步跟踪特性，可从参考频率源得到大量离散的且与参考源频率稳定度相同的频率。方便灵活和便于集成化,缺点：,频率转换时间比直接频率合成要长。,例：双环频率合成器如图所示。设两个参考频率分别为f r1=1kHz，f r2=100kHz，两个可变分频器的分频比范围分别为N 1=1000011000，N 2=7201100,固定分频比N 3=10。求输出频率fo的频率范围和频率间隔(分辨率)。,解：两个环路都是锁相倍频电路。环路1输出频率为fo1=N1fr1；再经一次固定分频和一次可变分频后得到fo3=N1fr1/(N3N2)；带通滤波器输出频率为fo4=fr2N1fr1/(N3N2)。

12、经环路2进行N2次倍频后得到输出频率为,N2fr2的频率调节范围为72 MHz110MHz，频率间隔0.1MHz。N1fr1/N3的频率调节范围为1MHz1.1MHz，频率间隔100Hz。fo的总频率调节范围是73 MHz111.1MHz，频率间隔100Hz。,结论：环路I起着决定输出频率尾数的作用，环路II决定输出频率的主值。所以双环合成器较好地解决了高分频比与高分辨率间的矛盾。,目前最先进的频率合成技术是直接数字频率合成器(DDS)。基于全数字技术，由参考时钟、相位累加器、只读存储器、数模转换器和滤波器组成。,数字锁相频率合成器和直接数字频率合成器是最为典型、用途最广泛的频率合成器，正朝着

13、系列化、小型化、模块化的方向发展，性能越来越好，使用越来越方便。,(2)锁相调制与解调电路,锁相调频器,条件：环路滤波器带宽很窄,调制频率通不过。,载波跟踪环,锁相鉴频器,调制跟踪环,输出信号v(t)与原调制信号v(t)成线性关系，完成了解调。,锁相接收机,锁相接收机的通频带很窄，且有利于微弱信号的接收。,一般超外差接收机，考虑接收信号的频率漂移和本机振荡器频率的不稳，中频放大器的通频带必须保持一定的宽度，当接收信号的带宽很窄时，该带宽可能超过接收信号的带宽，使得接收机附加噪声增加，不利于微弱信号的接收。,一般的滤波器很难实现通频带很窄的滤波特性。,卫星发射信号微弱、带宽窄、频率漂移严重，适合

14、用锁相接收机。,小结,1、了解反馈控制电路的基本原理、结构和分类2、了解AGC电路主要作用是保持整机输出电平相对稳定，AGC电路的实现方法；3、了解AFC电路主要作用是维持工作频率的相对稳定，AFC电路的基本应用；4、了解APC电路（PLL）的组成、工作原理，熟悉PLL是一个相位反馈、频率跟踪系统，环路锁定后相位差为常数，频率差为零；着重了解频率合成器得应用。,本章小结,本章以基本通信系统为原型，着重介绍了通信系统中的相关功能单元电路：高功放（小信号、大信号、宽带）、振荡电路、（振幅、角度）调制和解调电路、混频电路及辅助电路（反馈控制电路）等。通过通信系统可将各功能单元电路联系起来，从而能更好理解把握各电路功能、性能，具有整体的概念。,调幅广播接收机,练习题,6.39、6.41,预习：7.1、7.2,