北京邮电大学 通信电子线路 第5章_反馈控制电路_唐恬

通信电子电路——反馈控制电路北京邮电大学——信息与通信工程学院唐恬[e-mail]2009-2010学年第2学期2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路2本次教学内容第5章反馈控制电路其中5.3.3集成锁相环——不讲2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路3本次教学重点5.1、5.2节——了解框图和基本概念5.3节——本章的重点和难点5.4节——了解框图和基本概念2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路45反馈控制电路——概述反馈控制电路的实质就是将电路的输出反馈到输入或参考端，再对电路进行控制，从而稳定电路的输出根据比较和调节的参量不同：自动增益控制电路：AGC自动频率控制电路：AFC自动相位控制电路：APC，又称PLL——锁相环2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路55.1自动增益控制电路——基本工作原理低通滤波器的作用：避免反调制假定稳定状态时vr=4V、vi=1V、ve=0V，A2=4-0.25ve，A1=1，某一时刻vi=1V突变为2V。vo(t)波形如何变化？(忽略反馈、控制时延)其中可以看到静态误差的存在05101520253066.577.582009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路65.1自动增益控制电路——应用(1)以上页参数为例，假定ve=0时A2不变，将出现什么现象？电路可视为起控门限vr的延迟AGC电路延迟AGC在实际电路中的作用是？2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路75.1自动增益控制电路——应用(2)以上两级AGC都是延迟AGC电路如图所示，这样设计两级延迟AGC的意义何在？2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路85.2自动频率控制电路该电路是否适用于接收FM信号？锁定后的AFC电路存在剩余频差2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路95.3.1锁相环的基本工作原理锁相环的三个基本组成部分加到鉴相器相差是：当时，若为常数，0()()()ioetttdt()0t0()et()et()0t锁相环锁定时：存在剩余相差，不存在剩余频差，io2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路105.3.2锁相环路的性能分析——锁相环路的基本部件：鉴相器(PD)假定ωr为控制电压vc(t)=0时VCO的固有振荡频率。ωi、ωo和ωr可表示为：()()ioirordtdtdtdt在后续推导中定义鉴相器鉴相特性为：式中为瞬时相差()sin()ddevtAt()()()eiottt()etPD电路模型：2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路115.3.2锁相环路的性能分析——锁相环路的基本部件：压控振荡器(VCO)在VCO线性范围内：0()orcAvt上式可改写为：000()()()()tococdtAvttAvddt，也即引入微分算子p后有：0()()ocAtvtpVCO电路模型：2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路125.3.2锁相环路的性能分析——锁相环路的基本部件：低通滤波器(LPF)低通滤波器的传输函数是：1(),1FAsRCs其中若以p替换AF(s)中的s：()()()cFdvtApvtLPF电路模型：2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路135.3.2锁相环路的性能分析——锁相环的数学模型由各部分电路模型可写出环路基本方程：0()()sin()()edFeiptAAAptpt瞬时角频差：控制角频差：输入固有角频差：()eiot()oort()iirt注意：环路基本方程的阶数由LPF决定，1阶LPF意味着2阶环路。若例题给出环路为1阶意味着？2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路145.3.2锁相环路的性能分析——锁相环路的工作过程：环路的锁定状态(1)环路锁定的实质(假定输入为固定的单频信号)：瞬时角频差+控制角频差=输入固有角频差()eiot()oort()iirt下降至0增大至输入固有角频差io锁定时的剩余相差以表示。的存在意味着？ee2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路155.3.2锁相环路的性能分析——锁相环路的工作过程：环路的锁定状态(2)的表达式可由环路方程得到：0()()sin()()edFeiptAAAptpte000arcsin,(0)iedFAAAAA能维持环路锁定的最大输入固有角频差的2倍称为锁相环路的同步带或跟踪带：怎么增大锁相环的同步带(跟踪带)？靠增大来扩大同步带的前提是什么？02,HHA0A2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路165.3.2锁相环路的性能分析——锁相环路的工作过程：环路的捕捉过程(1)捕捉是指环路由失锁到锁定的过程，捕捉开始时，瞬时角频差等于输入固有角频差此时鉴相器输出电压是：iir()sinddivtAt若LPF通频带，环路始终失锁若在LPF通频带内，环路很快锁定若介于以上两者之间，则要分2种情况快捕带：若？iii02,()kkdFkAAAik2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路175.3.2锁相环路的性能分析——锁相环路的工作过程：环路的捕捉过程(2)在快捕带外，通过频率牵引过程还可能较慢进入锁定状态能通过频率牵引进入锁定的最大输入固有角频差的两倍范围内称为捕捉带：2p通常情况下：同步带捕捉带快捕带注意以上关系的前提2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路185.3.2锁相环路的性能分析——锁相环路的工作过程：环路的跟踪过程环路跟踪过程的描述…工程上有时将跟踪与锁定都称为锁定状态矛盾1：提高环路直流总增益带来的减小与锁定时间变长的矛盾可通过改用理想积分滤波器解决矛盾2：选择较窄的环路滤波器带来的有效抑制输入端噪声和不利于抑制VCO高频噪声的矛盾e2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路19锁相环路的小结(不包括其应用)锁相环路的组成一阶、二阶？剩余相差锁相环路的基本方程：0()()sin()()edFeiptAAAptpt瞬时角频差+控制角频差=输入固有角频差锁相环路的工作过程：锁定：，稳定相差，同步带捕捉：其本质是能否产生出足够的。快捕带，捕捉带与同步、快捕带的关系()()()eoittt()0ete02,HHA2,kio0()kdFkAAA2p2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路205.3.4锁相环路的应用锁相环路的重要特性锁定状态无剩余频差良好的跟踪特性良好的窄带滤波特性良好的门限特性2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路215.3.4锁相环路的应用——锁相环路的调频与鉴频锁相环调频变容二极管直接调频和晶体变容二极管直接调频电路各有什么缺点？锁相环调频时，LPF的重要性锁相环鉴频为保证不失真解调：VCO的可控振荡频率范围必须大于？环路滤波器上限截止频率必须？2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路225.3.4锁相环路的应用——同步检波电路、窄带跟踪滤波器锁相环同步检波电路窄带跟踪滤波器2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路235.3.4锁相环路的应用——频率变换电路(1)倍频器分频器2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路245.3.4锁相环路的应用——频率变换电路(2)混频器混频器输出取下边频注意区分，两种情况oLoL当时，普通混频器会带来什么问题？PLL则不存在该问题Li2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路255.4频率合成器频率合成器：利用一个或多个标准源，能产生大量和标准源具有相同频率稳定度和准确度的众多频率。混频、倍频、分频电路以及这些电路的组合都属于频率合成器范畴频率范围：通常指fomax和fomin之间的范围，也可用覆盖系数k=fomax/fomin表示频率间隔频率转换时间2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路265.4频率合成器——简单锁相频率合成器fo与fr的关系是什么？给定fomax、fomin和频率间隔后如何确定M及N？请自行学习5.4.2、5.4.3节内容2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路275.4频率合成器——直接数字频率合成器(DDS)依据对DDS的简单介绍总结出DDS的优、缺点2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路28例题(1)如图所示1阶环路，鉴相器鉴相特性为VCO压控特性为求：和时的和的值3sinV,dev33(29910210)rad/s,odv5121.0110rad/si5221.0310rad/si1e2e(1)(2)0arcsinieA31322102arcsinarcsin32103e33241044arcsinarcsin,1,321033无解2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路29例题(2)影响锁相环捕捉带大小的因素有____A.鉴相器的鉴相灵敏度B.环路总增益C.VCO振荡频率的变化范围D.LPF的上限截止频率一阶环路的捕捉带_____同步带(大于，等于，小于)某锁相鉴频电路，已知输入调频信号表达式为，fc的变化范围是(88~108)MHz，则锁相环中VCO振荡频率变化范围应是___________________，LPF的上限截止频率应是__________3()cos(210sin2010)cvtftt等于ABCD大于(87.9~108.1)MHz大于100kHz2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路30作业5.3.25.3.35.3.4自己做，不用提交5.3.3讲解2009-2010学年第2学期通信电子电路——反馈控制电路31谢谢！