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第十二章 反馈控制电路
主要内容• 12.1 概述 [2]
• 12.2 自动增益控制( AGC ) [1]
• 12.3 自动频率控制( AFC ) [2]
• 12.4 锁相环路的基本组成及数学模型[2]
• 12.5 锁相环路的基本分析 [3]
• 12.6 锁相环路的应用 [1]
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第十二章 反馈控制电路
重点和难点12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 各种控制电路的作用、组成框图、实际应用、实际电路
• 掌握 AGC 电路中对放大器增益的控制方法。 PLL(APC) 的组成框图及各种应用
• AGC 、 APC 中控制信号的变化方向与被控电路的相互关系
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第十二章 反馈控制电路
12.1 概述12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 闭环 ( 自动 ) 控制系统:反馈控制– 将受控物理量自动调整到预定值
• 开环 ( 自动 ) 控制系统:前向控制– 程控 ( 数控 ) ,智能化控制等– 如开、关机,自动录放,程序工作等
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第十二章 反馈控制电路
一、 常用的反馈控制方式 12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 自动增益控制 AGC (AVC)– 反馈控制量为增益 ( 或电平 ), 以控制放大
器系统中某级 ( 或几级 ) 的增益大小• 自动频率控制 AFC
– 反馈控制量为频率 , 以稳定频率• 自动相位控制 APC (PLL)
– 反馈控制量为相位– PLL 可实现调频、鉴频、混频、解调、频率
合成等
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第十二章 反馈控制电路
二、自动控制系统的模式 ( 图 12-1 p361)
12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
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第十二章 反馈控制电路
三、分析方法12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 反馈控制电路均含有非线性电路,如:– AGC: 检波电路– AFC: 鉴频、混频电路– APC(PLL): 鉴相器、混频器
• 故采用非线性电路分析方法,在一定条件下可近似为线性
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第十二章 反馈控制电路
12.2 自动增益控制( AGC )12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 一、 AGC 目的与要求– 目的
• 接收信号几 μV~ 几 mV 变化 , 即信号强弱比为103~104
– 变化原因• 距离不同、电台发射功率不同• 移动电台、短波信号衰落,强弱变化相对缓慢
– 信号强弱变化大,若放大器增益固定,则造成• 使后级放大器偏离线性区 , 信号失真,如电视信号的
同步头被压缩或消去 , 使同步失控,严重时 , 产生大信号阻塞 ( 进入截止、饱和区 )
• 增加混频组合频率干扰和非线性失真
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第十二章 反馈控制电路
12.2 自动增益控制( AGC )12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 一、 AGC 目的与要求– 对 AGC 电路的具体要求
• 增益控制范围大,如电视 AGC : 20~60dB
• 保持系统良好的信噪比特性• 控制灵敏度高,如电视 AGC : -3dB 以内• 控制增益变化时,幅频、群时延特性不变 , 以
减小信号失真• 控制特性受温度影响小
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第十二章 反馈控制电路二、带有 AGC 电路的调幅接收机系统框图
12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 图 12-2 p362
• 注意– 延迟式 AGC 控制 ( 先中放,后高放 )
– 对于 FM 接收机• 鉴频前的限幅,要求中放增益高,以提供足够的驱动电压,
故 AGC 一般只控制高放• 鉴频器的输出信号幅度仅与已调信号的频偏有关,而与输
入信号幅度无关,故 AGC 电压一般取自中放的一部分信号
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第十二章 反馈控制电路
三、控制放大器增益的方法12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 放大管电流控制法 ( 图 12-3 p363)
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第十二章 反馈控制电路
三、控制放大器增益的方法12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 反向 AGC ( OP 段)增益 G 随 Ic 正比变化,即 Ic ↓ -> G↓ , Ic ↑ -> G↑
• 优点 – Ic 小,节省功率
• 缺点– 信号过小时, Ic 下降过快,放大器进入非线性区
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第十二章 反馈控制电路
三、控制放大器增益的方法12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
左图为反向 AGC 控制, VAGC为负电压• 输出↑→ VAGC负向↑→ ib(ic)↓→G↓ ,输出↓→ VAGC负向↓→ ib(ic) ↑→G↑
右图为正向 AGC 控制, VAGC为正电压• 输出↑→ VAGC正向↑→ ib(ic)↑→G↓ ,输出↓→ VAGC正向↓→ ib(ic) ↓→G↑
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第十二章 反馈控制电路
三、控制放大器增益的方法12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 放大管集电极电压控制法
– R 较大时 , ic↑ 时 Vcc经 R 后 Vcc' 下降较快 ,
– VAGC 正向↑ → ib(Vbe↑) → ic ↑ → VR↑ → Vcc' ↓ → G ↓
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第十二章 反馈控制电路
三、控制放大器增益的方法12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 放大管负载控制法– 通过 VAGC 控制负载变化来改变增益 ( 图 12-6 p365)
– VAGC 正向↑→ VD 的正向内阻↓→ G↓
– VAGC 正向↓→ VD 的正向内阻↑→ G↑
– VAGC 负向时, VD 的反向内阻很大,对 G 影响很小
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第十二章 反馈控制电路
三、控制放大器增益的方法12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 差动电路增益控制法– 图 12-7 p365
– 采用分流方式 控制增益– 控制范围 80dB
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第十二章 反馈控制电路
三、控制放大器增益的方法12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 双栅场MOS效应管增益控制– 图 12-8 p365
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第十二章 反馈控制电路
四、 AGC 电路举例12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 广播接收机中的 AGC 电路 ( 图 12-9 p366)
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第十二章 反馈控制电路
四、 AGC 电路举例12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 广播接收机中的 AGC 电路 ( 图 12-9 p366)
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第十二章 反馈控制电路
四、 AGC 电路举例12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• AGC 方式高线性调幅 ( 图 12-10 p367)
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第十二章 反馈控制电路
四、 AGC 电路举例12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• AGC 方式高线性功放 ( 图 12-11 p367)
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第十二章 反馈控制电路
12.3 自动频率控制( AFC )12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 使振荡器频率自动锁定到预定的频率上
• 一、 AFC 原理框图 ( 图 12-12 p368)
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第十二章 反馈控制电路
12.3 自动频率控制( AFC )12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 鉴频器 ( 比较器 )– f0(VCO 输出 ) , fs(标准频率 )
– f0 = fs :比较器无输出– f0 ≠ fs :有正比于 f0 - fs 的输出 ,经LPF 输出 vc 去控制
VCO,当 | f0 - fs | 减少到△ f 时 , 自动微调过程停止 , 输出频率稳定在 fs ±△f
• LPF– 按系统要求 , 从鉴频器输出的误差信号中滤出控制信号 vc
• 受控元件(可变电抗元件)• 受控振荡器 VCO
• 闭环系统满足负反馈 ( 图 12-13 p368)
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第十二章 反馈控制电路
12.3 自动频率控制( AFC )12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 闭环系统满足负反馈 ( 图 12-13 p368)
• 右图:振荡器控制特性曲线– A: 理想,无频差 B: 实际,有固有频差△ f
– C: △ f p 捕捉带宽 D: △fH同步带宽 (临界情况 )
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第十二章 反馈控制电路
二、 AFC 系统应用框图举例12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 调幅接收机 AFC 系统 ( 图 12-14 p369)
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第十二章 反馈控制电路
二、 AFC 系统应用框图举例12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 彩电接收机 AFC 系统 ( 图 12-15 p369)
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第十二章 反馈控制电路
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• APC 的主要发展和应用: PLL技术• 一、 锁相环路的基本组成 ( 图 12-16 p370)
– AFC: 频率有差系统。稳定点 M处,存在固有频差 (其大小由系统性能决定 )
– PLL: 频率无差系统。稳定点 M处,存在固有相差 (其大小由系统性能决定 )
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第十二章 反馈控制电路
二、鉴相器数学模型 ( 图 12-17 p371)
12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 由正交乘积型鉴相器 P322 (10-28)
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第十二章 反馈控制电路
三、环路滤波器12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 一般为 LPF :抑制各种组合频率、干扰、噪声。 (表 12-1 p371) 均为 LPF
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第十二章 反馈控制电路
三、环路滤波器12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 传输函数通式
• 环路滤波器的数学模型 ( 图 12-18 p372)
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第十二章 反馈控制电路
四、压控振荡器 ( 受控调频振荡器) 12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
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第十二章 反馈控制电路
五、 锁相环路的数学模型 ( 图 12-20 p373)
12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
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第十二章 反馈控制电路
12.5 锁相环路的基本分析12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 一、 线性化后的环路模型– 图 12-21 p375
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第十二章 反馈控制电路
一、 线性化后的环路模型12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
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第十二章 反馈控制电路
一、 线性化后的环路模型12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
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第十二章 反馈控制电路
二、一阶、二阶锁相环 [F(s) 不同 ]
12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 一阶锁相环 ( 无实用价值,分析用 )– 无环路滤波器, F(s)=1 ,则传输函数为 s 的一阶函
数
• 二阶锁相环 ( 实用 )– F(s) 为比例滤波器等,则传输函数为 s 的二阶函数,
故性能 优于一阶锁相环– 但三阶以上,环路稳定性下降
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第十二章 反馈控制电路
12.6 锁相环路的应用12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 锁相环路的主要特点– 良好的跟踪特性– 环路锁定后无频差
• 即输出信号与参考信号频率相同• 且稳态相差为常数 ( 较小或零 )
– 良好的窄带滤波特性• 设计良好的二阶、三阶环,环路通带很窄• f0 为几十 MHz 时, B 可达几十 Hz~ 几 Hz
–易于集成化
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第十二章 反馈控制电路
一、频率合成器12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• PLL 应用,载波跟踪型环路• 数字式锁相频率合成器 ( 图 12-22
p378)
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第十二章 反馈控制电路
一、频率合成器12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• MC145146构成的频率合成器 ( 图 12-23 p379)
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第十二章 反馈控制电路
一、频率合成器12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 带前置固定分频的锁相频率合成器 ( 图 12-24 p380)
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第十二章 反馈控制电路
一、频率合成器12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 带混频的锁相频率合成器 ( 图 12-25 p380)
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第十二章 反馈控制电路
二、锁相环路跟踪特性的应用12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 载波跟踪型环路–窄带跟踪,用于载波提取
• 环路滤波器的通带很窄,输入已调信号的调制成分不能通过
• VCO 的输出能跟踪输入已调信号中载频的飘移,以获得较好的相干解调效果
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第十二章 反馈控制电路
二、锁相环路跟踪特性的应用12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 载波跟踪型环路–例 1 :锁相鉴相– 调相信号相干解调 ( 图 12-31 p384)
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第十二章 反馈控制电路
二、锁相环路跟踪特性的应用12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 载波跟踪型环路–例 2 :调幅信号的同步检波 ( 图 12-32
p384)
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第十二章 反馈控制电路
二、锁相环路跟踪特性的应用12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 载波跟踪型环路–例 3 :锁相调频 ( 图 12-29 p383)
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二、锁相环路跟踪特性的应用12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 载波跟踪型环路–例 4 :锁相接收机 ( 图 13-15 p404)
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第十二章 反馈控制电路
二、锁相环路跟踪特性的应用12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 调制跟踪型环路–宽带跟踪,用于鉴频等
• 环路滤波器的通带较宽 (fH >vΩ引起的频率变化部分 ) ,已调信号的调制成分可以通过
• VCO 的输出能跟踪输入已调信号中的瞬时 频率变化
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第十二章 反馈控制电路
二、锁相环路跟踪特性的应用12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 调制跟踪型环路–例 1 :锁相鉴频 ( 图 12-30 p383)
• 要求环路滤波器的带宽 >vΩ引起的频率变化部分 , 使 VCO 能跟踪调频信号中反映调制规律变化的 瞬时频率,则环路滤波器输出调制信号电压
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第十二章 反馈控制电路
二、锁相环路跟踪特性的应用12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 调制跟踪型环路– 例 2 :锁相混频 ( 图 12-28 p383)
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第十二章 反馈控制电路
三、锁相环路在工业生产上的应用12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 图 12-33 p385
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第十二章 反馈控制电路
四、直接式数字频率合成器12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• DDS 工作原理(相位相加)–储器中信号样点示意图 ( 图 12-26 p381)
• 或为方波、三角波等波形
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第十二章 反馈控制电路
四、直接式数字频率合成器12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 设抽样频率为 16MHz– 取 32 个样值,间隔为 Δφ
– 取 16 个样值,间隔为 2Δφ
– 取 8 个样值,间隔为 4Δφ
改变抽样频率可改变输出频率
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第十二章 反馈控制电路
四、直接式数字频率合成器12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 直接式数字频率合成器组成例 AD9850 ( 图 12-27 p382)
– fc =125MHz 、 N=32 时, fr =0.0291Hz (输出频点分辨率)
– DDS 的缺点:噪声较大,输出信号较小时,信噪比较低
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第十二章 反馈控制电路
小结12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 12.1 概述 [2]
– 常用的反馈控制方式 AGC 、 AFC 、 APC
• 12.2 自动增益控制( AGC ) [1]
– 控制放大器增益的方法• 放大管电流控制法、放大管负载控制法等• 正、反向 AGC 电路
• 12.3 自动频率控制( AFC ) [2]
– 系统框图和原理
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第十二章 反馈控制电路
小结12.1 概述12.2 自动增
益控制( AGC)
12.3 自动频率控制( AFC)
12.4 锁相环路的基本组成及数学模型
12.5 锁相环路的基本分析
12.6 锁相环路的应用
• 12.4 锁相环路的基本组成及数学模型[2]
– 系统框图和环路方程基本原理• 12.5 锁相环路的基本分析 [3]
– 一阶和二阶环的基本概念• 12.6 锁相环路的应用 [1]
– 频率合成器(载波跟踪型环路)–其它载波跟踪型环路和调制跟踪型环路应
用