第8章反馈控制电路.ppt

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1、第8章 反馈控制电路第第8章反馈控制电路章反馈控制电路8.1 自动增益控制电路自动增益控制电路 8.2 自动频率控制电路自动频率控制电路 8.3 锁相环的基本原理锁相环的基本原理8.4 频率合成器频率合成器思考题与习题思考题与习题 第8章 反馈控制电路反馈控制是指在系统受到扰动的情况下，通过反馈控制作反馈控制是指在系统受到扰动的情况下，通过反馈控制作用，可使系统的某个参数达到所需的精度用，可使系统的某个参数达到所需的精度。通信系统中大量使通信系统中大量使用反馈控制电路，其本质是负反馈环路。用反馈控制电路，其本质是负反馈环路。1)自动增益控制自动增益控制(Automatic Gain Contr

2、ol简称简称AGC)，它主要，它主要用于接收机中，以维持整机输出恒定，几乎不随外来信号的强用于接收机中，以维持整机输出恒定，几乎不随外来信号的强弱变化。弱变化。2)自动频率控制自动频率控制(Automatic Frequency Control，简称，简称AFC)，它用来维持电子设备中工作频率的稳定。，它用来维持电子设备中工作频率的稳定。3)自动相位控制自动相位控制(Automatic Phase Control，简称，简称APC)，又称为锁相环路又称为锁相环路(Phase Locked Loop，简称，简称PLL)，它用于锁定，它用于锁定相位，能够实现许多功能，是应用最广的一种反馈控制电路。

3、相位，能够实现许多功能，是应用最广的一种反馈控制电路。第8章 反馈控制电路反馈控制系统的组成反馈控制系统的组成2.反馈控制系统方框图：反馈控制系统方框图：AGC，AFC，APC都为负反馈控制环路，差别在于受控都为负反馈控制环路，差别在于受控对象，比较对象不同，可以用同一方框图表示：对象，比较对象不同，可以用同一方框图表示：第8章 反馈控制电路8.1 自动增益控制电路（自动增益控制电路（AGC）在通信、导航、遥测遥控等无线电系统中，由于受发射功在通信、导航、遥测遥控等无线电系统中，由于受发射功率大小、收发距离远近、电波传播衰落等各种因素的影响，接率大小、收发距离远近、电波传播衰落等各种因素的影响

4、，接收机所接收的信号强弱变化范围很大，因此需要自动增益控制，收机所接收的信号强弱变化范围很大，因此需要自动增益控制，使接收机的增益随输入信号强弱而自动变化，保持接收机输出使接收机的增益随输入信号强弱而自动变化，保持接收机输出电压恒定或基本不变。电压恒定或基本不变。第8章 反馈控制电路一一 工作原理工作原理自动增益控制电路的作用是，当输入信号很弱时，自动增益控制电路的作用是，当输入信号很弱时，接收接收机的增益大，自动增益控制电路不起作用机的增益大，自动增益控制电路不起作用;而当输入信号很强而当输入信号很强时，自动增益控制电路进行控制，使接收机的增益减小。这时，自动增益控制电路进行控制，使接收机的

5、增益减小。这样，当接收信号强度变化时，接收机的输出端的电压或功率样，当接收信号强度变化时，接收机的输出端的电压或功率基本不变或保持恒定基本不变或保持恒定第8章 反馈控制电路在在AGC电路中，比较参量是信号电平，所以采用电压比电路中，比较参量是信号电平，所以采用电压比较器。反馈网络由电平检测器、低通滤波器和直流放大器组成，较器。反馈网络由电平检测器、低通滤波器和直流放大器组成，由电平检测器检测出输出信号振幅电平由电平检测器检测出输出信号振幅电平(平均电平或峰值电平平均电平或峰值电平)，经经LPF，直流放大器加入比较器与参考电平，直流放大器加入比较器与参考电平Ur比较，产生一个比较，产生一个误差信

6、号误差信号ue。误差信号。误差信号ue通过控制电路对可控增益放大器的增通过控制电路对可控增益放大器的增益进行控制。当输入信号变化时，通过控制系统，会使输出信益进行控制。当输入信号变化时，通过控制系统，会使输出信号振幅号振幅Uo保持基本不变或仅在较小范围内变化。保持基本不变或仅在较小范围内变化。第8章 反馈控制电路具有具有AGC电路的接收机组成框图电路的接收机组成框图第8章 反馈控制电路二二 自动增益控制电路的分类自动增益控制电路的分类1 简单简单AGC电路电路参考电平参考电平Ur0，不需要电压比较器，电路简单，不需要电压比较器，电路简单;主要缺点主要缺点是，一有外来信号，是，一有外来信号，AG

7、C立即起作用，接收机的增益就受控立即起作用，接收机的增益就受控制而减小，输出较小。这对提高接收机的灵敏度是不利的，尤制而减小，输出较小。这对提高接收机的灵敏度是不利的，尤其在外来信号很微弱时。所以简单其在外来信号很微弱时。所以简单AGC电路适用于输入信号电路适用于输入信号振幅较大的场合。振幅较大的场合。第8章 反馈控制电路2 延迟延迟AGC电路电路在延迟在延迟AGC电路里有一个起控门限，即比较器参考电压电路里有一个起控门限，即比较器参考电压Ur，它对应的输入信号振幅，它对应的输入信号振幅Uimin延迟延迟AGC特性曲线特性曲线“延迟延迟”二字不是指时间上的延迟二字不是指时间上的延迟第8章 反馈

8、控制电路延迟延迟AGC电路电路第8章 反馈控制电路3 前置前置AGC、后置、后置AGC与基带与基带AGC前置前置AGC：AGC处于解调以前，由高频处于解调以前，由高频(或中频或中频)信号中信号中提取检测信号，通过检波和直流放大，控制高频提取检测信号，通过检波和直流放大，控制高频(或中频或中频)放大放大器的增益。器的增益。后置后置AGC：AGC处于解调以后，是从解调后提取检测信处于解调以后，是从解调后提取检测信号来控制高频号来控制高频(或中频或中频)放大器的增益。放大器的增益。基带基带AGC:整个整个AGC电路均在解调后的基带进行处理。基电路均在解调后的基带进行处理。基带带AGC可以用数字处理的

9、方法完成。可以用数字处理的方法完成。第8章 反馈控制电路3AGC的性能指标的性能指标1.KV（可控放大器的增益）：（可控放大器的增益）：2 动态范围动态范围从对从对AGC电路的实际要求考虑，一方面希望输出信号电路的实际要求考虑，一方面希望输出信号振幅的变化越小越好，即要求输出电压振幅的误差越小越好振幅的变化越小越好，即要求输出电压振幅的误差越小越好;另一方面也希望允许输入信号振幅的变化范围越大越好。因另一方面也希望允许输入信号振幅的变化范围越大越好。因此，此，AGC的动态范围是在给定输出信号振幅变化范围内，的动态范围是在给定输出信号振幅变化范围内，允许输入信号振幅的变化范围。允许输入信号振幅的

10、变化范围。()ovCiUK uU第8章 反馈控制电路输出动态范围：输出动态范围：输入动态范围：输入动态范围：则有则有ominomaxoUUm iminimaxiUUm vvminvmaximaxomaximinominominomaximinimaxoi/KKUUUUUUUUmmKvmax是输入信号最小时的增益，是最大增益，是输入信号最小时的增益，是最大增益，Kvmin是输入信号最是输入信号最大时的增益，是它的最小增益。大时的增益，是它的最小增益。nv称为增益动态范围，通常用分贝数表示。称为增益动态范围，通常用分贝数表示。Nv越大，说明电路的越大，说明电路的输入动态范围越大，而输出动态范围越小

11、，则输入动态范围越大，而输出动态范围越小，则AGC性能越佳。性能越佳。第8章 反馈控制电路3 响应时间响应时间AGC电路是通过对可控增益放大器增益的控制来实现对输电路是通过对可控增益放大器增益的控制来实现对输出信号振幅变化的限制，而增益变化又取决于输入信号振幅的出信号振幅变化的限制，而增益变化又取决于输入信号振幅的变化，所以要求变化，所以要求AGC电路的反应既要能跟得上输入信号振幅的电路的反应既要能跟得上输入信号振幅的变化速度，又不会出现反调制现象，这就是响应时间特性。变化速度，又不会出现反调制现象，这就是响应时间特性。所谓的反调制是指当输入调幅信号时，调幅波的有用幅值所谓的反调制是指当输入调

12、幅信号时，调幅波的有用幅值变化被变化被AGC电路的控制作用所抵消。电路的控制作用所抵消。响应时间的长短取决于低通滤波器的带宽响应时间的长短取决于低通滤波器的带宽,带宽越宽，则带宽越宽，则响应时间越短，但容易出现反调制现象。响应时间越短，但容易出现反调制现象。第8章 反馈控制电路8.2 自动频率控制电路自动频率控制电路(AFC)在通信系统中经常要用到频率源，频率源性能的好坏在通信系统中经常要用到频率源，频率源性能的好坏直接影响到系统的性能。除了第四章介绍的稳频措施外，还直接影响到系统的性能。除了第四章介绍的稳频措施外，还可以采用频率自动控制来稳频。可以采用频率自动控制来稳频。一一 工作原理工作原

13、理自动频率控制自动频率控制(AFC)电路由频率比较器、低通滤波器和可电路由频率比较器、低通滤波器和可控频率器件三部分组成。控频率器件三部分组成。第8章 反馈控制电路AFC电路输出的角频率电路输出的角频率y与参考角频率与参考角频率r在频率比较器在频率比较器中进行比较（一般是鉴频器）。中进行比较（一般是鉴频器）。1.环路锁定时，输出频率环路锁定时，输出频率y不再变化。不再变化。2.环路未锁定时，频率比较器输出误差电压环路未锁定时，频率比较器输出误差电压ue，它正比，它正比于于yr，将，将ue送入低通滤波器后取出缓变控制信号送入低通滤波器后取出缓变控制信号uc，在，在uc控制下可控频率器件控制下可控

14、频率器件(VCO)输出振荡角频率为输出振荡角频率为y=y0+Kcuc其中其中y0是控制信号是控制信号uc=0时的振荡角频率，称为时的振荡角频率，称为VCO的固有振的固有振荡角频率，荡角频率，Kc是压控灵敏度。是压控灵敏度。注意：环路锁定时，注意：环路锁定时，y固定不变，但是不等于固定不变，但是不等于r，还有，还有剩余频差剩余频差|yr|，否则无控制信息。，否则无控制信息。第8章 反馈控制电路二二 AFC电路特性分析电路特性分析1.VCO的压控特性的压控特性 0yyCcK u0,yrcCuK时，应该减小振荡频率因为此时所以为负值第8章 反馈控制电路2.鉴频特性鉴频特性dK斜率为第8章 反馈控制电

15、路3.无偏差的无偏差的AFC特性特性假设低通滤波器的传假设低通滤波器的传输系数为输系数为1，即误差电，即误差电压等于控制电压压等于控制电压0yr时第8章 反馈控制电路4.有偏差的有偏差的AFC特性特性0yr时1=11dcdcdcK KK KKK稳定频差：频率调整系数：和符号相反在频差一定时，我们希望稳在频差一定时，我们希望稳定频差尽可能的小，所以希定频差尽可能的小，所以希望频率调整系数尽可能的大，望频率调整系数尽可能的大，所以希望所以希望Kd和和Kc的绝对值尽的绝对值尽可能可能 大大第8章 反馈控制电路三三.主要应用主要应用例：电视机接收机中的例：电视机接收机中的AFC电路电路当混频器输出差频

16、不等于当混频器输出差频不等于fI时，鉴频器即有误差电时，鉴频器即有误差电压输出，通过低通滤波器来控制本振，从而使压输出，通过低通滤波器来控制本振，从而使f0改变，直到改变，直到减小到等于剩余频差为止。减小到等于剩余频差为止。s0IfffIIff 第8章 反馈控制电路作业作业：838485第8章 反馈控制电路8.3 锁相环的基本原理锁相环的基本原理一一 概念及方框图概念及方框图1。锁相：锁相环也是一种以消除频率误差为目的的。锁相：锁相环也是一种以消除频率误差为目的的反馈控制电路。它是利用相位误差去消除频率误差，当电路反馈控制电路。它是利用相位误差去消除频率误差，当电路达到平衡状态后，虽有剩余相差的存在，但是频率误差可以达到平衡状态后，虽有剩余相差的存在，但是频率误差可以降低到降低到0，从而实现无频差的频率跟踪和相位跟踪。，从而实现无频差的频率跟踪和相位跟踪。第8章 反馈控制电路1.比相器对参考信号和输出信号比相，将结果转化为误差比相器对参考信号和输出信号比相，将结果转化为误差电压电压，比相器常称为相位检波器。，比相器常称为相位检波器。2。LF：滤除不必要的频率成份（高频，噪声）：滤除不必