PLL基本原理 设计及应用

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1、第1页2006年电子技术竞赛讲座锁相环(()PLL)基本原理、设计与应用刘颖第2页第一节反馈控制电路简介第二节自动增益控制电路（AGC）第三节自动频率控制（AFC）电路第四节锁相环路(PLL)基本原理一、PLL概述二、基本锁相环的构成三、锁相环的基本原理四、锁相环各组成部分分析五、环路的锁定、捕获和跟踪，同步带和捕捉带第六节锁相环路的应用一、集成锁相环芯片二、方波发生器三、PLL在调制解调技术中的应用四、PLL在空间技术上的应用五、PLL在稳频技术中的应用六、PLL在频率合成器中的应用第3页第一节锁相环路(PLL)及其反馈控制电路简介在无线电技术中，为了改善电子设备的性能，广泛采用各种的反

2、馈控制电路。常用的有自动相位控制（APC）电路，也称为锁相环路（PLL-PhaseLockedLoop），自动增益控（AGC）电路以及自动频率控制（AFC）电路。它们所起的作用不同，电路构成也不同，但它们同属于反馈控制系统，其基本工作原理和分析方法是类似的。第4页第二节自动增益控制电路（AGC）自动增益控制电路是某些电子设备特别是接收设备的重要辅助电路之一，其主要作用是使设备的输出电平保持一定的数值。所以也叫自动电平控制（ALC）电路。自动增益控制电路是一种反馈控制电路，当输入信号电平变化时，用改变增益的方法，维持输出信号电平基本不变的一种反馈控制系统。第5页AGC电路接收方框图如图2-1

3、所示。图2-1AGC电路的接收方框图第6页工作原理:它的工作过程是输入信号经放大、变频、再放大后，到中频输出信号，然后把此输出电压经检波和滤波，产生控制电压，反馈回到中频、高频放大器，对他们的增益进行控制。所以这种增益的自动调整主要由两步来完成：第一，产生一个输个随输入信号而变化的直流控制电压(叫AGC电压)；第二，利用AGC电压去控制某些部件的增益,使接收机的总增益按照一定规律而变化。第7页产生控制信号的简单的AGC电路如图1-2所示。图2-2简单的AGC电路第8页工作原理:图2-2是简单AGC电路,这是一种常用的电路。是中频放大管，中频输出信号经检波后，除了得到音频信号外，还有一个平均

4、分量（直流），它的大小和中频输出载波幅度成正比，经滤波器，把检波后的音频分量滤掉，使控制电压不受音频电压的影响，然后把此电压（AGC控制电压）加到的基极，对放大器进行增益控制。第9页UiUi与增益与增益KK的关系曲线的关系曲线U与U的关系曲线iO加上AGC后，放大器增益K随Ui的增加而减小(曲线1)，因而输出电压UO和输入电压Ui不再是线性关系，振幅特性UO～Ui不再是一条直线，而是如图2-3所示的曲线2’。图2-3简单的AGC特性从曲线可知:当U较小时，控制电压Up也较小,这时增益可K虽略有减小，i但变化不大，因此振幅曲线基本上仍是一段直线；当足够大时，Up的控制作用较强，增益K显著减小

5、。这时U基本保持不变，振幅特性曲线2‘的bc段所示。通O常把U基本上保持不变这部分叫做AGC的可控范围。可控范围越大，AGC的特O性越好。第10页第三节自动频率控制（AFC）电路AFC电路也是一种反馈控制电路。他控制的对象是信号的频率，其主要作用是自动控制振荡器的振荡频率。例如，在调频发射机中如果振荡频率漂移，则利用AFC反馈控制作用，可以适当减少频率变化，可以提高频率稳定度。又如在超外差接收机中，依靠AFC系统的反馈调整作用，可以自动控制本振频率，使其与外来信号频率之差值维持在接近中频得数值。第11页•自动频率控制(AFC)的原理框图图3-1AFC1AFC的原理方框图第12页工作原理:图

6、3-1是AFC的原理框图。被稳定的振荡器频率f与0标准频率f在频率比较器中进行比较。当f=f时，频率比较器r0r无输出，控制元件不受影响；当f≠f时，频率比较器有误差0r电压输出，该电压大小与

7、f-f

8、成正比。此时，控制元件的参0r数即受到控制而发生变化，从而使发生变化，直到使频率误差减小到某一定值Δf，自动频率微调过程停止，被稳定的振荡器就稳定在f0=f0f0=f0±Δf的频率上。AFC电路是以消除频率误差为目的的反馈控制电路,由于它的基本原理利用频率误差电压去消除频率误差,这样,当电路达到平衡时,必然有剩余的频率误差存在,无法达到现代通信中对高精度频率同步(频差为0)和相位跟踪的广泛要

9、求.要实现频率和相位的跟踪,必须采用自动相位控制电路,即锁相环(PLL:PraseLockedLoop)第13页第四节锁相环路(PLL)一、PLL概述锁相环路是一个相位误差控制系统，是将参考信号与输出信号之间的相位进行比较，产生相位误差电压来调整输出信号的相位，以达到与参考信号同频的目的。输出环路压控信号参考鉴相器信号滤波器振荡器图4-1锁相环系统框图第14页锁相接收机微波锁相振荡源锁相调频器锁相环路应用锁相鉴频器定时提