第章反馈控制电路.ppt

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1、第6章　反馈控制电路6.2锁相环路性能分析6.2.1基本环路方程6.2.2捕捉过程的定性讨论6.2.3跟踪特性分析环路锁定的动态过程及其性能特点。6.2.1基本环路方程(a)图6–2–1鉴相器的电路模型一、鉴相器作用：比较两个输入电压之间的相位差，产生相应的输出电压vd(t)。设r为参考角频率。r—VCO未加控制电压时的固有振荡角频率。(a)图6–2–1鉴相器的电路模型即vo(t)=Vomcos[rt+o(t)+]一般取(a)图6–2–1鉴相器的电路模型即vo(t)=Vomsin[rt+o(t)]鉴相器输出的平均电压vd(t)=Adsine(t)Ad—鉴相器最大输出电压e(

2、t)=i(t)-o(t)电路模型(b)图6–2–1鉴相器的电路模型二、压控振荡器(VCO)压控振荡器是振荡频率随控制电压变化的振荡器，是环路中固有的积分环节。特性曲线(a)图6–2–2VCO的电路模型在有限的控制电压范围内，用线性方程近似表示o-r=Aovc(t)Ao—压控灵敏度，vc=0处的斜率，单位rad/sV(a)图6–2–2VCO的电路模型o-r=Aovc(t)根据可得或用微分算子p=d/dt表示电路模型三、环路低通滤波器作用：滤除鉴相器输出电流中的无用组合分量及其干扰分量，以达到环路要求的性能，并保证环路的稳定性。1．简单RC滤波器图6–2–3环路低通滤波器(a)简单

3、RC滤波器传递函数式中，=RC。2．无源比例积分滤波器图6–2–3环路低通滤波器(b)无源比例积分滤波器传递函数式中，1=R1C，2=R2C。3．有源比例积分滤波器图6–2–3环路低通滤波器(c)无源比例积分滤波器传递函数集成运放满足理想化条件时式中，1=R1C，2=R2C以微分算子p替换s，得微分方程vc(t)=AF(p)vd(t)电路模型四、基本环路方程基本回路方程或pe(t)+AdAoAF(p)sine(t)=pi(t)瞬时角频差e(t)控制角频差o(t)固有角频差i(t)根据回路方程，回路闭合后的任何时刻e(t)+o(t)=i(t)若输入固有角

4、频差i(t)=i环路锁定时即i=o，e(t)为固定值，以e表示，称为稳态相位误差。据回路方程有AdAoAF(0)sine=i式中，AF(0)为低通滤波器的直流增益。所以式中，A0=AdAoAF(0)为环路直流总增益。i>A0，无解，环路失锁。环路能锁定的最大输入固有频差I，称为同步带以L表示L=A0在VCO的最大频率控制范围内，若增大同步带，必须提高直流总增益。6.2.2捕捉过程的定性讨论捕捉过程就是环路从失锁状态进入锁定状态的过程。无信号输入时，VCO振荡角频率为r。加入输入信号，固有角频差i=i-r。瞬时相差，鉴相器输出电压，v

5、d(t)=Adsinit如果I很大，vd(t)被低通滤波器衰减，环路失锁。如果I很小，vd(t)通过低通滤波器，环路锁定。若I处于两者之间，分两种情况讨论。1．I较大，超过环路滤波器的通频带vd(t)虽然受到较大衰减，但仍可以使VCO振荡频率摆到i，环路很快锁定。称为快捕过程。快捕带：能够锁定的最大

6、i

7、，以c表示cAdAoAF(c)2．I比第一种情况大vd(t)受到很大衰减，不能使VCO振荡频率摆到I。捕捉过程如下：o>r，i-o减小，e(t)随时间增长变慢。o<r，i-o增大，e(t)随时间增长变快。vd(t)变为不对称波

8、形，经低通滤波器输出直流电压VD，使o的平均值由r上升为r(av)，r上升，e(t)随时间增长变的更慢，不对称加大，VD上升，o进一步靠近r，当o摆动到I，并符合正确的相位关系，环路锁定。o的平均值逐渐靠近I的过程称为频率牵引。Ad和Ao的数值越大，捕捉带越大，环路滤波器通频带越宽，捕捉带越大。6.2.3跟踪特性环路在锁定状态下，由于某种原因使环路偏离锁定，通过自身调节重新维持锁定的过程称为跟踪过程。跟踪过程中e很小，环路近似为线性系统。vd(t)=Adsine(t)Ade(t)环路基本方程pe(t)+AdAoAF(p)e(t)=pe(t)或se(s)+

9、AdAoAF(s)e(s)=si(s)e(s)=i(s)-o(s)开环传递函数Ho(s)闭环传递函数H(s)误差传递函数He(s)一、瞬态响应及稳态相位误差根据线性系统理论相位误差的瞬态响应：e(t)=L-1e(s)=L-1He(s)i(s)稳态相位误差：例：若采用简单RC滤波器，输入信号频率阶跃变化，求其相位误差的瞬态响应和稳态相位误差。相位误差的瞬态响应稳态相位误差：提高环路直流总增益Ad