任务 5.2 自动频率控制电路

1. 任务5.2 自动频率控制电路 § 5.2 自动频率控制

2. § 5.2 自动频率控制(AFC) 一. 定义、作用及应用 1 . 定义：自动频率控制也叫自动频率微调，它利用反馈控制量自动调节振荡器的振荡频率，使振荡频率稳定在某一预期的标准频率附近。 2 . 作用 自动调整振荡器的振荡频率，从而维持振荡器的振荡频率基本不变。 3 . 应用 (1)调幅接收机；稳定本振频率. (2)调频接收机。稳定中心频率．

3. § 5.2 自动频率控制(AFC) 二. AFC的工作原理 1 . 系统框图 2 . 工作原理 AFC电路的控制参量是频率。环路的输入信号uR的频率为fR，输出信号uO的频率为fO，它们之间的关系可根据频率比较器的类型而定。

4. § 5.2 自动频率控制(AFC) 　　频率比较器通常有两种，一种是鉴频器，另一种是混频-鉴频器。频率比较器输出的误差信号ud是电压信号，送入低通滤波器后取出缓变控制信号uC，控制压控振荡器工作。输出信号的频率可写为： fO(t) =fO0 +kcuC(t) 式中，fO0是控制信号uC(t)=0时的振荡频率，称为VCO的固有振荡频率，kc是压控灵敏度。

5. § 5.2 自动频率控制(AFC) 当频率比较器是鉴频器时，输出信号直接与输入信号进行鉴频，输出误差电压为 ud(t)=kb(fR-fO) 式中，kb是鉴频灵敏度。若输出信号频率fO与输入信号频率fR不相等时，误差电压ud≠0，经低通滤波器后送出控制电压uC，调节VCO的振荡频率，使之稳定在fR附近上。

6. § 5.2 自动频率控制(AFC) 当频率比较器的混频-鉴频器时，输出信号(频率为fO先与本振信号(频率为fL)混频，输出差频信号(频率为fd =fO-fL)再与uR(频率为fR)进行鉴频。鉴频器输出误差电压为 ud(t) =kb(fR-fd) 　可见，若差频fd ≠fR时，误差电压ud≠0，经低通滤波器后送出控制电压uC，调节VCO的振荡频率fO，使之与fL的差值稳定在fR上。若fL是变化的，则fO将跟随fL变化，并保持其差频fd基本不变。 　　鉴频器和压控振荡器均是非线性器件，但在一定条件下，可工作在近似线性状态，则kb与kC均可视为常数。

7. 三. AFC的应用（发射机和接收机） 1 . 在调幅接收机中用于稳定中频频率 图9-10 采用AFC的调幅接收机组成方框图

8. 2 .在调频发射机中用于稳定中心频率 图9-11 采用AFC的调频器组成框图 调频振荡器频率可控的压控振荡器（VCO），一般采用振荡回路含有变容管的LC振荡器，而不直接使用石英晶体振荡器。因此一般使用LC振荡器做压控振荡器。虽然LC振荡器具有更宽的可调频偏，但其频率稳定度差，因此常用一个石英晶体振荡器对调频振荡器的中心频率进行控制，从而获得中心频率稳定度高而频偏又足够宽的调频信号。

9. 任务5.3 锁相环路 § 5.3 锁相环路

10. § 5.3锁相环路(PLL) AFC电路是以消除频率误差为目的的反馈控制电路。由于其基本原理是利用频率误差电压去消除频率误差，所以当电路达到平衡状态之后，必然有剩余频率误差存在，即无法完全消除频差，这也是AFC电路无法克服的缺点。 　　锁相环路(PLL，Phase Lock Loop )也是一种以消除频率误差为目的的反馈控制电路。但它的基本原理是利用相位误差电压去消除频率误差，所以当电路达到平衡状态之后，虽然有剩余相位误差存在，但频率误差可以降低到零，从而实现无频差的频率跟踪和相位跟踪。而且锁相环还具有可以不用电感线圈、易于集成化、性能优越等许多优点，因此广泛应用于通信、雷达、制导、导航、仪表和电机等方面。

11. § 5.3锁相环路(PLL) 一. 基本工作原理 1 . 组成框图 组成: (1) 鉴相器PD(Phase Detector); (2) 环路滤波器LF(Loop Filter):低通滤波器; (3) 压控振荡器VCO。

12. § 5.3锁相环路(PLL) 一. 基本工作原理 １ . 组成框图 基本概念: (1)失锁：如果ui(t)和uO(t)的频率不相等，则称锁相环路处于失锁状态，此时两个信号必然存在变动的相位差; (2)锁定：锁相环路工作过程中，如果信号ui(t)和uO(t)的相位差不断减小，最终可能等于某一较小的恒定值，就称锁相环路处于“锁定”状态。

13. § 5.3锁相环路(PLL) 2 . 工作原理 (1)“失锁”状态时，ui(t)和uo(t)进行相位比较，由PD输出一个与相位差成正比的误差电压ud(t) ; (2) ud(t)经LF滤波，取出其中缓慢变化的直流或低频电压分量uc(t)作为控制电压; (3) uc(t)加到VCO上，控制VCO的振荡频率，使ui(t)和uo(t)的相位差不断减小，直至进入“锁定”状态。 　　　最终实现 Ｗｉ＝Ｗ ｏ

14. § 5.3锁相环路(PLL) 3 . 锁相环路PLL与自动频率控制AFC的区别 (1)PLL：利用相位差实现反馈控制，有相差，无频差 (2)AFC：利用频率差实现反馈控制，有相差，有频差

15. § 5.3锁相环路(PLL) 二. 锁相环路的性能分析 (一) . 捕捉过程 与捕捉带 1、捕捉过程 概念:环路由”失锁”状态进入”锁定”状态的过程

16. § 5.3锁相环路(PLL) 二. 锁相环路的性能分析 (一) . 捕捉过程 与捕捉带 2、捕捉带：环路由失锁进入锁定状态所允许 信号频率偏离的最大值。 3、捕捉时间：环路由失锁进入锁定状态所需 的时间。

17. § 5.3锁相环路(PLL) 二. 锁相环路的性能分析 (二) . 跟踪过程 与跟踪带 1、跟踪过程或同步过程：如果输入信号频率或VCO 振荡频率发生变化，则VCO振荡频率跟踪而变化，维 持的锁定状态，称为跟踪过程或同步过程。 2、跟踪带或同步带：能够维持环路锁定所允许的最 大固有频差，称为锁相环路的跟踪带或同步带。

18. § 5.3锁相环路(PLL) 二. 锁相环路的性能分析 (三) . 锁相环路 的基本特性 １、自动跟踪特性 　２、良好的窄带特性 　３、锁定后无剩余频差

19. § 5.3锁相环路(PLL) 三. 锁相环路的应用 　　因锁相环路具有良好的跟踪和窄带滤波特性，并且易于集成化、体积小、可靠性高、功能强大，因此在倍频器、分频器、混频器及调制解调器等电路中得以广泛的应用，下面作简要介绍。 1 .锁相倍频电路

20. § 5.3锁相环路(PLL) 三. 锁相环路的应用 　　锁相倍频器与普通倍频器相比较，其优点是： (1)锁相环路具有良好的窄带滤波特性，容易得到高纯度的频率输出，而在普通倍频器（如采用丙类谐振功率放大器构成的倍频器）的输出中，谐波干扰是经常出现的。 (2)锁相环路具有良好的跟踪特性和滤波特性，锁相倍频器特别适用于输入信号频率在较大范围内漂移，并同时伴随着有噪声干扰的情况，这样的环路兼有倍频和跟踪滤波的双重作用。

21. § 5.3锁相环路(PLL) 三. 锁相环路的应用 ２ .锁相分频电路

22. ３ .锁相混频电路 设输入信号ui(t)的角频率为wi，输出信号uo(t)的角频率为wo，送给混频器的本振信号的角频率为wL，则其输出信号角频率为|wo±wL|（具体取加还是减视混频器的类型而定）。环路锁定时，若图中所示混频器为差频混频，有 wi=|wo-wL| 即当wo> wL时，wo=wi+wL；当wo<wL时，wo=wi-wL。

23. ４ .锁相调频电路 　　采用锁相环路调频，能够得到中频频率稳定度极高的调频信号，锁相环使VCO的中心频率稳定在晶振频率上，同时调制信号也加至VCO上，从而实现调频。

24. ５ .锁相鉴频电路 　　相鉴频电路的方框图如图9-24所示。当输入调频波的频率发生变化时，经PD和LF后将得到一个与输入信号的频率变化相同的控制电压，即实现鉴频。