第六章 反馈控制电路 与频率合成技术

本章重点： 相位反馈控制电路的（锁相环）的电路组成，基本工作原理，基本环路方程，集成锁相环的应用。

本章难点： 锁相环路的相位反馈控制过程，捕捉过程的定性讨论。

6.1 反馈控制电路概述 各种通信和电子系统中，为了提高其性能指标，或实现某些特殊的指标要求，广泛采用各类反馈控制电路。

分类 自动振幅（增益）控制电路 ALC (AGC)自动频率控制电路 AFC自控相位控制电路 APC

6.1

作自动调节系统，它由反馈控制电路和受控对象两部

图中， ix和 ox 分别为反馈控制电路的输入量和输出

量，它们之间的关系是根据使用要求予以设定的，设

o ix g x为

各种反馈控制电路，就其作用原理而言，都可看

分组成，如图 6.1.1 所示。

控制过程：若 受某种因素的影响而遭到 o ix g x

破坏，则反馈控制器就对 ix和ox 进行比较，检测出它们

与预定关系之间的偏离程度，并产生相应的误差量 ex ，

加到被控制对象上对 ex ox 进行调节，使 ixox 和 之间接

近到预定的状态（关系），而进入稳定状态。

6.1

反馈控制电路的类型不同，需要比较和调节的参量就不同。

自动频率控制电路，需要比较和调节的参量为频

自动相位控制电路需要比较和调节的参量为相位，

6.1

自动电平控制电路需要比较和调节的参量为电压

ix 和 ox 为电压（电流）。 （电流），相应的

ix和 ox为频率。 率，则相应的

和 为相位。 则相应的 ix ox

6.1.1 自动电平控制电路（ ALC ） 自动电平控制电路的基本作用是减小因各种因素引起系统输出信号电平的变化。例如，减小接收机因电磁波传播衰落等引起输出信号强度的变化，稳定发射机输出电平，并便于在一定范围内进行调整，可作为信号发生器的稳幅机构或输出信号电平的调节机构等。

6.1.1

常见的自动电平控制电路用于调幅接收机时，称为自动增益控制（ Automatic Gain Control ）电路，简称为 AGC 电路。

自动增益控制电路的作用是，当输入信号电压在很大范围变化时，保持接收机输出电压几乎不变。

具有自动增益控制电路的超外差式接收机方框图如图 6.1.2 所示。

6.1.1

图 6.1.2 具有自动增益控制电路的超外差式接收机方框图

由检波器输出的低频电压，经低放和低功放到扬声器，另一路经 RC 低通滤波器后，获得直流电流（或电压）分量，以控制高放、变频和中放级增益。由于控制晶体管放大器的增益，一般是需要功率的，如果检波器输出功率不够，还可以在低通滤波器后加一直流放大器。

6.1.1

AGC 电路具有的特性是：在没有控制电路时，接收

o 随输入电压 i 的增大而增大（不考虑机的输出电压

外来信号过强时超出晶体管的线性工作范围），

如图 6.1.3 中曲线①所示。具有 AGC 电路的接收机，

6.1.1

与 i 的这种关系曲线，称为简曲线②所示。

单 AGC 特曲线。

随输入电压 o i 的增大而减小，如图 6.1.3

输出电压振幅

图 6.1.3 简单的 AGC 特性

图 4.4.10 是晶体管收音机中的简单 AGC 电路。调节可

音频信号的最低频率，避免出现反调制。

6.1.1

2R ，可以使低通滤波器的截止频率低于解调后变电阻

图 4.4.10 收音机中的实际二极管检波电路

1 、通过改变放大器本身的某些参数，如发射极电流、负载、电流分配比、恒流源电流、负反馈大小等；

fey ，而 fey 又与晶体管工作点有关，所以，改变发射

极平均电流 EI 就可以使 fey 随之改变，从而达到控制放

大器增益的目的。

6.1.1

2 、插入可控衰减器来改变整个放大器的增益。

如晶体管放大器的增益取决于晶体管正向传输导纳

控制放大器增益的方法主要有两种：

图 6.1.4 是晶体管 fe Ey I 特性曲线，其中实线是普通

晶体管特性，虚线是 AGC 管特性。

简单 AG

C 有正向 AGC

和反向 AGC 之分：

所谓反向 AGC ，是指当输入信号增强时，希望增益

fey 减小，则 EI 应该减小，所以 的变化方向与减小，即 EI

信号的变化方向相反。输入 EI

6.1.1

图 6.1.4 晶体管 特性曲线 fe Ey I

所谓的正向 AG

C ，是指当输入信号增强时，若使增益减小，应该增大，EI

图 6.1.4 晶体管 特性曲线 fe Ey I

的变化方向与输入EI所以

信号的变化方向相同。

AGC 控制电压既可以从发射极送入，也可以从基极送入，如图 6.1.5 所示。

6.1.1

图 6.1.5 改变 EI 的增益控制电路

简单 AGC 电路的优点是电路简单。主要缺点是，一有外来信号， AGC立刻起作用，接收机的增益就因受控制而减小。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。

为了克服这个缺点，也就是希望外来信号大于某值后， AGC才起作用，此时可采用延迟 AGC 电路。

6.1.1

图 6.1.6 为具有延迟 AGC 的接收机电路框图。

图中单独设置了提供 AGC 电压的 AGC 检波

器。其延迟特性由加在 AGC 检波器上的参考电压 决

定。

图 6.1.6 具有延迟 AGC 的接收机框图

r

6.1.1

不工作， AGC 电压为零， AGC 不起控制作用。

当检波器输入信号 ia 的幅度小于 时， AGC 检波器

r

的幅度大于 时， AGC

当检波器输入信号

ia

才起控制作用。其控制特

性如图 6.1.7 所示。

r

6.1.2 自动频率控制电路（ AFC ） 自动频率控制电路的控制对象是信号的频率。

AFC 电路的主要作用是自动控制振荡器的振荡频率。图 6.1.9 是自动频率控制电路的原理方框图。

图 6.1.9 自动频率控制电路原理框图 6.1.2

该框图的自动频率调整过程是：压控振荡器的频率

频器无输出，控制电压 0c ，压控振荡器振荡频率不变；

of 与标称频率 rf 在鉴频器中进行比较。当 时，鉴r of f

当 r of f 时，鉴频器就有误差电压 e 输出，这个误差

电压 e正比于频率误差 o rf f ，经过低通滤波器滤除

干扰及噪声后，得到控制电压 c ，利用控制电压 c

控制压控振荡器的振荡频率，最终使压控振荡器的频率

of 发生变化；变化的结果使频率误差 o rf f 减小到一定

值 f ，自动控制过程即停止，压控振荡器即稳定于

o rf f f 的频率上，环路进入锁定状态。锁定状态的

f 称为稳态频率误差（剩余频率误差）。

6.1.2

图 6.1.12 为锁相环路的基本组成方框图。控

制对象为压控振荡器（ VCO ）；反馈控制器由检测相

位差的鉴相器（ PD ）和低通滤波器（ LF ）组成。

6.1.3

6.1.3 自动相位控制电路（ APC ） ( 锁相环路—— PLL)

图 6.1.12 锁相环路的组成方框图

频率和相位之间存在着确定的关系。将输入信号电压

( )i t 和 VCO 电压

( )o t 分别用旋转矢量表示，如图 6.1.13

(a)所示。矢量的转动角速度和相应的角位移就是所示电压

图 6.1.13(b) 所示为 VCO角频率

o 等于输入信号角频率

i 。环路锁定时，两个旋转矢量之间的瞬时相位差便保

6.1.3

d dt ）。 的角频率和相应的瞬时相位（

持恒值（ ）。 o

图 6.1.13 用旋转矢量说明 PLL 的相位（频率）控制过程

6.1.3