第7章锁相技术及频率合成 第7章锁相技术及频率合成 71锁相环路 7,2集成锁相环路和锁相环路的应用 73频率合成原理 74实训:锁相环路性能测试 Back
第7章 锁相技术及频率合成 7.1 锁相环路 7.2 集成锁相环路和锁相环路的应用 7.3 频率合成原理 7.4 实训：锁相环路性能测试 第7章 锁相技术及频率合成
第7章锁相技术及频率合成 7.1锁相环路 7.1.1锁相环路的基本工作原理 锁相环路基本组成框图如图7.1所示。锁相环路是 由鉴相器(P)、环路滤波器(LF)和压控振荡器 (VCO)三个基本部件构成的闭合环路
第7章 锁相技术及频率合成 7.1 锁相环路 7.1.1 锁相环路的基本工作原理 锁相环路基本组成框图如图7.1所示。锁相环路是 由鉴相器(PD)、环路滤波器（LF）和压控振荡器 （VCO）三个基本部件构成的闭合环路
第7章锁相技术及频率合成 参考晶体α()』鉴相器a(环路滤波器Lα(压控振荡器L输出 振荡器「a PD LF VCO l(1) l1() 图7.1锁相环路基本组成方框图
第7章 锁相技术及频率合成 图7.1 锁相环路基本组成方框图 参 考 晶 体 振 荡 器 鉴 相 器 P D ui (t) 环 路 滤 波 器 LF 压 控 振 荡 器 VCO ud (t) uc (t) u o (t) uo (t) o 输 出 i o
第7章锁相技术及频率合成 图72两个信号的频率和相位之间的关系
第7章 锁相技术及频率合成 图7.2 两个信号的频率和相位之间的关系 i u i (a) o uo o ＝i 1 i 1 ui (b) uo o o
第7章锁相技术及频率合成 7.1.2锁相环路的数学模型 1.鉴相器 在锁相环路中,鉴相器是一个相位比较装置,用 来检测输入信号电压u(t)和输出信号电压u(t)之间的相 位差,并产生相应的输出电压u(t) 设压控振荡器的输出电压u(t)为 (t)=U om cos [, t+o(t)] (7-1) 设环路输入电压u()为 u (t)=Uimsin [o; t+o (t)]
第7章 锁相技术及频率合成 7.1.2 锁相环路的数学模型 1. 鉴相器 在锁相环路中，鉴相器是一个相位比较装置，用 来检测输入信号电压ui (t)和输出信号电压uo (t)之间的相 位差，并产生相应的输出电压ud (t)。 设压控振荡器的输出电压uo (t)为 uo (t)=Uomcos［ωr t+φo (t)］ (7―1) 设环路输入电压ui (t)为 ui (t)=Uimsin［ωi t+φi (t)］ (7―2)
第7章锁相技术及频率合成 在同频率上对两个信号的相位进行比较,可得输入 信号u(1)的总相位 o; t+o (t=o t+(o-O)to t) =0+t+△ot+q(t) =0t(t) An、(un() PF 图73乘法器鉴相
第7章 锁相技术及频率合成 在同频率上对两个信号的相位进行比较，可得输入 信号ui (t)的总相位 ωi t+φi (t)=ωr t+(ωi -ωr )t+φi (t) =ωr t+Δωi t+φi (t) =ωr t+φi (t) (7―3) 图7.3 乘法器鉴相 × LPF u i (t) A u o (t) u d Au (t) i (t)u o (t)
第7章锁相技术及频率合成 将式(7-3代入式(7-2)中,得 ui(t)=Uimsin [o t+o (t)] (7-4) Au,(t)u(t=1/2AUimUom Sin [2o, t+o (t)+o(t) +1/2AUim Uom sin [o (t)-c(t) (7-5) 经过低通滤波器(LPF)滤除2or成分之后,得到 鉴相器输出的有效分量为 ua(t)=1/2AUimUom sin Lo, (t)-oo(t Arsine e(t) (7-6)
第7章 锁相技术及频率合成 将式(7―3)代入式(7―2)中，得 ui (t)=Uimsin［ωr t+φi (t)］ (7―4) Aui (t)uo (t)=1/2AUimUomsin［2ωr t+φi (t)+φo (t)］ +1/2AUimUomsin［φi (t)-φo (t)］ (7―5) 经过低通滤波器（LPF）滤除2ωr成分之后，得到 鉴相器输出的有效分量为 ud (t)=1/2AUimUomsin［φi (t)-φo (t)］ =Ad sinφe (t) (7―6)
第7章锁相技术及频率合成 q(1) p(t) A, sino (t) 兀兀q?() (b) 图74正弦鉴相器的鉴相特性及其电路模型
第7章 锁相技术及频率合成 图7.4 正弦鉴相器的鉴相特性及其电路模型 Ad sine ＋ (t) 1 (t) e (t) o (t) ud (t) 2 π 2 π − － e (t) ud Ad (a) (b)
第7章锁相技术及频率合成 2.压控振荡器 压控振荡器是一个电压-频率变换装置在环路中作 为被控振荡器,它的振荡频率应随输入控制电压ug(t)线 性地变化,可用线性方程来表示,即 oo(t=o(t+Aouc)
第7章 锁相技术及频率合成 2. 压控振荡器 压控振荡器是一个电压-频率变换装置,在环路中作 为被控振荡器,它的振荡频率应随输入控制电压uc (t)线 性地变化，可用线性方程来表示，即 ωo (t)=ωr (t)+A0uc (t) (7―7)
第7章锁相技术及频率合成 (t) (b) 图7.5压控振荡器的控制特性及其电路相位模型
第7章 锁相技术及频率合成 图7.5 压控振荡器的控制特性及其电路相位模型 uc (t) o (t) r 0 (a) A0 / p uc (t) o (t) (b)