[锁相技术]第4章 环路捕获性能.pptx

第4章 环路捕获性能 ;第1节 捕获的基本概念 ; 3. 自捕获与辅助捕获如果环路依靠自己的控制能力达到捕获锁定, 称这种捕获过程为自捕获。 若环路借助于辅助电路才能实现捕获锁定, 则称这种捕获过程为辅助捕获。 4. 捕获性能的分析方法在捕获过程中, 瞬时相差将在大范围内变化, 甚至有多个2π的周期跳越。 (1) 相平面法。 这是一种图解分析二阶非线性微分方程的方法。 (2) 准线性法。 它基于环路中含有低通滤波环节的事实, 鉴相器输出的任何形式的差拍周期信号, 经过低通滤波器以后, 都可近似为直流与正弦信号的和。 ;第2节 捕获过程与捕获特性; 在环路非线性微分方程的一般形式(1-30)式中, 将; 图4-1实际上是具有无源比例积分滤波器的二阶环, 在给定环路参数的条件下, 环路方程的图解表示。 图中实际的纵坐标为 ; 令方程(4-1)式中dθe／dt=0,d2θe／dt2=0,可得稳定平衡点: ;图4-2 固定频率输入下,具有无源比例积分 滤波器的二阶环捕获过程时间图;图4-2 固定频率输入下,具有无源比例积分 滤波器的二阶环捕获过程时间图; 根据θe～t曲线,由关系式 ud(t)=Udsinθe(t) (4-7) 可画出鉴相器输出电压随时间的变化曲线,如图4-2(c)所示。 又从第一章的分析知道,在固定频率输入的情况下,存在关系 ; 二、捕获过程的特性 从图4-2这组曲线,可以清晰地看到环路从起始到锁定的捕获全过程。下面我们将对捕获全过程作进一步说明。 ;第3节 捕获带与捕获时间; 因此,在失锁状态下,控制频差起码可以达到; 二、二阶环的捕获带与捕获时间 如前所述,捕获带是保证环路必然进入锁定的最大固有频差值。换句话说,也就是保证环路不出现稳定的差拍状态所允许的最大固有频差值。基于这种考虑,使用准线性近似的方法可求得捕获带的一般表达式为 ; 下面我们用(4-13)式来计算几种二阶环路的捕获带。 1. 使用有源比例积分滤波器的二阶环环路滤波器的传递函数为 ; 2.使用无源比例积分滤波???的二阶环环路滤波器的传递函数为 ; 3. 使用RC积分滤波器的二阶环环路滤波器的传递函数为 ; 在捕获状态下,我们把频差Δω从Δωo下降到ΔωL所需的时间定义为捕获时间TP。在KΔωoΔωL的条件下,利用准线性近似法同样可求得使用有源比例积分滤波器二阶环的捕获时间为 ; 【计算举例】 具有环路滤波器传递函数F(s)=(1+sτ2)／(1+sτ1)的二阶环路,其参量为: ωn=100rad／s, K=2×105rad／2,Δfo=600Hz。 计算ΔωH,ΔωL,TLmax,ΔωP和TP值。 ;第4节 辅助捕获方法 ;图4-5 具有人工电调的锁相环方框图 ; 二、自动扫描 这种方法的基本原理是,当环路尚未锁定时,在压控振荡器控制端加一个周期性?使它的频率在足够宽的范围内摆动,等到环路进入频率锁定时,扫描发生器停止工作,然后通过环路本身的控制作用,使环路快捕锁定。它的一种简单方案如图4-6所示,其自动扫描部分由失锁检测电路和扫描发生器组成。 ;图4-6 具有交流检波器和扫描发生器的锁相环方框图 ;图4-7 具有辅助鉴相器和扫描发生器的锁相环方框图 ; 图4-8示出了另一种由90°移相器、模拟相乘器、低通滤波器与施密特触发器组成失锁检测电路和由RC积分器产生扫描电压的锁相环方框图。 ;图4-8 具有相干检测电路和积分扫描电路的锁相环方框图 ; 在使用有源比例积分滤波器的理想二阶环中,自动扫描可用更为方便、简单的电路来实现。图4-9示出了其中一种LF积分扫描电路。失锁检测电路(未画出)启动一阶跃电流IO对积分器进行充电,在有源滤波器输出端就得到线性扫描电压uc(t)。压控振荡器的瞬时角频率ωv(t)及其变化率 (t)与电路