cd4046原理

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. CD4046集成锁相环在感应加热电源中的应用

重庆大学(630044)　毛　鸿

成都铁路分局供电段(610081)　王　翔

摘　要:提出一种由CD4046集成锁相环设计的应用于感应加热电源的无相差频率跟踪控

制系统,并就控制系统的相位补偿、电源的起动等问题进行了分析讨论。

关键词:锁相环　频率跟踪　相位补偿

感应加热电源在加热过程中,由于温度的变化和

炉料熔化等因素,负载等效参数发生变化,负载固有频

率也发生变化。对可控硅中频逆变器而言,为了保证感

应加热电源逆变器件可靠换流(可控硅中频电源要求

它的负载为电容性)和电源工作在较高的功率因数,逆

变器输出频率需要随负载频率而变化,也就是说,控制

电路必须具有自动频率跟踪功能〔2〕。由可关断器件构

成的逆变器件,虽然不象可控硅那样存在换流问题,但

为了使逆变器始终工作在功率因数接近或等于1的准

谐振或谐振状态,以实现逆变器件的零电流换流

(ZCS)或零电压换流(ZVS),频率跟踪电路也是不可

图2　频率跟踪控制电路与主电路缺少的。而且,由于逆变器输出频率的提高,频

率跟踪电路的快速性和准确性要求也相应提

高,为此,本文提出一种用集成锁相环CD4046,

霍尔电流传感器和高速比较器实现的无相差频

率跟踪控制系统,该控制电路具有跟踪快速、准

确、保护容易、抗干扰能力强等优点。

1　CD4046集成锁相环的特点

锁相环(PLL)主要由鉴相器PD,压控振荡器

VCO和外接无源R、C低通滤波器(也可接有源低通

滤波器)组成,如图1所示。・

图1锁相环原理iV

CVCOUVCORPD

CD4046具有两个独立的鉴相器PD󰂪与PD󰂫。

PD󰂪是异或门鉴相器,若采用无源低通滤波器,信号

锁定时输入信号和输出信号(反馈输入)之间的相角将

新疆师范大学2013届本科毕业设计

1 目 录

1 锁相环简介 ........................................................ 1

1.1 引言 ........................................................ 1

1.2 锁相环的结构 ................................................ 1

2 锁相环芯片简介 .................................................... 2

2.1 NE564介绍 ................................................... 2

2.2 CD4046介绍 .................................................. 3

3 FSK简介 .......................................................... 5

3.1 FSK基本概念与特点 ........................................... 5

3.2 FSK的发展及应用前景 ......................................... 7

4 利用锁相环芯片实现FSK信号的调制 .................................. 7

4.1 FSK信号调制的基本原理 ....................................... 7

4.2 利用NE564实现FSK信号调制电路的设计 ........................ 8

1 锁相环路

主要内容：

 模块介绍

 项目训练

1、模块介绍

1.1 锁相环路基本工作原理

图6-1 锁相环路的基本组成框架

鉴相器（PD）：用以比较iu、ou相位， 输出反映相位误差 的电压()Dut。

环路滤波器（LF）：用以滤除误差信号中的高频分量和噪声，提高系统稳定性。

压控振荡器（VCO）：在()Cut控制下输出相应频率of。

图6-2 oU与iU的频率和相位之间的关系

两个正弦信号的频率和相位之间的关系如图6-2所示，若能保证两个信号之间的相位差恒定，则这两个信号的频率必相等。

若io，则称电路处于失锁状态，()iut和()out之间产生相位变化，鉴相器

2 输出误差电压()Dut，它与瞬时误差相位成正比，经过环路滤波，滤除了高频分量和噪声而取出缓慢变化的电压()Cut，控制VCO 的角频率o，去接近i。最终使io，相位误差为常数，环路锁定，这时相位误差称为剩余相位误差或稳态相位误差。

1. 2 锁相环路的相位模型及性能分析

一、鉴相器(PD)

设压控振荡器的输出电压为

)(cos)(o0oomottUtu

ωo0 是压控振荡器未加控制电压固有振荡角频率，

o(t)是以ωo0为参考的瞬时相位，

环路输入电压为)sin()(iimitUtu，

其相位可改写为)()(io0o0io0ittttt，

则()iut与()out之间的瞬时相位差为)()()(oiettt，

设鉴相器具有正弦鉴相特性，则)(sin)(edDtAtu。

二、压控振荡器(VCO)

在cu= 0 附近，控制特性近似线性：

oo0oc()()tAut

o rad/(s)AV式中，是控制灵敏度（增益系数），单位

可见压控振荡器是一个理想的积分器，将积分符号用微分算子p=d/dt 的 倒数表示，则得

摘要：简单介绍了锁相环电路的基本概念及原理，以通用型集成锁相环4046为例主要介绍了锁相环的电路组成、器件参数及工作原理，并对COMS集成锁相环CC4046的应用做了简单研究。

关键词：锁相环 鉴相器 压控振荡器

1 引言

锁相环作为一种重要的功能电路在通信、导航、控制、仪器仪表等领域得到了广泛的应用。20世纪70年代以后随着集成电路技术的飞速发展，出现了多种型号的集成锁相环产品，其中模拟式集成锁相环以NE/SE 560系列最为常用，COMS集成锁相环CD/CC4046最具代表性。两者基本原理相同，区别在于前者的鉴相器由模拟电路组成，而后者由逻辑电路组成。

2 锁相环的基本概念

所谓锁相，就是相位同步的自动控制。完成两个信号间相位同步的自动控制系统的环路叫做锁相环，也称PLL（Phase Locked Loop)。最典型的锁相环由鉴相器（Phase Detector）,环路滤波器（Loop Filter）,压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator）三部分组成，如图1所示。

图1 PLL功能框图

其中，鉴相器相位比较作用，其输出电压反映两个输入信号间的相位差（与频率之差成线性关系）的大小。该电路通过具有低通特性的环路滤波器后，建立起一个平均电压，作用于VCO的控制输入端，VCO的振荡频率则由其控制电压的大小决定，当控制电压=0时，对应的振荡频率称为VCO的固有频率。整个环路根据负反馈的原理构成，鉴相器的输出电压总是朝着减小VCO振荡频率与输入信号之差的方向变化，直到VCO振荡频率与输入信号频率获得一致，当这种情况出现时，称VCO的频率锁定于输入信号的频率或简称锁定。环路由失锁状态进入锁定状态的过程称为捕捉过程。在捕捉过程中，VCO振荡频率逐渐趋同于输入信号频率的现象，称作频率牵引。在频率牵引过程中，环路有能力自行锁定的最大输入信号频率范围称为捕捉频带或简称捕捉带，它是反映捕捉能力优劣的一个重要指标。另一方面，环路锁定后，VCO的振荡频率自动跟踪输入信号频率的变化并能维持锁定的最大频率变化范围称为环路的跟踪频带或简称同步带，它是反映跟踪性能优劣的一个重要指标。锁相环由起始的失锁状态到最终的锁定状态所允许的输入信号频率范围定义为频率捕捉范围；锁相环始终处于锁定状态所允许的输入信号频率范围定义为频率锁定范围。对应于图1锁相环框图的基本原理电路如图2所示。