(完整版)高频电子线路杨霓清答案第六章-反馈控制电路

264 265 思考题与习题

6.1 有哪几种反馈控制电路，每一类反馈控制电路控制的参数是什么，要达到的目的是什么？

答：自动增益控制（AGC）电路、自动频率控制（AFC）电路、自动相位控制（APC）电路三种

控制参量分别为信号的电平、频率、和相位

AGC电路可用于控制接收通道的增益，它以特性增益为代价，换取输入信号动态范围的扩大使输出几乎不随输入信号的强弱变化而变化。

AFC电路用于稳定通信与电子系统中的频率源利用频率误差信号来调节输出信号的频率，使输出频率稳定。

APC电路以相位误差去消除频率误差。

6.2 AGC的作用是什么？主要的性能指标包括哪些？

答： AGC电路可用于控制接收通道的增益，它以特性增益为代价，换取输入信号动态范围的扩大使输出几乎不随输入信号的强弱变化而变化。

其性能指标有两个：动态范围和响应时间

6.3 AFC的组成包括哪几部分，其工作原理是什么？

答：AFC由以下几部分组成：频率比较器、可腔频率电路、中放器、鉴频器、滤波器

工作原理：在正常情况下，接收信号的载波为sf，本振频率Lf混频输出的中频为If。若由于某种不稳定因素使本振发生了一个偏移＋Lf。混频后的中频也发生同样的偏移，成为If＋Lf，中频输出加到鉴频器的中心频率If，鉴频器就产生了一个误差电压，低通滤波器去控制压控振荡器，使压控振荡器的频率降低从而使中频频率减小，达到稳定中频的目的

6.4 比较AFC和AGC系统，指出它们之间的异同。

6.5 锁相与自动频率微调有何区别？为什么说锁相环路相当于一个窄带跟踪滤波器？

6.6 有几种类型的频率合成器，各类频率合成器的特点是什么？频率合成器的主要性能指标有哪些？

答：频率合成器有三种：直接式频率合成器、锁相频率合成器（包括倍频锁环、混频锁相环、除法降频锁相环）、直接数字式频率合成器。

直接式频率合成器是直接对参考频率源进行混频分频和倍频得到所需频率是一个开环系统；锁相频率合成器是锁相环进行频率合成，是一个闭环譏数字频率合成器是一种全数字化的频率合成器，是一个开环系统。

频率合成器的主要性能指标有：频率准确度和频率稳定度、频率分辨率（频率步长）、频率范围、频率转换时间（或频率时间）、相位噪声和杂散、功耗和体积等

6.7 PLL的主要性能指标有哪些？其物理意义是什么？

答：我们可以用“稳”、“准”、“快”、“可控”、“抗扰”五大指标衡量PLL的优劣。（a）“稳”是指环的稳定性。PLL的稳定是它工作的前提条件，若环路由负反馈变成了正反馈，就不稳定了。理论分析表明，一、二阶环路是无条件千金之子环。（b）“准”是指环路的锁定精度。PLL锁定后没有频差，只有剩余相差，所以锁定精度由剩余相差来表征，我们希望相差越小越好，（c）“快”是环路由失锁进入锁定状态的时间，所以锁定时间由捕获时间来表征，我们希望快捕时间与捕获时间越短越好。（d）“可控”指环路能进入锁定与维持锁定的频差范围，通常前者以快捕带与捕获带来表征，而后者以同步带来表征。我们希望捕获带和同步带越大 266 越好，这样环路的可控能力就越强；（e）“抗扰”指一号对干扰或噪声的过滤能力。这种能力可由环路信噪比、输出相位抖动方差、失锁概率等表征。

6.8 AFC电路达到平衡时回路有频率误差存在，而PLL在电路达到平衡时频率误差为零，这是为什么？PLL达到平衡时，存在什么误差？

答：AFC电路是一个负反馈闭合环路，它利用频率误差信号来调节输出信号的频率，使输出频率稳定。AFC电路在达到最后状态时，两个频率不可能完全相等，存在剩余频差。PLL电路是以消除频率误差为目的的反馈电路，但其基本原理是利用相位误差消除频率误差，所以当电路达到平衡状态时虽然有剩余相位误差存在，但频率误差可以降到0 从而实现无频率误差的频率跟踪和相位跟踪。

6.9 锁相环路合成法频率合成器根据哪些特点分为模拟式与数字式两大类？它们各有何优缺点？

6.10 为什么在鉴相器后面一定要加入环路滤波器？

题6.11图

6.11题6.11图是调频接收机AGC电路的两种设计方案，试分析哪一种可行，并加以说明。

6.12在题6.12图所示的锁相环路中，已知225krad/sVoA，50kHzrf，1A＝2， 鉴相器的最大输出电压0.7V，试求环路的同步带。若3.6Rk，0.3μFC，试求环路的快捕带。

题6.12图

解：（1）同步带

100LdFAAAA ，其中01FA，则

30.72225/219.910LVkradsVgrad/s

（2）快捕带

10LdcAAARC

336219.910/3.6100.310rads314.2710/rads

6.13 在题6.12图所示的锁相环路中，当输入频率发生突变100rad/si时，要求环路的 267 稳态相位误差为0.1rad，试确定放大器的增益1A。已知dA＝25mV/rad，0A＝310rad/sV，310RCs。

解：e＝0iA＝10iodFAAAA，因为FAs＝11sCRsC＝11sRC

所以0FA＝1

1A=0iodFeAAA=33100/2510V/rad10rad/sV0.1radradsg=40

6.14已知一阶锁相环路鉴相器的最大输出电压dV＝2V，压控振荡器的410oAHz/V (或4210rad/sV)，压控振荡器的振荡器频率6210orad/s。问当输入信号频率32101510irad/s时，环路能否锁定？若能，稳态相差等于多少？此时控制电压等于多少？

6.15在某锁相环路中，鉴相器灵敏度1V/raddA，压控灵敏度5210rad/sVoA，输入信号频率1MHzif,VCO的固有频率1.02MHzof。

（1）若环路滤波器采用有源比例积分器，其直流增益(0)10FA，可使环路入锁．试求锁定后的剩余相差，以及鉴相器与滤波器输出端的直流电压。

（2）若环路滤波器采用RC积分滤波器或无源比例积分滤波器，试问环路能否锁定？

解：题中dK指的是0e时的dedUd，单位是/Vrad。

62211.0210/oioffrads620.0210/rads

（1）对正弦鉴相特性， sinsinddedeuKU，此时dK的单位是V，则锁定后的剩余相差为earcsin0odVKKF=6620.0210arcsin121010

arcsin0.020.02rad

鉴相器的直流输出电压为

0sinsin0.02ddedeuKUV 268 滤波器的输出端的直流电压为

000.02100.2cduuFV

（2）对于正弦鉴相特性，RC积分器和无源比例积分器的01F

6620.0210arcsinarcsin0.22101e

环路能够锁定。

6.16无低通滤波器的一阶锁相环路，PD的灵敏度1V/raddA，VCO的4210rad/sVoA，输入信号频率1MHzif，VCO的固有频率1.25MHzof，试问：（1）环路有无可能捕捉入锁？

（2）若of调低到1.008MHz。有无可能入锁？剩余相差e是多少？

（3）若要求剩余相差不超过5o，of应调到多少？

解：对于无低通滤波器的一阶锁相环路，同步带=捕捉带。

（1）如用正弦鉴相特性

62211.2510/oioffrads620.2510/rads

41210dVKK/rads

odVKK，所以环路不能入锁。

如用 题6。16图 所示鉴相特性即e在22:之间是线性鉴相特性，则由锁定条件得；

444121021.5710225102odeVKK也不能入锁。

（2）662211.0081020.00810/oioffrads

用正弦鉴相特性6420.00810210odVKK

所以能够入锁，其剩余相差为

40420.810arcsinarcsin0.853210e

如用 题6。16图 所示的鉴相特性，则

0.8oedVradKK 045.86e 269 （3） 0042arcsinarcsin5210ioedVffKK

040.08710iff 则00.99913zfMH

题6。16图 开关乘法器作相位检测器的鉴相特性

6.17 如题6.17图所示锁相环中，输入信号频率的变化为100rad/si，鉴相器的25mV/raddA，VCO的3210rad/sVoA，310SRC，要求稳态相位误差为0.1rad，试确定放大器的增益A。

题6.17图

解：3110/radsRC，保证100/mrads的范围内，低通滤器能通过

0.1arcsinmdVKKK

因为e很小，所以上式可写成 331000.1sin251010mdVKKKK

得K=40。即要放大器的增益为40

6.17锁相环路采用无源比例积分滤波器，已知同步带10kHzLf，VCO的10kHz/VoA，试求鉴相灵敏度。

解：（1）如用正弦鉴相特性，则0HdVKFK 式中01F

44101/10mdVKVradK

（2）如用 题6。16图 所示的鉴相特性，0HdeVKFK，式中2e 270 则442102/012102HdeVKVradFK

6.18 某锁相环路PD的2V/raddA。VCO的4210rad/sVoA，中心频率310kHzof。输入信号频率61.0110ifHz，滤波器为无源积分滤波器，试求：

（1）稳态相位误差。

（2）VCO的直流控制电压。

（3）环路的同步范围。

解：设用正鉴相特性

（1）66421.011010arcsinarcsinarcsin0.5021210oedVKFK

030e

（2）sin20.51ddeUKV

（3）同步带44021210410HdVKFKrad/s

同步范围0022HH: