锁相环路基本工作原理

一、框图与各部分作用

·框图

·各部分的作用

▲ PD——产生误差电压

▲ LF——产生控制电压

▲ VCO——产生瞬时输出频率

二、环路工作原理

1.原理与环路锁定的充分必要条件

·原理

PLPLL环路在某一因素作用下,利用输入与输出信号的相位差产生误差电压,并滤除其中非线性成分与噪声后的纯净控制信号控制压控振荡器,使朝着缩小固有角频差方向变化,一旦趋向很小常数(称为剩余相位差)时,则锁相环路被锁定了,即

·充分必要条件

充分

2.举例说明 (以一阶锁相环为例)

锁定未锁定锁定锁定锁定锁锁定

可可见,环路锁定过程中是从0～2π周期的变化,若干周期后使,则环路被锁定。

三、环路相位模式和环路方程

1.相位模式

　①求环路中各部件的数学表示式与数学模式

　A.鉴相器(PD)

乘积型积型

叠加型 加型

　　其中：

　

　若上述经PD输出的误差电压可表示为

　

　则数学模型为

　B.环路滤波器(LF)

环

　C.压控振荡器(VCO)

　②环路的相位模型

　

2.环路方程及其物理意义

　①方程

　②物理意义

a)各项的物理意义

b)方程的物理意义: 在任何时候环路开环输入固有角频率永远恒等于环路闭环瞬时角频差和环路控制角频差之和。在锁定过程瞬时角频差逐渐减小,控制角频差逐渐增大,它们之和永远恒等于开环时输入固有角频差。

3.结论

①只有环路锁定时,瞬时角频差为0,才实现 了了频率准确跟踪。

②环路进入锁定的条件为显然

　愈大愈小，环路稳定性愈好。

③环路锁定过程是变化的,所以是交 变变的电压;一旦锁定为直流电压。

④环路方程是非线性微分方程,其中非线性取决于鉴相器,而微分方程阶数取决于环路滤波器多项式F(P)的阶数。

四、环路滤波器

　　常用的环路滤波器有：

　　1.RC积分滤波器波器 电压传输系数为：

器,

　若作为环路滤波器

其中 中 , F(s)为一个极点而无零点的多项式

2.无源RC比例积分滤波器

电压传输系数为:

电压

若作为环路滤波器:

其中 ,

F(s)为一个极点一个零点的多项式

3.有源RC比例积分(或RC 理想积分)滤波器

电压传输系数为:

　　　　　　　　

其中 , ,F(S)为一个极点一个零点的多项式因为极点在原点,所以是理想的积分环节。