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​锁相环的基本构成及工作原理、作用用途

2022-11-15 11:37
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锁相环作为常见的电子电路,一直以来是电子工程师最头痛的电路设计之一,然后依然有很多小白甚至电子人都不清楚锁相环的基本构成及工作原理、作用用途,所以本文将重点聊聊这些问题,希望对小伙伴们有所帮助。

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一般来说,相环由以下三个基本部件组成:鉴相器(PD)、 环路滤波器(LPF)和压控振荡器(VC0)。

锁相环的工作原理: 

1、压控振荡器的输出经过采集并分频;

2、和基准信号同时输入鉴相器;

3、鉴相器通过比较上述两个信号的频率差,然后输出-一个直流脉冲电压;

4、控制VC0,使它的频率改变;

5、这样经过一个很短的时间,VCO的输出就会稳定于某一期望值。锁相环可用来实现输出和输入两个信号之间的相位同步。当没有基准(参考)输入信号时,环路滤波器的输出为零(或为某- -固定值)。这时,压控振荡器按其固有频率fv进行自由振荡。当有频率为fr的参考信号输入时,Ur和Uv同时加到鉴相器进行鉴相。如果fr和fv相差不大,鉴相器对Ur和Uv进行鉴相的结果,输出一个与Ur和Uv的相位差成正比的误差电压Ud,再经过环路滤波器滤去Ud中的高频成分,输出一个控制电压Uc,Uc 将使压控振荡器的频率fv (和相位)发生变化,朝着参考输入信号的频率靠拢,最后使fv= fr,环路锁定。环路一旦进入锁定状态后,压控振荡器的输出信号与环路的输入信号(参考信号)之间只有一个固定的稳态相位差,而没有频差存在。这时我们就称环路已被锁定。

(1)鉴相环(或相位比较器,记为PD或PC):是完成相位比较的单元,用来比较输入信号和基准信号的之间的相位。它的输出电压正比于两个输入信号之相位差。

(2)低通滤波器(LPF):是个线性电路,其作用是滤除鉴相器输出电压中的高频分量,起平滑滤波的作用。通常由电阻、电容或电感等组成,有时也包含运算放大器。

(3)压控振荡器(VC0):振荡频率受控制电压控制的振荡器,而振荡频率与控制电压之间成线性关系。在PLL (锁相环)中,压控振荡器实际上是把控制电压转换为相位。


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