6.6 集成锁相环的应用一个已经锁定的环路，当输入信号稍有变化时，
VCO的频率立即发生相应的变化，最终使 。
oiff?
这种使压 控振荡器的振荡频率
of
随输入信号频率
if
变化而变化的性 能，称为环路的跟踪特性。
锁相环路通过环路滤波器的作用，具有窄带滤波特性，能将混进输入信号中的噪声和干扰滤除。
6.6
2、滤波特性锁相环路具有如下一些重要特性。
1、跟踪特性组成锁相环路的基本部件都易于采用模拟集成电路。环路实现数字化后，更易于采用数字集成电路。环路集成化为减小体积、降低成本、提高可靠性等提供了条件。
6.6
锁相环路是利用相位比较来产生误差电压。因而锁定时只有稳态相差，没有剩余频差。
3、锁定状态无剩余频差
4、易于集成化
6.6.1 锁相环路在调制与解调中的应用图 6.6.1为锁相环路调频器的方框图。
6.6.1
图 6.6.1 锁相环路调频器的方框图
1、锁相调频显然，锁相环调频器能克服直接调频中心频率稳定度不高的缺陷。若控制压控振荡器的调制信号首先经过微分，再对 VCO调频，即可实现载波跟踪型调相的功能。
6.6.1
实现调制的条件是调制信号的频谱要处于低通滤波器通带之外，并且调制指数不能太大。换句话说，
只要环路滤波器的带宽做的足够窄，使它的带宽低于调制频率的下限，调制信号就不能通过低通滤波器，
因而在锁相环内不能形成交流反馈，也就是调制频率对锁相环路无影响。
2、调频波锁相解调电路调频波锁相解调电路原理框图如图 6.6.2所示。
分析：设 VCO的频率控制特性满足：
oo o cdtt A tdt
(锁相解调原理框图动画）
则
o o cs s A V s
∵
ois H s s
且
oci
oo
s s s H sV s s
AA
设
c o s s i nF M im c fV t M t
即
c o simtt
相应的
c o s s i n s i n2mmift t t M t
6.6.1
而
i t?
的复振幅为：
mim j j
于是知：
mc m m
oo
HjjV j H j
A j A
当 PLL的带宽大于调频波中调制信号的带宽时，
1Hj
m
cm
o
V A
那么所得到的解调输出电压为
c o smc
o
ttA
实现了线性解调。
需要说明的是,在调频波锁相解调电路中，为了实现不失真的解调，环路的捕捉带必须大于输入调频波的最大频偏，环路的带宽必须大于输入调频信号中调制信号的频谱宽度。
图 6.6.3为采用 L562组成的调频波锁相解调器的外接电路。
6.6.1
图 6.6.3 采用 L562组成的调频波锁相解调器的外接电路例题 6.6.1 用图 6.6.4所示的锁相环路实现调频波的解调。设环路的输入信号 3( ) c os( 10 sin 2 10 )
i im rt V t t，已知 25 0 m V /r a ddA?,1 40A?
30 2 25 10 r a d/sA,有源比例积分滤波器的参数为 1 17,7 kΩR?,
2 0.9 4kΩR?,0.03μFC?,试求放大器输出 1kHz的音频电压振幅 mV?
。
图 6.6.4 例题 6.6.1图
6.6.1
解,已知有源比例 LF的传递函数为
22
11
11
F
s R C sAs
s R C s
代入
12R R C、,
值,得
6 62,8 1 0 15 3 1 1 0F sAs s
而环路的闭环传递函数：
01
01
dF
dF
A A A A sHs
s A A A A s
代入 01dA A A 值,得
33
2 3 9
8 3,4 1 0 3 5,5 1 0
8 3,4 1 0 2,9 6 1 0
sHs
ss
令 sj 得到频率特性
33
2 3 9
8 3,4 1 0 3 5,5 1 0
8 3,4 1 0 2,9 6 1 0
jHj
j
若 2 F,1kHzF?,代入
33
3
2 6 9 3
8 3,4 1 0 3 5,5 1 02 1 0
4 1 0 2,9 6 1 0 8 3,4 1 0
jHj
j
6.6.1
63
63
2 9 6 0,7 1 0 8 3,4 1 0 1
2 9 6 0 3 9,4 4 1 0 8 3,4 1 0
j
j
故 3
3
00
2 0 1 0 0,4
5 0 1 0
m
c m m m
HjVV
AA
3c o s 2 1 0mt V t
0,4 VmV
而由于
3s i n 1 0 s i n 2 1 0i im rV t t
∴ 31 0 s in 2 1 0
i tt
33
33
1 0 c o s 2 1 0 2 1 0
2 0 1 0 c o s 2 1 0
i tt
t
而 32 0 1 0
m
（ rad/s）
利用锁相环的频率跟踪特性，就能够得到所需要的同步信号。然而，由于锁相环中的乘积型鉴相器的输入信号中,VCO输出电压与输入已调信号的载波电压之间有
2?
的固定相移，所以用作同步信号时应考虑到能够得 到同步信号。
实现电路框图如图 6.6.5所示。
6.6.1
3、调幅信号的同步解调这一 点，即需要将 VCO的输出信号经
2?
相移网络，才图 6.6.5 同步检波实现电路框图图 6.6.6所示是由通用多功能集成锁相环路
NE56lB作为 AM信号同步检波器的外接线图。
6.6.1
（锁相检波器动画）
图 6.6.6 由通用多功能集成锁相环路 NE56lB作为 AM信号同步检波器的外接线图
6.6.2 锁相接收机（ PLL Receiver）
锁相接收机框图如 图 6.6.7所示。它实际是一个窄带跟踪环路。
6.6.2
图 6.6.7 锁相接收机框图地面卫星接收站在接收卫星信号时，由于卫星不停的绕地球飞行（由于多卜勒效应），再加上卫星离地面较远，卫星发射功率小，天线增益低，地面接收到的信号 不仅微弱，而且接收到的信号频率将偏离卫星发射的信号频率，且在很大范围内变化。
此时若采用普通接收机，不仅需要接收机有较大的带宽，而且接收下来的输出信号信噪比太大，无法有效的检出有用信号。若采用锁相接收机，利用 PLL的窄带频率跟踪特性，可以很好的解决上述问题。
若
i?
为已调信号，只需将混频后的中频信号经解调器进行解调，即可获得调制信号。若需载波信息，可经窄带
6.6.2
设输入信号角频率：
id
，
d?
多卜勒频移。
当环路锁定时，
ir
此时中放的带宽可以做得很窄，保证 PD输入端有足够的信噪比。
同时 VCO的
o?
中反映多卜勒频移的信息送测速系统，
可以 作为测卫星运动速度的数据。
带通滤波器提出。
6.6.3 锁相倍频、分频和混频图 6.6.8所示为锁相倍频框图。当环路锁定时，鉴相器的两个输入信号频率相等，即
oi
N
或
oiN
6.6.3
1、锁相倍频与分频电路图 6.6.8 锁相倍频框图若将图 6.6.8中的 N分频器改为 N倍频器，即可实现分频的功能。
（锁相倍频电路原理动画）
图 6.6.9为由锁相环组成的锁相混频器框图。
图 6.6.9 锁相混频框图
2、锁相混频电路
（锁相混频电路原理动画）
当环路锁定时，
i o L
，即
o L i
因而环路实现了混频作用。
要看 VCO输出角频率
o?
是高于
L?
还是低于
L?
6.6.3
o?
取
o L i
，还是取
o L i
至于,
时，当 高于
L? o?
取
Lio? ；
L?
时，
o?
取
Li
。当 低于
o?
VCO的频率立即发生相应的变化，最终使 。
oiff?
这种使压 控振荡器的振荡频率
of
随输入信号频率
if
变化而变化的性 能，称为环路的跟踪特性。
锁相环路通过环路滤波器的作用，具有窄带滤波特性，能将混进输入信号中的噪声和干扰滤除。
6.6
2、滤波特性锁相环路具有如下一些重要特性。
1、跟踪特性组成锁相环路的基本部件都易于采用模拟集成电路。环路实现数字化后，更易于采用数字集成电路。环路集成化为减小体积、降低成本、提高可靠性等提供了条件。
6.6
锁相环路是利用相位比较来产生误差电压。因而锁定时只有稳态相差，没有剩余频差。
3、锁定状态无剩余频差
4、易于集成化
6.6.1 锁相环路在调制与解调中的应用图 6.6.1为锁相环路调频器的方框图。
6.6.1
图 6.6.1 锁相环路调频器的方框图
1、锁相调频显然，锁相环调频器能克服直接调频中心频率稳定度不高的缺陷。若控制压控振荡器的调制信号首先经过微分，再对 VCO调频，即可实现载波跟踪型调相的功能。
6.6.1
实现调制的条件是调制信号的频谱要处于低通滤波器通带之外，并且调制指数不能太大。换句话说，
只要环路滤波器的带宽做的足够窄，使它的带宽低于调制频率的下限，调制信号就不能通过低通滤波器，
因而在锁相环内不能形成交流反馈，也就是调制频率对锁相环路无影响。
2、调频波锁相解调电路调频波锁相解调电路原理框图如图 6.6.2所示。
分析：设 VCO的频率控制特性满足：
oo o cdtt A tdt
(锁相解调原理框图动画）
则
o o cs s A V s
∵
ois H s s
且
oci
oo
s s s H sV s s
AA
设
c o s s i nF M im c fV t M t
即
c o simtt
相应的
c o s s i n s i n2mmift t t M t
6.6.1
而
i t?
的复振幅为：
mim j j
于是知：
mc m m
oo
HjjV j H j
A j A
当 PLL的带宽大于调频波中调制信号的带宽时，
1Hj
m
cm
o
V A
那么所得到的解调输出电压为
c o smc
o
ttA
实现了线性解调。
需要说明的是,在调频波锁相解调电路中，为了实现不失真的解调，环路的捕捉带必须大于输入调频波的最大频偏，环路的带宽必须大于输入调频信号中调制信号的频谱宽度。
图 6.6.3为采用 L562组成的调频波锁相解调器的外接电路。
6.6.1
图 6.6.3 采用 L562组成的调频波锁相解调器的外接电路例题 6.6.1 用图 6.6.4所示的锁相环路实现调频波的解调。设环路的输入信号 3( ) c os( 10 sin 2 10 )
i im rt V t t，已知 25 0 m V /r a ddA?,1 40A?
30 2 25 10 r a d/sA,有源比例积分滤波器的参数为 1 17,7 kΩR?,
2 0.9 4kΩR?,0.03μFC?,试求放大器输出 1kHz的音频电压振幅 mV?
。
图 6.6.4 例题 6.6.1图
6.6.1
解,已知有源比例 LF的传递函数为
22
11
11
F
s R C sAs
s R C s
代入
12R R C、,
值,得
6 62,8 1 0 15 3 1 1 0F sAs s
而环路的闭环传递函数：
01
01
dF
dF
A A A A sHs
s A A A A s
代入 01dA A A 值,得
33
2 3 9
8 3,4 1 0 3 5,5 1 0
8 3,4 1 0 2,9 6 1 0
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令 sj 得到频率特性
33
2 3 9
8 3,4 1 0 3 5,5 1 0
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jHj
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若 2 F,1kHzF?,代入
33
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j
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故 3
3
00
2 0 1 0 0,4
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m
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AA
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0,4 VmV
而由于
3s i n 1 0 s i n 2 1 0i im rV t t
∴ 31 0 s in 2 1 0
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2 0 1 0 c o s 2 1 0
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t
而 32 0 1 0
m
（ rad/s）
利用锁相环的频率跟踪特性，就能够得到所需要的同步信号。然而，由于锁相环中的乘积型鉴相器的输入信号中,VCO输出电压与输入已调信号的载波电压之间有
2?
的固定相移，所以用作同步信号时应考虑到能够得 到同步信号。
实现电路框图如图 6.6.5所示。
6.6.1
3、调幅信号的同步解调这一 点，即需要将 VCO的输出信号经
2?
相移网络，才图 6.6.5 同步检波实现电路框图图 6.6.6所示是由通用多功能集成锁相环路
NE56lB作为 AM信号同步检波器的外接线图。
6.6.1
（锁相检波器动画）
图 6.6.6 由通用多功能集成锁相环路 NE56lB作为 AM信号同步检波器的外接线图
6.6.2 锁相接收机（ PLL Receiver）
锁相接收机框图如 图 6.6.7所示。它实际是一个窄带跟踪环路。
6.6.2
图 6.6.7 锁相接收机框图地面卫星接收站在接收卫星信号时，由于卫星不停的绕地球飞行（由于多卜勒效应），再加上卫星离地面较远，卫星发射功率小，天线增益低，地面接收到的信号 不仅微弱，而且接收到的信号频率将偏离卫星发射的信号频率，且在很大范围内变化。
此时若采用普通接收机，不仅需要接收机有较大的带宽，而且接收下来的输出信号信噪比太大，无法有效的检出有用信号。若采用锁相接收机，利用 PLL的窄带频率跟踪特性，可以很好的解决上述问题。
若
i?
为已调信号，只需将混频后的中频信号经解调器进行解调，即可获得调制信号。若需载波信息，可经窄带
6.6.2
设输入信号角频率：
id
，
d?
多卜勒频移。
当环路锁定时，
ir
此时中放的带宽可以做得很窄，保证 PD输入端有足够的信噪比。
同时 VCO的
o?
中反映多卜勒频移的信息送测速系统，
可以 作为测卫星运动速度的数据。
带通滤波器提出。
6.6.3 锁相倍频、分频和混频图 6.6.8所示为锁相倍频框图。当环路锁定时，鉴相器的两个输入信号频率相等，即
oi
N
或
oiN
6.6.3
1、锁相倍频与分频电路图 6.6.8 锁相倍频框图若将图 6.6.8中的 N分频器改为 N倍频器，即可实现分频的功能。
（锁相倍频电路原理动画）
图 6.6.9为由锁相环组成的锁相混频器框图。
图 6.6.9 锁相混频框图
2、锁相混频电路
（锁相混频电路原理动画）
当环路锁定时，
i o L
，即
o L i
因而环路实现了混频作用。
要看 VCO输出角频率
o?
是高于
L?
还是低于
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6.6.3
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至于,
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