自动频率控制的工作原理

核心提示实现自动频率控制功能的电路简称AFC环。AFC环主要由鉴频器和受控本地振荡器等部件构成。后者大多采用压控振荡器,它能使中频在输入信号频率和本地受控震荡频率发生变化时尽量保持稳定。鉴频器的作用是检测中频的频偏,并输出误差电压。闭环时,输出误差

实现自动频率控制功能的电路简称AFC环。AFC环主要由鉴频器和受控本地振荡器等部件构成。后者大多采用压控振荡器,它能使中频在输入信号频率和本地受控震荡频率发生变化时尽量保持稳定。鉴频器的作用是检测中频的频偏,并输出误差电压。闭环时,输出误差电压使受控震荡器的震荡频率偏离减小,从而把中频拉向额定值。这种频率负反馈作用经过AFC环反复循环调节,最后达到平衡状态,从而使系统的工作频率保持稳定且偏差较小。

图1是一个通信系统的自动频率控制电路的基本组成方框图。其中被控对象是压控振荡器(VCO)。反馈系统由混频器、差频放大器、限幅鉴频器和放大器等组成。频率误差经混频器检测出,并经差频放大、限幅鉴频和放大器转换成电压误差信号去控制压控振荡器。

图1自动频率控制电路基本方框图

混频期环路的输入量为输入信号uR(t)的角频率ωR,输出量是VCO的振荡角频率ω0,它们之间的关系可根据要求而定。根据通信系统的要求,它们之间的关系应满足

ω0-ωR=ωe0 (1)

ωR-ω0=ωe0 (2)

式中ωe0为固定角频率,差频放大器的中心频率ωI=ωe0。

当ω0与ωR的关系满足(1)或(2)时,因鉴频器的中心频率选在ωe0,则其输出误差电压为零,VCO不受控制,环路没有控制作用。

当ωR一定,ω0因某种不稳定因素发生变化,其变化值比未加控制时的振荡角频率ω0大△ω0。由(1)知,混频器输出电压ue(t)中角频率比ωe0增加△ωe0=△ω。,经限幅鉴频后输出误差电压ud(t),在经放大器放大并加到VCO上,使VCO的振荡频率减小。这个减小量使得角频率由△ωe0小到△ω′e0,在新的误差角频率作用下,再经限幅鉴频放大,使VCO的振荡频率继续减小。如此多次循环,与锁相环路相似,最后环路达到锁定状态。因环路传输的是频率,故锁定后环路存在误差角频率,称为剩余角频率误差,用△ωe∞表示。实际上,自动频率控制电路是将大的起始角频率误差△ωe0通过环路的调节作用减小到较小的剩余角频率误差△ωe∞。

同理,当ω0一定,ωR变化△ωR时,通过环路的自动调节,也能使使VCO的振荡角频率跟随ωR变化,使误差角频率|ωe0|减小到|△ωe∞|。剩余角频率误差△ωe∞的大小除了与起始角频差△ω。有关外,还决定于鉴频特性和VCO的调整特性。

输出信号频率等于两输入信号频率之和、差或为两者其他组合的电路。混频器通常由非线性元件和选频回路构成。

混频电路示意图:

变频,是将信号频率由一个量值变换为另一个量值的过程。具有这种功能的电路称为变频器(或混频器)。

一般用混频器产生中频信号:

混频器将天线上接收到的信号与本振产生的信号混频,cosαcosβ=[cos(α+β)+cos(α-β)]/2

可以这样理解,α为信号频率量,β为本振频率量,产生和差频。当混频的频率等于中频时,这个信号可以通过中频放大器,被放大后,进行峰值检波。检波后的信号被视频放大器进行放大,然后显示出来。由于本振电路的振荡频率随着时间变化,因此频谱分析仪在不同的时间接收的频率是不同的。

当本振振荡器的频率随着时间进行扫描时,屏幕上就显示出了被测信号在不同频率上的幅度,将不同频率上信号的幅度记录下来,就得到了被测信号的频谱。

从频谱观点看,混频的作用就是将已调波的频谱不失真地从fc搬移到中频的位置上,因此,混频电路是一种典型的频谱搬移电路,可以用相乘器和带通滤波器来实现这种搬移

 
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