基于MATLAB锁相环PPT格式课件下载.ppt
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因此,研究锁相环具有重要意义。
基本原理,1.鉴相器(PD)是相位比较装置,它把输出信号)和参考信号的相位进行比较,产生对应于两信号相位差)的误差电压。
完成相位电压的变换作用。
2.环路滤波器(LPF)是一个线性低通滤波器,用来滤除误差电压中的高频成份和调整环路参数,以保证环路所要求的性能,提高系统的稳定性。
3.压控振荡器(VCO)是一个电压频率变换装置,受控制电压的控制,使压控振荡器的频率向参考信号的频率靠近,也就是使两者频率之差越来越小,直至消除频差而锁定。
1.基本组成,基本原理,tt。
时,PLL为锁定状态。
当t=t。
时,输入信号频率有一个小的阶跃(为了分析简单,假设阶跃频率比较小),输入信号的相位领先于输出信号,两者的相位差将开始随着时间增加,导致鉴相器产生一个随时间增加的输出信号ud(t),该信号经过低通滤波器滤波,经一定延迟,产生控制信号uc(t),它也随时间增加。
因此压控振荡器的频率也增加,这会减小输出信号与输入信号的相位差。
经过一定的时间,振荡器的振荡频率将调节到与输入信号的频率相等。
2.PLL的响应过程,基本原理,3.基本原理,1.当相位差为一个固定的值时,锁相环频率相等。
2.锁相环频率相等,相位差保持不变。
3.当频率相等,存在恒定的相位误差时,这个相位差经鉴相器和环路滤波器转化为直流控制电压控制VCO的振荡频率使频率相等。
4.当频率不等时,相位差不为恒定值,鉴相器的输出电压发生变化,调整VCO的振荡频率,直至频率相等。
工作任务,本次设计的任务1.在输入信号的相位发生阶跃变化时,分析锁相环性能;
2分析调制作用。
1.,2.,调制作用,锁定性能,1.一阶锁相环,1.一阶锁相环的传输函数的时域响应,2.一阶锁相环误差传输函数时域响应,当输入相位发生阶跃变化时,如1所示。
KdKv=1,建立时间t1=1.58。
KdKv=4,建立时间t2=0.4。
当增益增大时,建立时间较短。
当输入相位发生阶跃变化时,如2所示。
KdKv=1,建立时间t3=1.59。
KdKv=4,建立时间t4=0.37。
当增益增大时,建立的时间较短。
锁定性能,2.二阶锁相环,1.二阶锁相环的传输函数的时域响应,2.二阶锁相环误差传输函数时域响应,当输入相位发生阶跃变化时,如1所示。
锁定性能,3.一阶锁相环与二阶锁相环比较,传输函数,误差函数,针对KdKv=1,分析,但是在实际应用中很少用到,因为它没有环路滤波器,环路高频成分不能被滤除。
一阶锁相环建立时间较短,振荡较小。
环路性能,1.鉴相器输出,1,2,随着时间的增大,ud先增大后减小,最后趋于0,也就是锁相环锁定。
其中达到波峰值的时间为0.1,趋于稳定的时间为1.91。
图2为相位误差响应,变化与ud一致,为鉴相器的输入。
由公式ud=Kde可知,当出现相位差e时,引起ud变化。
鉴相器完成相位电压的变换作用。
数学模型是增益模块。
ud=Kde,2.低通滤波器输出,低通滤波器的输出增加,即为压控振荡器的输入。
幅值随着时间先增大后减小,并趋于稳定。
稳定时间为1.89。
环路滤波器作用可以滤除误差电压ud中的高频分量。
具有低通特性。
数学模型为,环路性能,3.压控振荡器,压控振荡器是一个电压频率变换装置,振荡频率wv应随输入控制电压uc线性地变化。
数学模型,当输入信号发生阶跃变化时,环路滤波器的输出逐渐升高,从而导致压控振荡器的频率发生变化来减少环路滤波器的相位误差。
压控振荡器起的是积分器得作用,并且斜率为1.,综上所述,锁相环的响应过程可以这样描述:
输入信号的相位领先于输出信号,两者的相位差将开始随着时间增加,导致鉴相器产生一个随时间增加的输出信号,该信号经过低通滤波器滤波,经一定延迟,产生控制信号,它也随时间增加。
环路性能,阻尼系数对稳定性的影响,稳定性能,是锁相环的常取值。
调制作用,1.原理,调频波的特点是频率随调制信号幅度的变化而变化。
压控振荡器的振荡频率取决于输入电压的幅度。
根据锁相环的工作原理和调频波的特点可得解调电路组成框图,因为调频信号的频率随调制信号振幅的变化而变化,当调制信号的幅度为零时,调频波的频率称为中心频率。
调制作用,2.波形,其中我们设置载波频率fc为200。
当调制信号振幅为-2时,中间信号的频率小于中心频率,当调制信号振幅为2时,左边信号的频率大于中心频率。
当调制信号振幅为0时,调频波频率与压控振荡器频率(中心频率)与相等,图中右边信号,我们也可用公式验证:
左边信号:
中间信号:
结论,本次论文完成内容:
(1)根据仿真波形,分析一,二阶锁相环的锁定性能,并对二者进行了比较。
(2)分别对锁相环基本模块的输出进行仿真,根据仿真波形,分析环路性能。
(3)根据仿真波形,分析不同阻尼系数对稳定性能的影响。
(4)根据仿真波形,分析锁相环的调制作用。
本次设计运用MATLAB进行仿真,在输入信号发生阶跃的基础上,分析锁相环的锁定性能,环路性能和稳定性能。
最后分析了锁相环的调制作用。