鎖相環(huán)是什么？鎖相環(huán)原理及鎖相環(huán)在調(diào)制和解調(diào)電路中的應(yīng)用

　　鎖相環(huán)就是鎖定相位的環(huán)路，它一種典型的反饋控制電路，利用外部輸入的參考信號(hào)控制環(huán)路內(nèi)部振蕩信號(hào)的頻率和相位，實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)頻率對(duì)輸入信號(hào)頻率的自動(dòng)跟蹤，一般用于閉環(huán)跟蹤電路。是無線電發(fā)射中使頻率較為穩(wěn)定的一種方法，主要有VCO（壓控振蕩器）和PLL IC （鎖相環(huán)集成電路），壓控振蕩器給出一個(gè)信號(hào)，一部分作為輸出，另一部分通過分頻與PLL IC所產(chǎn)生的本振信號(hào)作相位比較，為了保持頻率不變，就要求相位差不發(fā)生改變，如果有相位差的變化，則PLL IC的電壓輸出端的電壓發(fā)生變化，去控制VCO，直到相位差恢復(fù)，達(dá)到鎖相的目的。能使受控振蕩器的頻率和相位均與輸入信號(hào)保持確定關(guān)系的閉環(huán)電子電路。

　　鎖相環(huán)的工作原理

　　1.壓控振蕩器的輸出經(jīng)過采集并分頻；

　　2.和基準(zhǔn)信號(hào)同時(shí)輸入鑒相器；

　　3.鑒相器通過比較上述兩個(gè)信號(hào)的頻率差，然后輸出一個(gè)直流脈沖電壓；

　　4.控制VCO，使它的頻率改變；

　　5.這樣經(jīng)過一個(gè)很短的時(shí)間，VCO的輸出就會(huì)穩(wěn)定于某一期望值。

　　鎖相環(huán)可用來實(shí)現(xiàn)輸出和輸入兩個(gè)信號(hào)之間的相位同步。當(dāng)沒有基準(zhǔn)（參考）輸入信號(hào)時(shí)，環(huán)路濾波器的輸出為零（或?yàn)槟骋还潭ㄖ担＿@時(shí)，壓控振蕩器按其固有頻率fv進(jìn)行自由振蕩。當(dāng)有頻率為fR的參考信號(hào)輸入時(shí)，uR和uv同時(shí)加到鑒相器進(jìn)行鑒相。如果fR和fv相差不大，鑒相器對(duì)uR和uv進(jìn)行鑒相的結(jié)果，輸出一個(gè)與uR和uv的相位差成正比的誤差電壓ud，再經(jīng)過環(huán)路濾波器濾去ud中的高頻成分，輸出一個(gè)控制電壓uc，uc將使壓控振蕩器的頻率fv（和相位）發(fā)生變化，朝著參考輸入信號(hào)的頻率靠攏，最后使fv=fR，環(huán)路鎖定。環(huán)路一旦進(jìn)入鎖定狀態(tài)后，壓控振蕩器的輸出信號(hào)與環(huán)路的輸入信號(hào)（參考信號(hào)）之間只有一個(gè)固定的穩(wěn)態(tài)相位差，而沒有頻差存在。這時(shí)就稱環(huán)路已被鎖定。

　　鎖相環(huán)的組成

　　鎖相環(huán)通常由鑒相器（PD）、環(huán)路濾波器（LF）和壓控振蕩器（VCO）三部分組成，鎖相環(huán)組成的原理框圖如圖8-4-1所示。鎖相環(huán)中的鑒相器又稱為相位比較器，它的作用是檢測輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的相位差，并將檢測出的相位差信號(hào)轉(zhuǎn)換成uD（t）電壓信號(hào)輸出，該信號(hào)經(jīng)低通濾波器濾波后形成壓控振蕩器的控制電壓uC（t），對(duì)振蕩器輸出信號(hào)的頻率實(shí)施控制。

　　鎖相環(huán)在調(diào)制和解調(diào)中的應(yīng)用

　　為了實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)距離傳輸，在發(fā)信端通常采用調(diào)制的方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，收信端接收到信號(hào)后必須進(jìn)行解調(diào)才能恢復(fù)原信號(hào)。

　　所謂的調(diào)制就是用攜帶信息的輸入信號(hào)ui來控制載波信號(hào)uC的參數(shù)，使載波信號(hào)的某一個(gè)參數(shù)隨輸入信號(hào)的變化而變化。載波信號(hào)的參數(shù)有幅度、頻率和位相，所以，調(diào)制有調(diào)幅（AM）、調(diào)頻（FM）和調(diào)相（PM）三種。

　　調(diào)幅波的特點(diǎn)是頻率與載波信號(hào)的頻率相等，幅度隨輸入信號(hào)幅度的變化而變化；調(diào)頻波的特點(diǎn)是幅度與載波信號(hào)的幅度相等，頻率隨輸入信號(hào)幅度的變化而變化；調(diào)相波的特點(diǎn)是幅度與載波信號(hào)的幅度相等，相位隨輸入信號(hào)幅度的變化而變化。調(diào)幅波和調(diào)頻波的示意圖如圖8-4-4所示。

　　上圖的（a）是輸入信號(hào)，又稱為調(diào)制信號(hào)；圖（b）是載波信號(hào)，圖（c）是調(diào)幅波和調(diào)頻波信號(hào)。

　　解調(diào)是調(diào)制的逆過程，它可將調(diào)制波uO還原成原信號(hào)ui。

　　鎖相環(huán)在調(diào)頻和解調(diào)電路中的應(yīng)用

　　調(diào)頻波的特點(diǎn)是頻率隨調(diào)制信號(hào)幅度的變化而變化。由8-4-6式可知，壓控振蕩器的振蕩頻率取決于輸入電壓的幅度。當(dāng)載波信號(hào)的頻率與鎖相環(huán)的固有振蕩頻率ω0相等時(shí)，壓控振蕩器輸出信號(hào)的頻率將保持ω0不變。若壓控振蕩器的輸入信號(hào)除了有鎖相環(huán)低通濾波器輸出的信號(hào)uc外，還有調(diào)制信號(hào)ui，則壓控振蕩器輸出信號(hào)的頻率就是以ω0為中心，隨調(diào)制信號(hào)幅度的變化而變化的調(diào)頻波信號(hào)。由此可得調(diào)頻電路可利用鎖相環(huán)來組成，由鎖相環(huán)組成的調(diào)頻電路組成框圖如圖8-4-5所示。

　　根據(jù)鎖相環(huán)的工作原理和調(diào)頻波的特點(diǎn)可得解調(diào)電路組成框圖如圖8-4-6所示。

　　鎖相環(huán)在頻率合成電路中的應(yīng)用

　　在現(xiàn)代電子技術(shù)中，為了得到高精度的振蕩頻率，通常采用石英晶體振蕩器。但石英晶體振蕩器的頻率不容易改變，利用鎖相環(huán)、倍頻、分頻等頻率合成技術(shù)，可以獲得多頻率、高穩(wěn)定的振蕩信號(hào)輸出。

　　輸出信號(hào)頻率比晶振信號(hào)頻率大的稱為鎖相倍頻器電路；輸出信號(hào)頻率比晶振信號(hào)頻率小的稱為鎖相分頻器電路。鎖相倍頻和鎖相分頻電路的組成框圖如圖8-4-7所示。

　　圖中的N大于1時(shí)，為分頻電路；當(dāng)0《1時(shí)，為倍頻電路。