自动相位控制电路：APC的工作原理和应用

AFC电路是以消除频率误差为目的反馈控制电路。由于它的基本原理是利用频率误差电压去消除频率误差，所以当电路达到平衡状态之后，必然会有剩余频率误差存在，即频率误差不可能为零。这是它固有的缺点。自动相位控制电路又叫锁相环路，是一种以消除频率误差为目的的反馈控制电路。但它的基本原理是利用相位误差去消除频率误差，所以当电路达到平衡状态时，虽然有剩余相位误差存在，但频率误差可以降低到零，从而实现无频率误差的频率跟踪和相位跟踪。

锁相环是一个相位负反馈控制系统。它由鉴相器、环路滤波器和电压控制振荡器3个基本部件组成，如图8-3-1所示。

图8-3-1　锁相环的基本构成

设参考信号为

式中，Ur为参考信号的振幅，ωr为参考信号的载波角频率，θr(t)为其载波相位ωrt为参考时的瞬时相位。若参考信号是未调载波时，则θr(t)等于常数。

式中，U0为输出信号振幅，ω0为压控振荡器的自由振荡角频率，θ0(t)为信号以其载波相位ω0t为参考的瞬时相位，在VCO（压控振荡器）未受控之前它是常数，受控后它是时间的函数。则两信号之间的瞬时相差为

由频率和相位之间的关系可得两信号之间的瞬时频差为

鉴相器是相位比较器，它把输出信号u0(t)和参考信号ur(t)的相位进行比较，产生对应于两信号相位差θe(t)的误差电压ud(t)。环路滤波器的作用是滤除误差电压ud(t)中的高频成分，提高系统的稳定性。压控振荡器受控制电压uc(t)的控制。uc(t)使压控振荡器的频率向参考信号的频率靠近，于是两者频率之差越来越小，直至频差消除而被锁定，这个过程称为捕获或捕捉。当环路锁定后，式（8-3-3）最终为一固定的稳态值，故

此时，输出信号的频率已经偏离了原来的自由振荡频率ω0，其偏移量为

这时输出信号的工作频率已经变为(www.xing528.com)

由此可见，通过锁相环的相位跟踪作用，最终可以实现输出信号与参考信号同步，两者之间不存在频差而只存在很小的稳态相差。

锁相环路应用极其广泛，下面介绍3种应用电路。