图5-7 RC积分滤波器电路组成
RuiCuO令p?j?，并代入式（5-1），即可得到滤波器的频率特性 F(t)?11?j??1作为对数频率特性，如图5-8。可见，它具有低通特性，且相位滞后。当频率很高时，幅度趋于零，相位滞后接近于?2。
20lg F(j )/dB0-3
-6dB/±??μ3ìo( )0 ¨?￡?êy?ì?è￡?¨?￡?êy?ì?è￡?-45-90图5-8 RC积分滤波器的对数频率特性 ②、无源比例积分滤波器
无源比例积分滤波器如图5-9所示，它与RC积分滤波器相比，附加了一个与电容器相串联的电阻R2，这样就增加了一个可调参数，它的传输算子为： （5-2） F(p)?式中?1?(R1?R2)C；?2?R2C。
1??2p1??1pF(j?)?这是两个独立可调的参数，其频率响应为：
R11?j??21?j??1uiR 2uO C 图5-9 无源比例积分滤波器电路组成
据此可作出对数频率特性，如图5-10所示。这也是一个低通滤波器，与RC积分滤波器不同
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R2F(j?)????的是，当频率很高时 等于电阻的分压比，这就是滤波器的比例作用。
R1?R2从相频特性上看，当频率很高时有相位超前校正的作用，这是由相位超前因子1?j??2引起的。这个相位超前作用对改善环路的稳定性是有用的。
20lg21lg212120lg F(j ) /dB0-3-6dB/±??μ3ì 0112o( )¨?￡?êy?ì?è￡?¨?￡?êy?ì?è￡?112 1-45
arctg21212-90图5-10 无源比例积分滤波器的对数频率特性
③有源比例积分滤波器
有源比例积分滤波器由运算放大器组成，电路如图5-11所示，它的传输算子
F(p)??A1?p?2 式中?1?(R1?AR1?R2)C；?2?R2C。
1?p?1A是运算放大器无反馈时的电压增益。
F(p)??A1?p?21?p?11?p?2??A1?pAR1C1?p?2??ApAR1C1?P?2??PR1CR2CA若运算放大器的增益A很高，则
uiR1I2-AuauO 图5-11 有源比例积分滤波器电路组成
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式中负号表示滤波器输出和输入电压之间相位相反。假如环路原来工作在鉴相特性的正斜率处，那么加入有源比例积分滤波器之后就自动地工作到鉴相特性的负斜率处，其负号与有源比例积分滤波器的负号相抵消。因此，这个负号对环路的工作没有影响，分析时可以不予考虑。故传输算子可以近似为F(p)?1?p?2 （5-3） p?1式中?1?R1C。式（5-3）传输算子的分母中只有一个p，是一个积分因子，故高增益的有源比例积分滤波器又称为理想积分滤波器。显然，A越大就越接近理想积分滤波器。此滤波器的频率响应为 F(j?)?1?j??2j??1其对数频率特性见图5-12。可见它具有低通特性和比例作用，相频特性也有超前校正。
严格说来，在频率极低的情况下，近似条件??1??1不能成立，上述近似特性也就不适宜了。在有些场合，例如分析稳定性时，应加以注意。
21lg20lg
20lg F(j ) /dB
2
21
21
0
-6dB/倍频程
o( )0-45-90
（对数刻度）
1
2
（对数刻度）
图5-12 有源比例积分滤波器的对数频率特性
（3）压控振荡器
压控振荡器是一个电压―频率变换装置，在环中作为被控振荡器，它的振荡频率应随输入控制电压uc(t)线性地变化，即应有变换关系
?v(t)??0?K0uc(t) （5-4）
式中?v(t)是压控振荡器的瞬时角频率；
K0为控制灵敏度或称增益系数，单位是[rad/s2v]。
实际应用中的压控振荡器的控制特性只有有限的线性控制范围，超出这个范围之后控制灵敏
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度将下降。图5-13中的实线为一条实际压控振荡器的控制特性，虚线为符合式（5-4）的线性控制特性。由图可见，在以?0为中心的一个区域内，两者是吻合的，故在环路分析中我们就用式（5-4）作为压控振荡器的控制特性。
由于压控振荡器的输出反馈到鉴相器上，对鉴相器输出误差电压ud(t)起作用的不是其频率，而是其相位
??v(?)d???0t?K0?uc(?)d?00tt即?2(t)?K0uc(?)d?改写成算子形式为 ?2(t)?0?tK0uc(t)p锁相环路中要求压控振荡器输出的是相位，因此，这个积分作用是压控振荡器所固有的。正因为这样，通常称压控振荡器是锁相环路中的固有积分环节。这个积分作用在环路中起着相当重要的作用。
wi w0 0uc
图5-13 振荡器的控制特性
压控振荡器电路的形式很多，常用的有LC压控振荡器、晶体振荡器、负阻压控振荡器和RC压控振荡器等几种。前两种振荡器的频率控制都是用变容管来实现的。由于变容二极管结电容与控制电压之间具有非线性的关系，所以压控振荡器的控制特性肯定也是非线性的。为了改善压控特性的线性性能，在电路上采取一些措施，如与线性电容串接或并接，以背对背或面对面方式连接等等。
3．锁相环路静态特性 （1）锁相环路静态特性实验框图如图5-14所示。 êêêêêêêêê÷±êêê×ê êê ±í
ê êê êêuiEE1641BfiêêêêP DL Fê÷êY1ê¨Y2êêêê·VCOêêêVCOf210pudVCOêêêêê 图5-14 锁相环路静态特性测试实验框图
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（2）锁定状态的观察与测量
由锁相理论可知，对于固有频率输入信号，当固有频差??0小于（及等于）捕获带??p时，环路能够对它捕获并锁定。锁定状态的基本特征是：
①fi?fv，?e(?)?sin?1??0?常数
KF(0)②误差电压Ud与控制电压uc(t)均为直流，而且输入信号与VCO输出信号相位相干
且同频率，用20MHz双踪示波器观察信号可以看到两个清晰的同频信号，如图5-15所示。
③输入信号与VCO输出信号的相位差为：90??e(?)
当??0?0时，?e(?)?0。两信号相位差为90°。
?
êêêê 0 VCOêêêêêt t
0图5-15 输入信号和VCO输出信号波形图
（3）当固有频差 ? ? 0大于环路同步带??H时，环路失锁，环路处于差拍振荡状态，其特征是：
①ud(t)波形不对称交变振荡，如图5-16所示。
②输入信号与VCO输出信号相位不相干，20MHz双踪示波器显示波形模糊。
(A) fi > fv(B) fi > fv图5-16
ud(t)波形图
（4）环路能由失锁状态进入锁定的最大固有频差叫捕获带，环路能维持锁定最大固有频差叫同步带。图5-17示出了两个性能指标的定义及测试方法。通过调节频率粗调和频率细调选择一个固有频率点，由低往高缓缓调节信号源的频率。环路由失锁到锁定，此点频率记作f2。继续向高
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