江苏自学考试锁相与频率合成技术教材大纲

南京理工大学编 （高纲号 0552） Ⅰ、课程性质与设置目的要求 “锁相与频率合成技术”课程是江苏省高等教育自学考试电子信息工程专业的必修课，主要内容为锁相技术的基本原理、电路与应用。 锁相与频率合成技术是实现相位自动控制的一门科学，是专门研究系统相位关系的

　　南京理工大学编 （高纲号 0552）

　　Ⅰ、课程性质与设置目的要求

　　“锁相与频率合成技术”课程是江苏省高等教育自学考试电子信息工程专业的必修课，主要内容为锁相技术的基本原理、电路与应用。

　　锁相与频率合成技术是实现相位自动控制的一门科学，是专门研究系统相位关系的技术。随着科学技术的发展，人们对各种设备的控制精度要求越来越高，在无线电技术中自动控制技术的应用已经进入了第三代。第一代是自动增益控制（AGC）；第二代是自动频率控制（AFC）；第三代是自动相位控制（APC）。而锁相技术就是第三代的控制技术。

　　锁相技术的核心是锁相环路，所谓的锁相环路是一个实现相位自动锁定的控制系统。锁相环路具有两个突出的特性：第一是窄带滤波特性；第二是宽带跟踪特性。这两个特性使得锁相技术在电子技术领域得到了广泛的应用，特别是随着集成电路技术、数字技术以及通讯和计算机技术的发展，极大地推动了锁相技术的发展和应用。目前，锁相技术已经形成一门比较系统的理论科学，锁相技术的应用主要包含以下几个方面：跟踪滤波、频率合成与频率变换、模拟和数字信号的相干解调、数字通讯、调制与解调、检波、稳频和位频等。

　　设置本课程的目的和要求：通过本课程的学习，使自学应考者掌握锁相技术的原理和锁相环路的性能，熟悉锁相环路的分析方法，了解锁相技术在电子技术领域中的应用。锁相技术是理论性与工程性都很强的一门课程，学生应具备必要的数学、电子线路、数字电路、信号与系统等课程的知识，在掌握环路原理和性能的基础上领会应用，在学习应用中进一步深化和理解环路的原理和性能，理论联系实际，为在今后的工程实践中灵活应用锁相环路打下基础。

　　Ⅱ、考试目标（考核知识点、考核要点）

　　第一章  锁相环路的基本工作原理

　　一、考核知识点

　　（一）锁相环路的基本工作原理；

　　（二）锁相环路的相位数字模型及其微分方程；

　　（三）锁相环路的基本性能。

　　二、考核要求

　　（一）锁定与跟踪的概念

　　1、识记：（1）相位的概念；（2）锁相环路的定义；（3）环路的捕获带（4）环路的同步带。

　　2、领会：（1）锁相环路是一个相位跟踪系统，它建立了输出信号瞬时相位与输入信号瞬时相位的控制关系（2）几个重要参数：载波相位、瞬时相位、自由振荡角频率、瞬时相差、移稳态相差；（3）环路的两种基本工作状态：捕获过程、锁定状态。

　　3、应用：（1）环路是处于锁定状态的判定依据；（2）一阶环稳态相差的计算。

　　（二）环路组成

　　1、识记：（1）环路的基本部件；（2）鉴相器的作用与数学模型；（3）鉴相器的分类：模拟乘法器鉴相器、序列电路（数字鉴相器）；（4）环路滤波器的作用与数学模型；（5）压控振荡器的作用与数学模型；（6）压控灵敏度；（7）压控振荡器的种类。

　　2、领会：（1）锁相环路的组成及框图；（2）正弦鉴相器及数学模型；（3）几种常用的环路滤波器及传递函数；（4）锁相环路的相位数学模型。

　　3、应用；（1）理想积分滤波器分析；（2）非常用环路滤波器的传递函数求解。

　　（三）环路的动态方程

　　1、识记：（1）瞬时频差；（2）控制频差；（3）固有频差；（4）环路增益K.

　　2、领会：（1）锁相环路动态方程

　　3、应用：（1）锁相环路动态方程的含意；（2）稳态相差的求解。

　　（四）一阶环路的捕获、锁定与失锁。

　　1、识记：（1）一阶环路；（2）相点；（3）相轨迹（4）相平面。

　　2、领会：（1）一阶环路的非线性微分方程；（2）相轨迹上相点的含义。

　　3、应用：（1）频率牵引现象；（2）一阶环路的捕获带、同步带、快捕带。

　　第二章  环路跟踪性能

　　一、考核知识点

　　（一）锁相环路的线性相位模型及传递函数；

　　（二）锁相环路的性能指标；

　　（三）二阶环路在典型输入下的响应；

　　（四）环路的频率响应。

　　二、考核要求

　　（一）线性相位模型与传递函数

　　1、识记：（1）环路传递函数的概念；（2）讨论传递函数的含义。

　　2、领会：（1）锁相环路的线性相位模型；（2）环路的线性动态方程；（3）环路开环传递函数；（4）环路闭环传递函数；（5）环路误差传递函数：（6）采用三种常用滤波器环路的传递函数。

　　（二）二阶线性系统的一般性能

　　1、识记：（1）环路自然角频率ωn；（2）环路阴尼系数ζ；（3）环路的主要性能指标：延迟时间、上升时间、峰值时间、暂态时间、最大过冲量。

　　2、领会：（1）三种典型环路的ωn、ζ表示方法；（2）环路的频率响当当应及特性。

　　（三）环路对输入暂态信号的响应

　　1、识记：（1）环路的暂态相差；（2）相位阶跃；（3）频率阶跃；（4）频率斜升；（5）稳态相差。

　　2、领会：（1）分析二阶环路对输入暂态响应的方法；（2）采用无源比例积分滤波器的二阶环路对三种暂态信号输入的响应；（3）采用理想积分滤波器的二阶环路对三种暂态信号输入的响应。

　　3、应用：（1）环路暂态相差与稳态相差的计算。

　　（四）环路对输入正弦相位信号的响应

　　1、识记：（1）环路频率响应的概念；（2）环路输入相位的调制频率Ω；（3）调制跟踪环；（4）载波跟踪的概念。

　　2、领会：（1）常用二阶环的闭环频率响应；（2）常用二阶环的误差频率响应；（3）二阶环路频率特性的特点：无论采用何种滤波器的二阶环路，其闭环频率响应具有低通的性质、共误差频率响应具有高通的性质。

　　3、应用：（1）调制跟踪环的特点和应用；（2）载波跟踪环的特点与应用。

　　（五）环路稳定性

　　1、识记：（1）环路稳定性及判别方法；（2）稳定余量；（3）相位余量；（4）增益余量。

　　2、领会：（1）伯德准则；（2）采用伯德准则或稳定余量判断环路的稳定性。

　　（六）非线性跟踪

　　1、识记：（1）最大同步扫描速率的概念；（2）最大频率阶跃量的概念。

　　2、领会：（1）非线性跟踪的稳态相差。

　　第三章  环路噪声性能

　　一、考核知识点

　　（一）环路存在噪声时的相位数学模型（仅含输入噪声及仅含VCO噪声两种情况）；

　　（二）环路噪声带宽BL及含义；

　　（三）跳周、平均跳周时间、跳周概率。

　　二、考核要求

　　（一）环路噪声相位模型

　　1、识记：（1）噪声与干扰的来源；（2）分析有噪声环路的方法。

　　2、领会：（1）环路存在噪声时的相位数学模型（仅含输入噪声及仅含VCO噪声两种情况）。

　　（二）环路对输入白高斯噪声的线性过滤特性

　　1、识记：（1）环路的噪声带宽BL；（2）环路的信噪比。

　　2、领会：（1）仅含输入噪声的相位数学模型；（2）环路输出噪声相位方差；（3）环路的噪声带宽BL的含义；（4）环路对输入噪声的过滤特性。

　　3、应用：（1）环路噪声带宽的计算；（2）环路信噪比的计算。

　　（三）环路对压控振荡器相位噪声的线性过滤

　　1、领会：（1）仅含VCO噪声的相位数学模型；（2）环路对VCO噪声的过滤特性。

　　（四）环路跳周与门限

　　1、识记：（1）跳周的概念；（2）环路噪声门限。

　　2、领会：（1）平均跳周时间及其计算；（2）跳周概率的含义及其计算。

　　第四章  环路捕获性能

　　一、考核知识点

　　（一）捕获的概念及捕获过程；

　　（二）环路捕获的性能参数（捕获带、捕获时间）；

　　（三）辅助捕获的方法。

　　二、考核要求

　　（一）捕获的基本概念

　　1、识记：（1）捕获的概念；（2）频率捕获；（3）相位捕获；（4）自捕获；（5）辅助捕获；（6）研究捕获过程的常用方法。

　　（二）捕获过程与捕获特性

　　2、领会：（1）捕获过程；（2）捕获过程的特性。

　　（三）捕获带与捕获时间

　　1、识记：（1）捕获带；（2）快捕带；（3）频率捕获时间；（4）快捕时间（相位捕获时间）。

　　2、领会：（1）二阶环的捕获带与捕获时间计算。

　　（四）辅助捕获方法

　　1、识记：（1）辅助捕获的作用；（2）辅助捕获的基本出发点。

　　2、领会：（1）辅助捕获的方法；（2）辅助捕获的原理（辅助鉴频、变带宽、变增益）。

　　第五章  集成锁相环路

　　一、考核知识点

　　（一）集成锁相环路的分类及特点；

　　（二）数字式鉴频鉴相器的工作原理；

　　（三）数字压控振荡器的工作原理；

　　（四）集成频率合成器的工作原理。

　　二、考核要求

　　（一）集成鉴相器

　　1、识记：（1）集成鉴相器的类型。

　　2、领会：（1）模拟乘法器鉴相器的工作原理及鉴相特性；

　　（2）门鉴相器的工作原理及鉴相特性；（3）数字式鉴频鉴相器的基本组成；（4）数字式鉴频鉴相器的工作原理；（5）数字式鉴频鉴相器的鉴相特性与鉴频特性。

　　（二）集成压控振荡器

　　1、识记：（1）常用的集成压控振荡器类型。

　　2、领会：（1）LC负阴型压控振荡器的工作原理；（2）数字门电路型压控振荡器的工作原理。

　　（三）通用单片集成锁相环

　　1、识记：（1）NE560、NE562的组成与特性；（2）XR-215的组成与特性；（3）L564的组成与特性；（4）NE567的组成与特性；（5）5G4046的组成与特性。

　　（四）集成频率合成器

　　1、识记：（1）集成频率合成顺的主要部件；（2）MC145106的内部组成；（3）MC145145的内部组成；（4）MC145152的内部组成。

　　2、领会：（1）MC145106组成的组合式集成频率合成器框图及工作原理。

　　第六章  锁相环路的应用

　　一、考核知识点

　　（一）锁相环路的特性及含义；

　　（二）典型的锁相环路应用；

　　（三）跟踪滤波器；

　　（四）调制与解调；

　　（五）频率合成。

　　二、考核要求

　　（一）跟踪滤波器

　　1、识记：（1）跟踪滤波器。

　　2、领会：（1）跟踪滤波器的跟踪特性；（2）跟踪滤波器频率特性。

　　3、应用：（1）相干解调的概念。

　　（二）调制器与解调器

　　1、识记：（1）带载波的双边带调幅信号DSB-AM；（2）抑制载波的单边带调辐信号SSB-AM；（3）残留边带的调幅信号VSB-AM；（4）抑制载波的双边带调幅信号；（5）调频信号；（6）调相信号；（7）频移键控FSK；（8）相移键控PSK.

　　2、领会：（1）AM同步解调的工作原理；（2）调频信号与调相信号的相互转换；（3）调频信号解调的工作原理。

　　3、应用：（1）几种FM解调器电路；（2）FSK解调的应用。

　　（三）频率合成

　　1、识记：（1）频率合成的定义；（2）频率合成的三种方法、工作原理及特点。

　　2、领会：（1）双模分频锁相合成器的工作原理、特点及分频比的计算；（2）四模分频锁相合成器的工作原理及分频比的计算；（3）小数分频频率合成器的工作原理及特点。

　　3、应用：（1）频率合成器实例及输出频率计算；（2）双环锁相频率合成器的输出频率计算。

　　（四）载波同步

　　1、识记：（1）相干载波；（2）提取相干载波的方法：插入导频法、直接提取法。

　　2、领会：（1）平方环的工作原理、作用、特点；（2）同相正交环的工作原理。

　　（五）位同步

　　1、识记：（1）位同步的概念；（2）外同步法；（3）自同步法。

　　2、应用：（1）几种典型的位同步模拟环。

　　（六）FM立体声解码

　　1、识记：（1）FM立体声信号；（2）FM立体声解码器的组成。

　　2、领会：（1）FM立体声解码器的工作过程。

　　（七）电动机转速控制

　　1、领会：（1）锁相电机控制的工作原理；（2）锁相电机控制系统的工作模型。

　　（八）锁相接收机

　　1、识记：（1）锁相接收机的一般过程。

　　2、领会：（1）锁相接收机的工作原理。

　　（九）其他应用

　　1、领会：（1）锁相移相器及其工作原理。

　　第七章  数字锁相环

　　一、考核知识点

　　（一）全数字环路的一般组成、分类。

　　（二）数字环路典型部件的组成与工作原理。

　　二、考核要求

　　（一）全数字环路及其应用

　　1、识记：（1）全数字锁相环的概念；（2）全数字锁相环的一般组成。

　　2、领会：（1）全数字锁相环的分类与工作原理（触发器型数字锁相环FF-DPLL、奈奎斯行型数字锁相环NR-DPLL、过零检测式数字锁相环ZC-DPLL、超前滞后型数字锁相环LL-DPLL）；（2）四种数字鉴相器及工作原理；（3）数字滤波器的一般构成及其工作原理；（4）数字压控振荡器（DCO）的基本组成及其工作原理。

　　3、应用：（1）单片集成全数字锁相环74LS297的结构；（2）74LS297构成的FSK解调器应用。

　　Ⅲ、有关说明和实施要求

　　为了使本大纲的规定有个人自学、社会助学和考试命题中得到贯彻和落实，针对有关问题说明如下，并进而提出实施要求。

　　一、关于考核目标的说明

　　为了使考核内容具体化和考试要求标准化，本大纲在列出考试内容的基础上，对各章规定了考核目标，使自学应考者能够进一步明确考试内容和要求，更有目的地系统学习教材。使社会助学者能够更全面地、有针对性地分层次进行辅导。使考试命题者能够更加明确命题范围，更准确地安排试题的知识能力层次的难易度。

　　本大纲在考核目标中，按照识记、领会、应用三个层次规定其应达到的能力层次要求。三个能力层次是递进等级关系。各能力层次的含义是：

　　识记：能知道有关的名称、概念、知识的意义，并能正确地认识和表达。

　　领会：在识记的基础上，能全面地把握基本概念、基本原理、基本方法，能掌握有关概念、原理、方法的区别与联系，并能够在实际应用中理解和领会。

　　应用：在识记和领会的基础上，能对问题进行正确的阐述和分析，能运用所学的知识理解和分析实际问题。

　　二、关于自学教材和参考资料

　　锁相技术考试全省统一命题制定使用的教材是：《锁相技术》，张厥盛等编，西安电子科技大学出版社，1994年。

　　参考资料：《锁相与频率合成技术》，仇忠善、张冠北编，电子工业出版社，1986年出版。

　　《集成锁相环路——原理、特性、应用》，万心平、张厥盛编著，人民邮电出版社，1990年出版。

　　《锁相环频率合成器》，张厥盛、张会宁、邢静编，电子工业出版社，1997年出版。

　　三、自学方法指导

　　1、在全面系统学习的基础上掌握基本概念、基本知识、基本方法和技巧。本课程内容涉及锁相技术及其应用的各个方面，知识、范围比较广泛，全书是一个整体，各章又有相对独立性。自学者应首先全面系统地学习各章，深刻领会锁相技术的理论；其次，应当识记锁相技术中的基本概念、基本知识、基本方法和技巧，同时注意各章之间的联系，然后，在全面系统的基础上掌握重点，有目的地深入学习重点章节，但切忌在没有了解全貌的情况下孤立地去抓重点，押题目。

　　2、要把概念、原理、方法与实际应用结合起来学习，自学应考者应该懂得，锁相技术是理论性与工程性都很强的一门课程，在学习中切忌死记硬北，而应当把课程内容与实际应用联系起来，加深领会教材内容，进而在实际工作中能够灵活运用。

　　3、在理解概念和原理的基础上，认真学习教材中的命题，做好每一章的习题，举一反三，在解题过程中，领会含义，理解概念。这时加深对教材内容的理解很有帮助。

　　四、对社会助学的要求

　　1、社会悬赏者应根据本大纲规定的考试内容和考核目标，认真钻研指定的教材，明确锁相技术课程的特点和学习要求，对自学应考者进行有效的辅导，引导他们防止自学中的各种偏向，把握社会助学的正确方向。

　　2、要正确处理基本知识和应用能力的关系，努力引导自学应考者将识记、领会同就用联系起来，把基本知识转化为实际工作能力。

　　3、要正确处理重点一般的关系。课程内容有重点与一般之分，但考试内容是全面的，而且重点与一般是相互影响的，不是截然分开的。社会助学者就指导自学方兴未艾考者全面系统地学习教材，掌握全部考试内容和考核知识点，在此基础上再突出重点。总之，要把重点学习同兼顾一般结合起来，切勿孤立地抓重点，把自学习应考者引向猜题押题。

　　五、关于命题考试的若干要求

　　1、本课程的命题考试，应根据本大纲所规定的考试内容和考试目标来确定范围和考核要求，不要任意扩大和缩小考试范围，提高或降低考核要求。考试命题覆盖到各章，并适当突出重点章节，体现本课程的重点内容。

　　2、试题要合理安排难度结构。试题难易度可分为易、较易、较难、难四个等级。每份试卷中，不同难易试题的分数比例一般为：易占20%，较易占30%，较难占30%，难占20%.必须注意，试题的难易度与能力层次不是一个概念，在各能力层次中都会存在不同难度的问题，切勿混淆。

　　3、本课程考试试卷可能采用的题型有：选择题、判断题、填充题、简答题和综合题（包含计算题）。各种题型的具体样式参见本大纲附录。

　　附录：题型举例

　　一、选择题

　　1、对锁相环路起作用的是：（    ）

　　①输入瞬时相位；②输入信号频率；③输入信号幅度

　　2、不论采用何种滤波器的二阶环路其闭环频率响应具有：（    ）

　　①高通特性；②低通特性；③带通特性

　　二、判断题（正确的打+，不正确的打-）

　　1、锁相环路是实现信号相位自动控制的系统。（    ）

　　2、全数字锁相环一般由数字鉴相器、RC积分滤波器、数字压控振荡器构成。（    ）

　　三、填充题

　　1、锁相环路的频率响应含义为：________________.

　　2、辅助捕获的方法有：________、________、________、________等。

　　3、采用单环锁相频率合成器，其输入其准频率fi=100kHz，程序分频器分频比为1234，则环路锁定时输出信号频率为________________.

　　四、简答题

　　1、试述T4044数字鉴频鉴相器的鉴相工作原理。

　　2、相对于输入信号而言，锁相环路为何等效为一个带通滤波器？它于一般的带通滤波器有何不同？

　　五、综合题

　　1、已知一阶环的Ud＝2V，Ko=15kHz/v，ωo/2π=2MHz.问当输入频率分别为1.98MHz和2.04MHz的载波信号时，环路能否锁定？稳定相差多大？

　　2、采用有源比例积分滤波器的窄带载波跟踪环路，其环路噪声带宽BL=18Hz，τ1=2630s，τ2=0.0834s，试确定：

　　（1）环路阻尼系数ζ与环路自然角频率ωn；

　　（2）环路增益K；

　　（3）如选择电容C=0.33μF，确定R1，R2.

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