鎖相的意義(yi) 是相位同步的自動控製，能夠完成兩(liang) 個(ge) 電信號相位同步的自動控製閉環係統叫做鎖相環，簡稱PLL。它廣泛應用於(yu) 廣播通信、頻率合成、自動控製及時鍾同步等技術領域。

一個(ge) 典型的鎖相環（PLL）係統，是由鑒相器（PD），壓控蕩器（VCO）和低通濾波器（LPF）三個(ge) 基本電路組成，如圖1， 
 

                               圖1
一．鑒相器（PD）
構成鑒相器的電路形式很多，這裏僅(jin) 介紹實驗中用到的兩(liang) 種鑒相器。

1．異或門鑒相器 異或門的邏輯真值表示於(yu) 表1，圖2是邏輯符號圖。
 

從(cong) 表1可知，如果輸入端A和B分別送入占空比為(wei) 50%的信號波形， 則當兩(liang) 者存在相位差Dθ時，輸出端F的波形的占空比與(yu) Δθ有關(guan) ，見圖3。將F輸出波形通過積分器平滑，則積分器輸出波形的平均值，它同樣與(yu) Δθ有關(guan) ，這樣，我們(men) 就可以利用異或門來進行相位到電壓的轉換，構成相位檢出電路。於(yu) 是經積分器積分後的平均值（直流分量）為(wei) ：
U = Vdd * Δ θ/π (1)
不同的Δθ，有不同的直流分量Vd。Δθ與(yu) V的關(guan) 係可用圖4來描述。從(cong) 圖中可知，兩(liang) 者呈簡單線形關(guan) 係：

Ud = Kd *Δθ (2)

Kd 為(wei) 鑒相靈敏度

        圖3                                       圖4
 
2．邊沿觸發鑒相器 前已述及，異或門相位比較器在使用時要求兩(liang) 個(ge) 作比較的信號必須是占空比為(wei) 50%的波形，這就給應用帶來了一些不便。而邊沿觸發鑒相器是通過比較兩(liang) 輸入信號的上跳邊沿（或下跳邊沿）來對信號進行鑒相，對輸入信號的占空比不作要求。

二．壓控振蕩器（VCO）
壓控振蕩器是振蕩頻率ω0受控製電壓U­F（t）控製的振蕩器，即是一種電壓——頻率變換器。VCO的特性可以用瞬時頻率ω₀（t）與(yu) 控製電壓U­F（t）之間的關(guan) 係曲線來表示。未加控製電壓時（但不能認為(wei) 就是控製直流電壓為(wei) 0，因控製端電壓應是直流電壓和控製電壓的疊加），VCO的振蕩頻率，稱為(wei) 自由振蕩頻率ωom，或中心頻率，在VCO線性控製範圍內(nei) ，其瞬時角頻率可表示為(wei) ：
ω_o（t）= ω_om + K₀ U_F（t）
式中，K₀——VCO控製特性曲線的斜率，常稱為(wei) VCO的控製靈敏度，或稱壓控靈敏度。

三．環路濾波器
這裏僅(jin) 討論無源比例積分濾波器如圖5。其傳(chuan) 遞函數為(wei) ：

式中：τ1 = R1 C
      τ2 = R2 C

            圖5

四．鎖相環的相位模型及傳(chuan) 輸函數


 
                                     圖6

圖6為(wei) 鎖相環的相位模型。要注意一點，鎖相環是一個(ge) 相位反饋係統，在環路中流通的是相位，而不是電壓。因此研究鎖相環的相位模型就可得環路的完整性能。
由圖6可知：
（1）當A點斷開環路時，鎖相環的開環相位傳(chuan) 輸函數為(wei)
 

KL(S)=
（2）環路閉合時的相位傳(chuan) 輸函數為(wei)

H（S）

（3）環路閉合時的相位誤差傳(chuan) 輸函數為(wei)

He（S）=
當環路濾波器選用無源比例積分濾波器時，經推導可得：

H（S）=

式中，，τ1 = R1 C ,τ2 = R2 C

2x

x= , K = Kd Ko

同樣可得：

He(S)=

ωn稱為(wei) 係統的固有頻率或自然角頻率；
x 稱為(wei) 係統的阻尼係數。
要注意的是上麵討論中的ω指的是輸入信號相位的變化角頻率，而不是輸入信號本身的角頻率。如輸入信號是調頻信號，則ω指的是調製信號的角頻率而不是載波的角頻率。
五．鎖相環的同步與(yu) 捕捉
鎖相環的輸出頻率（或VCO的頻率）ω_o能跟蹤輸入頻率ωi的工作狀態，稱為(wei) 同步狀態，在同步狀態下，始終有ω_o = ωi。在鎖相環保持同步的條件下，輸入頻率ωi的最大變化範圍，稱為(wei) 同步帶寬，用DωH 表示。超出此範圍，環路則失鎖。
失鎖時，ω_o≠ωi，如果從(cong) 兩(liang) 個(ge) 方向設法改變ωi，使ωi向ωo靠攏，進而使Δωo =（ωi－ωo）↓，當Δωo小到某一數值時，環路則從(cong) 失鎖進入鎖定狀態。這個(ge) 使PLL經過頻率牽引最終導致入鎖的頻率範圍稱為(wei) 捕捉帶Δωp。同步帶ΔωH，捕捉帶Δωp 和VCO 中心頻率ω_o的 關(guan) 係如圖7。

   圖7