鎖相的意義是相位同步的自動(dòng)控制，能夠完成兩個(gè)電信號(hào)相位同步的自動(dòng)控制閉環(huán)系統(tǒng)叫做鎖相環(huán)，簡(jiǎn)稱PLL。它廣泛應(yīng)用于廣播通信、頻率合成、自動(dòng)控制及時(shí)鐘同步等技術(shù)領(lǐng)域。

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

                               圖1
一．鑒相器（PD）
構(gòu)成鑒相器的電路形式很多，這里僅介紹實(shí)驗(yàn)中用到的兩種鑒相器。

1．異或門(mén)鑒相器 異或門(mén)的邏輯真值表示于表1，圖2是邏輯符號(hào)圖。
 

輸入

 

輸出

 

A

 

B

 

F

 

0

 

0

 

0

 

0

 

1

 

1

 

1

 

0

 

1

 

1

 

1

 

0

 
 

 

圖2

 

表1

 

從表1可知，如果輸入端A和B分別送入占空比為50%的信號(hào)波形， 則當(dāng)兩者存在相位差Dθ時(shí)，輸出端F的波形的占空比與Δθ有關(guān)，見(jiàn)圖3。將F輸出波形通過(guò)積分器平滑，則積分器輸出波形的平均值，它同樣與Δθ有關(guān)，這樣，我們就可以利用異或門(mén)來(lái)進(jìn)行相位到電壓的轉(zhuǎn)換，構(gòu)成相位檢出電路。于是經(jīng)積分器積分后的平均值（直流分量）為：
U = Vdd * Δ θ/π (1)
不同的Δθ，有不同的直流分量Vd。Δθ與V的關(guān)系可用圖4來(lái)描述。從圖中可知，兩者呈簡(jiǎn)單線形關(guān)系：

Ud = Kd *Δθ (2)

Kd 為鑒相靈敏度

圖3                                       圖4
 
2．邊沿觸發(fā)鑒相器 前已述及，異或門(mén)相位比較器在使用時(shí)要求兩個(gè)作比較的信號(hào)必須是占空比為50%的波形，這就給應(yīng)用帶來(lái)了一些不便。而邊沿觸發(fā)鑒相器是通過(guò)比較兩輸入信號(hào)的上跳邊沿（或下跳邊沿）來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行鑒相，對(duì)輸入信號(hào)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受控制電壓U­F（t）控制的振蕩器，即是一種電壓——頻率變換器。VCO的特性可以用瞬時(shí)頻率ω0（t）與控制電壓U­F（t）之間的關(guān)系曲線來(lái)表示。未加控制電壓時(shí)（但不能認(rèn)為就是控制直流電壓為0，因控制端電壓應(yīng)是直流電壓和控制電壓的疊加），VCO的振蕩頻率，稱為自由振蕩頻率ωom，或中心頻率，在VCO線性控制范圍內(nèi)，其瞬時(shí)角頻率可表示為：
ωo（t）= ωom + K0 UF（t）
式中，K0——VCO控制特性曲線的斜率，常稱為VCO的控制靈敏度，或稱壓控靈敏度。

三．環(huán)路濾波器
這里僅討論無(wú)源比例積分濾波器如圖5。其傳遞函數(shù)為：

式中：τ1 = R1 C
      τ2 = R2 C

            圖5

四．鎖相環(huán)的相位模型及傳輸函數(shù)



                                     圖6

圖6為鎖相環(huán)的相位模型。要注意一點(diǎn)，鎖相環(huán)是一個(gè)相位反饋系統(tǒng)，在環(huán)路中流通的是相位，而不是電壓。因此研究鎖相環(huán)的相位模型就可得環(huán)路的完整性能。
由圖6可知：
（1）當(dāng)A點(diǎn)斷開(kāi)環(huán)路時(shí)，鎖相環(huán)的開(kāi)環(huán)相位傳輸函數(shù)為