鎖相的意義是相位同步的自動控制，能夠完成兩個電信號相位同步的自動控制閉環系統叫做鎖相環，簡稱PLL。它廣泛應用於廣播通信、頻率合成、自動控制及時鐘同步等技術領域。
一個典型的鎖相環（PLL）系統，是由鑑相器（PD），壓控蕩器（VCO）和低通濾波器（LPF）三個基本電路組成，如圖1，
圖1
一、鑑相器（PD）
構成鑑相器的電路形式很多，這裡僅介紹實驗中用到的兩種鑑相器。
1．異或門鑑相器 異或門的邏輯真值表示於表1，圖2是邏輯符號圖。
從表1可知，如果輸入端A和B分別送入佔空比為50%的信號波形， 則當兩者存在相位差Dθ時，輸出端F的波形的佔空比與Δθ有關，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Δθ有關，這樣，我們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。於是經積分器積分後的平均值（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的關係可用圖4來描述。從圖中可知，兩者呈簡單線形關係：Ud = Kd *Δθ (2)
Kd 為鑑相靈敏度
圖3
圖4
2．邊沿觸發鑑相器 前已述及，異或門相位比較器在使用時要求兩個作比較的信號必須是佔空比為50%的波形，這就給應用帶來了一些不便。而邊沿觸發鑑相器是通過比較兩輸入信號的上跳邊沿（或下跳邊沿）來對信號進行鑑相，對輸入信號的佔空比不作要求。
二、壓控振盪器（VCO）
壓控振盪器是振盪頻率ω0受控制電壓UF（t）控制的振盪器，即是一種電壓——頻率變換器。VCO的特性可以用瞬時頻率ω0（t）與控制電壓UF（t）之間的關係曲線來表示。未加控制電壓時（但不能認為就是控制直流電壓為0，因控制端電壓應是直流電壓和控制電壓的疊加），VCO的振盪頻率，稱為自由振盪頻率ωom，或中心頻率，在VCO線性控制範圍內，其瞬時角頻率可表示為：
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、環路濾波器
這裡僅討論無源比例積分濾波器如圖5。其傳遞函數為：
式中：τ1 = R1 C
τ2 = R2 C
圖5
四、鎖相環的相位模型及傳輸函數
圖6
圖6為鎖相環的相位模型。要注意一點，鎖相環是一個相位反饋系統，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輸函數為
KL(S)=
（2）環路閉合時的相位傳輸函數為
H（S）
（3）環路閉合時的相位誤差傳輸函數為
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稱為系統的固有頻率或自然角頻率；
x 稱為系統的阻尼係數。
要注意的是上面討論中的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、鎖相環的同步與捕捉
鎖相環的輸出頻率（或VCO的頻率）ωo能跟蹤輸入頻率ωi的工作狀態，稱為同步狀態，在同步狀態下，始終有ωo = 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，稱為同步帶寬，用DωH 表示。超出此範圍，環路則失鎖。
失鎖時，ωo≠ωi，如果從兩個方向設法改變ωi，使ωi向ωo靠攏，進而使Δωo =（ωi－ωo）↓，當Δωo小到某一數值時，環路則從失鎖進入鎖定狀態。這個使PLL經過頻率牽引最終導致入鎖的頻率範圍稱為捕捉帶Δωp。同步帶ΔωH，捕捉帶Δωp 和VCO 中心頻率ωo的 關係如圖7。
圖7
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