Изследване на фазово затворени вериги (PLL). Приложения Блокова схема Принципът на работа на фазово затворени вериги е даден на фиг.. фиг. Сигналът от входния генератор и изходният сигнал на ГУН (VCO) се подават на входа на фазовия детектор (PD). На изхода на фазовия детектор се формира напрежение, съответстващо на фазовата разлика между двата сигнала. Това напрежение се филтрира с помощта на ниско-честотен филтър, като се отстраняват високочестотните съставки. Освен това, НЧФ определя основни параметри на фазово затворената верига. Изходното напрежение на филтъра се подава на управляващия вход на ГУН (VCO) и по този начин се променя честота на изхода на ГУН (VCO) така, че да се намалява фазовата разлика между входния и изходния сигнал. Когато тази фазова разлика спре да се променя (намалява), т.е. остава постоянна, тогава честотата на входния и изходния сигнал са еднакви. Честотната лента, в която честотата на изходния сигнал следи и е равна на честотата на входния сигнал, се нарича лента на задържане на фазово затворената верига f L. Задачи за изпълнение. Да се разучи структурата на макета за изследване на фазово затворени вериги (PLL) и начина за подаване на захранващо напрежение 5V от еднополярен източник.. Да се дефинират в писмен вид основните параметри на фазово затворените вериги: - Централна честота f 0 ; - Управляващо напрежение на генератор, управляван с напрежение (ГУН) - V VCOIN ; - Честотна лента на задържане f L. Устройства и системи със смесени сигнали
. Фазово затворена верига, реализирана с ИС 4046, e показана на фиг.. ИЗХОД ВХОД C 6 7 4 4 CA CB VCOOUT COMPIN SIGIN R R R R VCO PCOUT PCOUT PCPOUT LPF_IN НИСКОЧЕСТОТЕН ФИЛТЪР (LPF) R R4 LPF_OUT INH 5 DEMOUT 0 VCOIN 9 PCOUT 5 C фиг. Интегралната схема включва ГУН(VCO) и три фазови детектора с различни предавателни характеристики. В зависимост от изискванията, поставени към фазово затворената верига се използва съответния фазов детектор. В лабораторното упражнение се използва фазов детектор. Резисторите R и R, и кондезаторът C определят честотната лента на задържане ( f L ) и честота на ГУН(VCO) извън лентата на задържане. Ниско-честотният филтър (R, R 4 и C ) е свързан в обратната връзка на фазово затворената верига. Да се оразмери и изследва фазово затворената верига, дадена на фиг., със следните параметри: - минимална честота на лентата на задържане f min 0kHz ; - честотна лентата на задържане f L 00kHz.. Елементи на ГУН(VCO) Определянето на елементите R, R и C се извършва в следната последователност: - при избрана стойност на R 00k и захранващо напрежение V CC 5V от Приложение се определя стойността на кондезатора C в pf в зависимост от честотата f min в Hz; - определя се fmax fmin f L - при захранващо напрежение V CC 5V и отношението f max fmin от Приложение се определя отношението R R, след което се изчислява стойността на резистора R... Изчисляват се коефициентът на предаване на ГУН - KV и коефициентът на предаване на фазовия детектор - K P, по формулите:. fl rad KV, V 0,9 0,9 V. s, K CC VCC 5 V 0,. 4 4 rad P 4
.. Елементи на НИСКОЧЕСТОТЕН ФИЛТЪР НЧФ се характеризира със следните три параметъра, които определят реакцията на фазово затворената верига при резки промени на фазовата разлика на входа на фазовия детектор: - n - честота на собствените колебания на фазово затворената верига; - - коефициент на затихване на колебанията; - t - времето за което изходното напрежение на филтъра достига установена стойност. Θ0(t) нормирана по ниво изходна реакция.9.8.7.6.5.4....0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0. 0. 0. 0 0 = 0. 0. 0. 0.4 0.5.5.0.0.0.0 4.0.0 0.6 0.7 0.8 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 0 Фиг.. Нормирани преходни характеристики за малък сигнал на затворения PLL контур. От характеристиките, дадени на фиг. се вижда, че при по-малък коефициент на затихване, изходното напрежение на филтъра по-бързо достига установената стойност, но отскоците около установената стойност са по-големи. При оразмеряването на ниско-честотния филтър обикновено се поставят изисквания за отскока на предавателната характеристика и времето за установяване t в зависимост от приложението на фазово затворената верига. Нека ниско-честотния филтър да осигурява следните изисквания: - отскок на предавателната характеристика 0% ; - време за установяване t ms, след което отскокът да бъде по-малък или равен от 5%. От фиг. следва, че при коефициент на затихване = 0,6 отскокът на предавателната характеристика е максимум 0%. При n t 6, отскокът на преходната характеристика е 5% и можем да приемем, че изходното напрежение на филтъра е достигнало установената стойност. При зададено време за установяване t = ms, oпределяме n : n t Характеристиката се отнася за PLL контур от втори ред тип с НЧФ от първи ред с един полюс в началото на координатната система на полюсно нулевата диаграма.
6 6 rad n 6000 t 0,00 s Стойността на съпротивлението R 4 се изчислява по формулата: R C 4 n K K p V, където избираме C 470nF. Стойността на съпротивлението R се изчислява по формулата: K K R. p V R 4 nc.4. Реализирайте схемата с изчислените по-горе стойности на елементите. За целта е необходимо чрез съединителни проводници да осъществите връзките, както е показано на фиг.. - Стойността на R задайте чрез ТРИМЕР (POT ), а на R чрез ТРИМЕР (POT ); - използвайте CAPACITOR за свързване на кондензатора C ; - За входове и изходи използвайте буксите с общо предназначение PLUG -4..5. Експериментално изследване на реализираната PLL верига. - От функционален генератор (ФГ) подайте периодичен сигнал с правоъгълна форма с TTL нива и честота f 00kHz. Сигналът се получава от изход TTL на ФГ. Визуализирайте сигналите от входа и от изхода на PLL веригата чрез осцилоскоп. - Изследвайте ширината на честотната лента на задържане f L чрез промяна на честотата на входния сигнал, задаван от генератора. Определeте честотите f min и f max, задаващи лентата на задържане. Измерете съответните управляващи напрежения V VCOIN при f min и f max. - Да се снеме предавателната характеристика на ГУН. За целта с помощта на волтметър се измерва входното (управляващо) напрежение V VCOIN за следните четири стойности на изходната честота в лентата на задържане 40 khz, 60 khz, 80 khz, 00 khz. Представете предавателната характеристика на ГУН в графичен вид. 4
ИЗХОД C Програмируем делител на честота- N 6 7 4 4 CA CB VCOOUT COMPIN SIGIN ВХОД Разкъсайте връзката м/у крачета и 4 и свържете на нейно място делител на честота R R R R VCO PCOUT PCOUT PCPOUT LPF_IN НИСКОЧЕСТОТЕН ФИЛТЪР (LPF) R R4 LPF_OUT INH 5 DEMOUT 0 VCOIN 9 PCOUT 5 C Фиг. 4. Синтезатор на честота реализиран чрез свързване на двойчен брояч 4060 в обратната връзка на PLL..6. Експериментално изследване на PLL верига работеща като синтезатор на честота. - За да реализирате синтезатор на честота прекъснете веригата на обратната връзка на PLL (между краче и 4 на ИС 4046 ). На нейно място свържете програмируем делител на честота, както е показано на фиг. 4. - Програмируемите делители на честота (Programmable frequency divider) се намират на PCB (долната платка) на макета. - Подайте от ФГ периодичен входен сигнал с правоъгълна форма с TTL нива и честота f khz. - Синтезирайте изходен сигнал с избрана от Вас честота в диапазона от 90 khz до 0 khz. За целта изчислете необходимия коефициент на делене на делителя за избраната от f out Вас честота по формулата N. f in - С помощта на превключвателите на делителя задайте получения коефициент N в двойчен вид. - Измерете честотата в изхода на PLL и я сравнете с избраната от Вас стойност. 5
Приложение 6
Приложение 7
Списък с означения PLL Phase-Locked Loop (Фазово затворена верига) ГУН Генератор, управляван с напрежение ФД Фазов детектор, времеконстанти на нискочестотен филтър f честота на ГУН извън лентата на задържане off f 0 централна честота на ГУН K V коефициент на предаване на ГУН K P коефициент на предаване на фазовия детектор f L честотна лента на задържане (Зета) коефициент на затихване в преходната характеристика на PLL собствената честота на предавателната характеристика на n PLL t време за установяване на преходната характеристика до определена, предварително зададена стойност V захранващо напрежение CC V VCOIN входно напрежение на ГУН максимално изменение на честотата в честотно девиация на модулиран сигнал (дефинира се в проценти спрямо честотата централната честота f 0 ) 8