DX 5 Pętla PLL ver lato 2004

W O J S K O W A A K A D E M I A T E C H N I C Z N A

W Y D Z I A Ł E L E K T R O N I K I E 0 2 l a t o 2 0 0 4

L A B O R A T O R I U M U K Ł A D Ó W A N A L O G O W Y C H

G r u p a : E 0 2 D X

Data wykonania ćwiczenia:

Ćwiczenie prowadził:

. . . . . . . . . .

........................................

Imię:.............................

Data oddania sprawozdania: Podpis:

Nazwisko:.................................................

........................................

R O T O K Ó Ł P O M I A R O W Y / S P R A W O Z D A N I E

T e m a t : P ę t l a S y n c h r o n i z a c j i F a z o w e j

I. Schemat blokowy układu pomiarowego.

II. Spis przyrządów.

NAZWA PRZYRZĄDU

TYP

FIRMA

III. Tabele pomiarowe

6.5.1. Pomiar charakterystyki przestrajania generatora VCO

W celu wykonania pomiaru należy :

− otworzyć pętlę;

− potencjometrem wyprowadzonym na przednią płytę modelu laboratoryjnego przestrajać częstotliwość generatora VCO w zakresie 1.2÷1.3 MHz. Częstotliwość generatora VCO mierzyć częstościomierzem podłączonym do gniazda G2. Napięcie Ug przestrajające generator mierzyć woltomierzem DC podłączonym do gniazda G5.

− wyniki pomiarów zamieścić w tabeli 6.1.

− wykreślić charakterystykę przestrajania generatora VCO, jako funkcję fg = f( Ug) oraz określić częstotliwość spoczynkową pracy generatora f 0 - po środku zakresu liniowego tej charakterystyki.

Tabela 6.1.

MHz

6.5.2. Obserwacja działania detektora fazy

W celu wykonania obserwacji należy:

− otworzyć pętlę;

− przy pomocy potencjometru wyprowadzonego na przednią płytę modelu laboratoryjnego ustawić częstotliwość generatora VCO równą f 0 (wyznaczoną w poprzednim punkcie pomiarowym);

− ustawić napięcie źródłowe generatora synchronizującego Eg=200mV i jego częstotliwość równą f 0;

− oscyloskop podłączyć do gniazda G3;

− przestrajając generator synchronizujący wokół częstotliwości f 0 obserwować przebieg na ekranie oscyloskopu oraz wskazania częstościomierzy;

− zanotować spostrzeżenia.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.5.3. Pomiar nachylenia detektora fazy

W celu wykonania pomiaru należy:

− ustawić napięcie źródłowe generatora synchronizującego Eg = 100mV oraz jego częstotliwość równą f 0;

− wejście A miernika wzmocnienia i fazy dołączyć do gniazda G1, wejście B do gniazda G2. W ten sposób miernik będzie pokazywał różnicę faz między sygnałem synchronizującym a przebiegiem z generatora VCO.

Do gniazda G4 (wyjście filtru dolnoprzepustowego) dołączyć woltomierz DC. Zamiast miernika wzmocnienia i fazy można użyć oscyloskopu dwukanałowego;

− przy otwartej pętli ustawić częstotliwość generatora VCO równą f 0;

− zamknąć pętlę;

− przestrajać generator synchronizujący (utrzymując pętlę w stanie synchronizmu) pomierzyć charakterystykę detektora fazy, notując w tabeli 6.2 wskazania woltomierza DC na wyjściu filtru dolnoprzepustowego oraz wskazania miernika amplitudy i fazy w zakresie od ok. ∆ ϕ = 20o do ok. ∆ ϕ = 160o rozpoczynając od przesunięcia fazowego ∆ ϕ = 90o;

− pomiary powtórzyć dla napięcia generatora synchronizującego Eg = 200mV.

Tabela 6.2.

∆ϕ

[°]

Eg 1 =

UwyFDP

100 mV [mV]

Eg 2 =

UwyFDP

200 mV [mV]

6.5.4. Określenie wzmocnienia pętli

Wzmocnienie pętli jest równe K= kd kg F( 0), gdzie F(0) jest wzmocnieniem filtru dolnoprzepustowego dla składowej stałej. Współczynnik ten jest już jednak uwzględniony we współczynniku kd, gdyż napięcie mierzone było nie na wyjściu detektora, tylko filtru dolnoprzepustowego. Zatem w naszym przypadku K=kd kg.

6.5.5. Obserwacja działania pętli

W celu wykonania obserwacji należy :

− ustalić częstotliwość generatora synchronizującego na ok. 1.2MHz oraz częstotliwość generatora VCO

równą f 0;

− zamknąć pętlę;

− zwiększając częstotliwość tego generatora obserwować na oscyloskopie przebieg na wyjściu filtru dolnoprzepustowego (gniazdo G4). Jednocześnie obserwować wskazania częstościomierzy podłączonych do generatorów synchronizującego i VCO. Obserwacje wykonać dla pętli danego rodzaju i typu (włączony dowolny filtr przełącznikami P2 i P3);

− zinterpretować oglądane zjawiska, zwłaszcza przesuwanie składowej stałej na ekranie oscyloskopu w czasie, gdy pętla znajduje się w synchronizmie;

− jaka jest zbieżność pomiędzy wskazaniami częstościomierzy, a przebiegiem na ekranie oscyloskopu?

6.5.6. Pomiar charakterystyk statycznych pętli

W celu wykonania pomiaru należy :

− postępując podobnie jak w punkcie poprzednim określić wartości częstotliwości oraz napięć na wyjściu detektora fazy (G3) dla momentów, w których pętla wchodzi i wychodzi z synchronizmu (patrz rys.6.10);

− pomiary przeprowadzić dla wszystkich typów filtrów zastosowanych w ćwiczeniu oraz dwóch wartości napięcia źródłowego generatora synchronizującego Eg 1 = 100mV oraz Eg 2 = 200mV;

− w okolicach częstotliwości, dla których pętla „wchodzi” lub „wychodzi z synchronizmu” częstotliwość generatora synchronizującego zmieniać bardzo powoli, tak ażeby jak najdokładniej uchwycić wartości częstotliwości charakterystycznych oraz wartości odpowiadających im napięć;

− wyniki pomiarów zanotować w tabeli 6.3.

Tabela 6.3.

Kierunek

„w górę”

„w dół”

przestrajania

c 1

d 1

t 2

d 2

c 2

d 3

t 1

d 4

Filtr

[MHz]

[mV]

[MHz]

[mV]

[MHz]

[mV]

[MHz]

[mV]

P2-0

P2-1

m00

P3-0

P2-1

P3-1

P2-0

P2-1

m00

P3-0

P2-1

P3-1

6.5.7. Obserwacja działania pętli pracującej w warunkach dynamicznych

W tym celu, do pętli znajdującej się w synchronizmie doprowadzimy sygnał z generatora m.cz. (gniazdo G6). W

takim wypadku częstotliwość generatora VCO winna się zmieniać w takt sygnału z generatora m.cz. Dla niewielkich częstotliwości sygnału m.cz. częstotliwość generatora VCO będzie się zmieniać z dewiacją, określoną przez amplitudę wejściowego sygnału m.cz. Czynnikiem określającym maksymalną wartość tej dewiacji jest zakres trzymania pętli. Gdy częstotliwość m.cz. wzrasta, pętla staje się coraz mniej zdolna do śledzenia i nadążania za zmianami częstotliwości sygnału synchronizującego, a co za tym idzie i za zmianami różnicy faz. Ostatecznym rezultatem jest zmniejszenie zmian napięcia wypadkowego (tzn. z generatora m.cz. i filtru dolnoprzepustowego) sterującego generator VCO, co wiąże się ze zmniejszenie zmian częstotliwości wyjściowej generatora VCO.

W celu dokonania obserwacji należy:

− ustawić częstotliwości generatora synchronizującego i VCO równą f 0;

− przełącznikami P2, P3 ustawić pętlę dowolnego rzędu (w wypadku ustawienia pętli drugiego rzędu ustawić napięcie generatora synchronizującego około 300mV);

− do gniazda G6 dołączyć generator sinusoidalny m.cz. i ustawić jego częstotliwość około 500 Hz oraz minimalną amplitudę;

− zwiększając amplitudę generatora m.cz. obserwować na ekranie oscyloskopu dołączonego do gniazda G4

przebieg napięcia na wyjściu filtru dolnoprzepustowego;

− dobrać największą, nie powodującą zniekształceń, amplitudę sygnału z generatora m.cz.;

− uzasadnić powstawanie zniekształceń obserwowanego przebiegu;

− ustalić częstotliwość generatora m.cz. na około 30 kHz i zaobserwować uzyskany przebieg. Wyjaśnić jego różnice w stosunku do przebiegu przy podawaniu sygnału z generatora m.cz. o częstotliwości 500Hz;

− zanotować spostrzeżenia.

6.6. PRZEDSTAWIENIE WYKONANYCH POMIARÓW ORAZ OPRACOWANIE WYNIKÓW

I WNIOSKÓW

Na podstawie przeprowadzonych pomiarów należy :

− wykreślić charakterystykę przestrajania generatora VCO pomierzoną w pkt. 6.5.1 oraz określić jej nachylenie kg w otoczeniu częstotliwości f 0;

− na podstawie pomiarów z punktu 6.5.3 wykreślić na wspólnym wykresie charakterystyki detektora fazy oraz wyznaczyć ich nachylenia kd 1 oraz kd 2;

− obliczyć wzmocnienia pętli K 1 oraz K 2 dla dwóch poziomów napięcia generatora synchronizującego;

− wykreślić charakterystyki statyczne pętli, dla pracy pętli bez filtru, wykorzystując dane z tabeli 6.2 oraz wyznaczyć zakresy trzymania i chwytania pamiętając, że ∆ωt = K. Porównać obliczone wartości wzmocnień pętli z wartościami zmierzonymi w pkt. 6.5.6;

− porównać i wyjaśnić różnice parametrów pętli przy dwóch wartościach sygnału synchronizującego; o ile prowadzący ćwiczenie nie zaleci inaczej, korzystając z zależności przedstawionych w opisie teoretycznym ćwiczenia, wyznaczyć wartości ∆fc filtrów drugiego rzędu i porównać je z wartościami pomierzonymi.