Surdyka Edyta Rzeszów 21.12.2015

Nizioł Magdalena

Pachołek Tomasz

ET-DI3
L2

ANALOGOWE UKŁADY ELEKTRONICZNE – LABORATORIUM

PĘTLA SPRZĘŻENIA FAZOWEGO (PLL)

1. 
   Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia były pomiary charakterystyki przestrajania generatora VCO oraz pomiary parametrów pętli sprzężenia fazowego. Oprócz tego musieliśmy wykonać pomiar charakterystyki detektora fazy oraz zbadać demodulator częstotliwości i wykonać pomiar transmitancji pętli PLL.

1. Wykorzystana aparatura pomiarowa

• wkładki DA171A, DA171B (2 szt.)

• dzielnik częstotliwości SA9311

• przejściówka ac/dc SA9511 (2 szt) lub kable dc/ac

• źródło napięcia DC SA1321

• oscyloskop dwukanałowy

• generator/częst. METEX

• multimetr (ac/dc/częstotliwość) 2 szt

• przetwornik kąt napięcie SZ5122 (ciemny)

• analizator sygnałów HP 35660A

1. Pomiary oraz otrzymane charakterystyki

• Pomiar charakterystyki przestrajania generatora VCO

VCO
f, kHz	U, V
13	1
13	2
13	3
27,5	4
40	4,523
53,19	5,0468
65,67	5,5448
78,13	6,0113
91	6,5548
102,2	7,0323
113,6	7,5189
125	8,0333
137,1	8,5121
147,1	9,0304
147,1	9,5109
147,1	10,0291

U_fmin = 3 V

U_fmax = 9 V

f_min = 13kHz

f_max = 147, 1 kHz

$K_{g} = \frac{f_{\max} - f_{\min}}{U_{\text{gmax}} - U_{\text{gmin}}} = \frac{147,1 - 13}{9 - 3} = 22,35$ kHz/V

Parametr	Pomiar
Kg	23,19 kHz/V
fmin , ωmin	13 kHz
Ugmin	3 V
fmax , ωmax	147,1 kHz
Ugmax	V

• Pomiar parametrów pętli sprzężenia zwrotnego

Zastosowany układ pomiarowy:

Częstotliwość własna pętli (przy braku sygnału wejściowego)

P_o = 57kHz

- Częstotliwości chwytania:

P₁ = 51 kHz

P₃ = 60 kHz

- Częstotliwości trzymania:

P₂ = 119 kHz

P₄ = 10 kHz

- Zakres chwytania 9 kHz

- Zakres trzymania 109 kHz

• Pomiar charakterystyki detektora fazy

$K_{D} = \frac{U_{d0}}{\varphi - \frac{\pi}{2}}$

$$K_{D} = \frac{\text{dUd}}{\text{dφ}}$$

$$U_{d} = K_{D}(\varphi - \frac{\pi}{2})$$

φ, deg	Ud, V
66	5,09
65,2	5,132
60,9	5,26
56,9	5,3812
53,9	5,475
51,7	5,536
50,4	5,584
48,4	5,6416
45,5	5,729
42,5	5,817
39	5,928
35,2	6,045
31,6	6,174
29	6,248
16	6,3
0,7	6,9

Parametr	Zmierzona wartość
Zakres trzymania pętli PLL ∆fL [kHz], ∆ωL [rad/s]	102,4 [kHz]
Zakres chwytania pętli PLL ∆fC [kHz], ∆ωC [rad/s]	8,7 [kHz]
Częstotliwość pulsacja/pulsacja własna pętli f0 [kHz], ω0 [rad/s]	52,3 [kHz]
Przesunięcie fazowe Φ dla częstotliwości fwe = f0 [˚], [rad]	94 [˚]
Maksymalne napięcie detektora fazy Udmax [V]	7,24 [V]
Minimalne napięcie detektora fazy Udmin [V]	3,22 [V]
Wzmocnienie Kd detektora fazy dla częstotliwości f0 [V/˚], [V/rad]	2 [V/˚]

• Badanie demodulatora częstotliwości

Modulatorem częstotliwości jest tu generator VCO modulowany napięciem o małej częstotliwości z generatora metex. W modulatorze zachodzi sumowanie napięcia stałego (regulowanego potencjometrem na wkładce generatora VCO) oraz napięcia zmiennego małych częstotliwości z generatora.

Przebiegi wejściowe i wyjściowe (modulujące i demodulowane):

Sygnał modulujący sinusoidalnie jest demodulowany poprawnie.

Dla sygnału modulującego trójkątnego, sygnał wyjściowy (demodulowany) jest delikatnie zniekształcony.

Zaś dla sygnału modulującego prostokątnego, sygnał wyjściowy (demodulowany) jest w dużym stopniu zniekształcony ponieważ sygnał prostokątny zawiera dużo harmonicznych.

• Pomiar transmitancji pętli PLL

Transmitancja pętli:

K – wzmocnienie pętli ( K = Kg*Kd )

H(s) – transmitancja filtru dolnoprzepustowego 1/(1+τs)

parametr	wzór	wartość obliczona	wartość zmierzona
Kg [rad/sV]	-	-	48989π [ rad/sV]
Kd [V/rad]	-	-	2 [V/rad]
K	K=Kd*Kg	97980π	-
τ [s]	τ=R10*C5	429 [µs]	-
ΩN [krad/s]	ΩN = sqrt(K/τ)	26,88	27,96
fN [kHz]	fN = ΩN/2π	4,28	4,32
ξN	ξN = sqrt(K* τ)	11,49	11,91

1. Wnioski

Najważniejsze parametry częstotliwościowe pętli PLL to zakres trzymania i chwytania, częstotliwość własna pętli ,wzmocnienie pętli K, stała czasowa τ ,pulsacja własna ΩΝ ,

częstotliwość własna fN i współczynnik tłumienia ξΝ.

Pętla PLL dąży do utrzymania na obu wejściach detektora fazy tej samej częstotliwości przebiegów, a w stanie synchronizmu częstotliwość obu przebiegów jest jednakowa. Napięcie za filtrem dolnoprzepustowym, czyli na wejściu VCO jest stałe i generator nie zmienia swojej częstotliwości.

Przy zmianie częstotliwości sygnału wejściowego zmieni się również przesunięcie fazy zmieniając wartość napięcia na wejściu generatora VCO, który zmieni swoją częstotliwość by zrównała się z częstotliwością sygnału wejściowego. Układ zachowuje się tak zarówno przy spadku częstotliwości wejściowej jak i przy jej wzroście. Liniowe zmiany napięcia wejściowego na generatorze powodują liniowe zmiany częstotliwości.

Pętla PLL działa na zasadzie sprzężenia zwrotnego, służy do automatycznej regulacji częstotliwości. Stosowana jest najczęściej w syntezerach częstotliwości heterodyny w odbiornikach radiowych i telewizyjnych oraz w generatorach częstotliwości wzorcowych i powielaczach częstotliwości. Ponadto może być stosowana do generacji sygnału referencyjnego przy demodulacji sygnałów FM i AM.