Phase-Locked Loops

#60: Basics of Phase Locked Loop Circuits and Frequency Synthesis (Lipiec 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Phase-Locked Loops

Analogowe układy scalone


Pytanie 1

To jest schemat dla prostego VCO:

Oscylator ma konstrukcję RC "przesunięcie fazowe". Wyjaśnij, jak działa ten obwód. Dlaczego częstotliwość wyjściowa różni się w zależności od napięcia sterującego "# 1"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Aby zrozumieć, w jaki sposób JFET funkcjonują w tym projekcie VCO, dokładnie zbadaj regiony "nasycenia" charakterystycznych krzywych JFET. Zwróć uwagę, że te regiony wyglądają jak prawie proste odcinki. Wskazuje to na zachowanie nasyconego JFET, który jest wykorzystywany w tym obwodzie VCO.

Częstotliwość wyjściowa maleje, gdy napięcie sterowania staje się bardziej dodatnie.

Uwagi:

To pytanie nie tylko pozwala uczniom badać funkcjonowanie VCO, ale również zapewnia dobry przegląd teorii JFET, a także praktyczny przykład specjalnej aplikacji tranzystorów polowych połączeniowych.

Uwaga: schemat tego obwodu został wyprowadzony z tego znalezionego na stronie 997 John Markusa

, pierwsza edycja. Wygląda na to, że projekt pochodzi z publikacji Motoroli o wykorzystaniu tranzystorów polowych ("Zastosowania niskich częstotliwości tranzystorów polowych" AN-511, 1971).

pytanie 2

Jeśli słyszysz odgłos dwusilnikowego samolotu latającego nad głową, prawdopodobnie zauważyłeś niezwykły wzór "uderzenia" w tonie silnika. To samo zjawisko występuje, gdy odtwarzasz wyjście dwóch generatorów sygnału audio przez głośniki, a generatory sygnału ustawione są na bardzo podobne (ale nie identyczne!) Częstotliwości:

Wyjaśnij, w jaki sposób technik ten może wykorzystać to zjawisko do dostosowania dwóch źródeł częstotliwości audio na tę samą częstotliwość, bez pomocy jakiegokolwiek kosztownego sprzętu testowego, takiego jak licznik częstotliwości lub oscyloskop.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Dostosuj częstotliwość jednego ze źródeł, dopóki nie usłyszysz żadnego "bicie" dźwięku między dwoma sygnałami dźwiękowymi.

Uwagi:

Jest to bardzo prosty eksperyment do skonfigurowania w klasie, ale uwaga! Miałem kiedyś dwa generatory sygnałów dźwiękowych, generujące dźwięki sinusoidalne o niskiej częstotliwości dla moich studentów, krótko po przerwie na lunch. Przy pełnych żołądkach kilku moich uczniów miało bardzo trudny czas, pozostając na jawie, słuchając niskich tonów.

pytanie 3

Co to jest VCO "# 3"> Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

VCO to oscylator sterowany napięciem.

Uwagi:

Zapytaj uczniów, w jaki sposób VCO może być używany w obwodzie. Co dokładnie oznacza "kontrola napięcia"?

Pytanie 4

Załóżmy, że technik połączył potencjometr z wejściem VCO, aby działał jako ręcznie zmienne źródło napięcia. Następnie technik porównuje wyjście VCO z zewnętrznym źródłem sygnału, które powoli zmienia częstotliwość, dostosowując potencjometr, aby zachować dwie częstotliwości:

Jeśli woltomierz był podłączony pomiędzy wycieraczką potencjometru a masą, co oznaczałoby to jego wskazanie (w odniesieniu do zewnętrznego sygnału dźwiękowego) "# 4"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Napięcie wiper w tym systemie jest reprezentatywne dla częstotliwości sygnału zewnętrznego. Sprzężenie zwrotne występuje w "pętli" utworzonej przez rękę technika, regulując potencjometr w odpowiedzi na zmiany częstotliwości różnicowej.

Uwagi:

Powiedz uczniom, że oscylatory sterowane napięciem są czasami nazywane konwerterami napięcia do częstotliwości . Następnie poproś ich, aby wyjaśnili, w jaki sposób obecność sprzężenia zwrotnego w tym systemie zapewnia funkcję konwersji częstotliwości do napięcia .

Pytanie dotyczące automatyzacji tego systemu może być wyzwaniem dla niektórych uczniów. Jeśli nie mogą udzielić technicznej odpowiedzi na to pytanie, poproś o wyjaśnienie "w kategoriach laika", co muszą zrobić dodatkowe elementy. Dokładna identyfikacja funkcji ludzkiego operatora jest pierwszym krokiem w projektowaniu systemu automatyki!

Pytanie 5

Schemat blokowy obwodu pętli fazowej wygląda następująco:

Określ, jaki rodzaj sygnałów elektronicznych będzie widoczny w punktach A i B dla następujących warunków wejściowych:

Wejście = fala sinusoidalna, stała częstotliwość
Wejście = fala sinusoidalna, rosnąca częstotliwość
Wejście = fala sinusoidalna, częstotliwość malejąca
Wejście = fala sinusoidalna, częstotliwość zwiększa się i zmniejsza regularnie
Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Wejście = fala sinusoidalna, stała częstotliwość
- A : Stałe napięcie DC
- B : częstotliwość równa sygnałowi wejściowemu
Wejście = fala sinusoidalna, rosnąca częstotliwość
- A : Zwiększenie napięcia DC
- B : częstotliwość równa sygnałowi wejściowemu
Wejście = fala sinusoidalna, częstotliwość malejąca
- A : Zmniejszenie napięcia DC
- B : częstotliwość równa sygnałowi wejściowemu
Wejście = fala sinusoidalna, częstotliwość zwiększa się i zmniejsza regularnie
- A : Napięcie prądu stałego, które wzrasta i spada z częstotliwością wejściową
- B : częstotliwość równa sygnałowi wejściowemu

Uwagi:

Celem tego pytania jest umożliwienie uczniom rozpoznania funkcji każdego "bloku" w zamkniętej pętli. Mając je przewidzieć typy sygnałów wyjściowych w punktach A i B dla różnych warunków sygnału wejściowego, widać, czy rozumieją koncepcję.

Zapytaj ich, gdzie uzyskali informacje na temat operacji z pętlą synchronizacji fazowej. Widziałem już kilka tutoriali na ten temat w Internecie, więc nie powinno być problemu ze znalezieniem źródeł.

Pytanie 6

Załóżmy, że "szum" sygnału AC o inaczej stałej częstotliwości jest podłączony do wejścia pętli zamkniętej fazowo:

Scharakteryzuj przebieg wyjściowy generowany przez VCO. Czy będzie "głośno", jak również "# 6"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Przebieg sygnału wyjściowego VCO nie będzie tak głośny jak kształt fali wejściowej.

Uwagi:

Zapytaj uczniów, w jaki sposób to zachowanie obwodu PLL może być korzystne. Jakich praktycznych celów uczniowie mogą wymyślić dla PLL, używanego jako takie?

Pytanie 7

Zdefiniuj następujące terminy, ponieważ odnoszą się one do obwodów pętli z blokowaniem fazy:

Częstotliwość środkowa
Zakres blokady
Zakres przechwytywania
Czas blokady
Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Częstotliwość środkowa: częstotliwość "swobodnego działania" oscylatora sterowanego napięciem PLL.
Zakres blokady: zakres częstotliwości sygnału wejściowego, do którego PLL może pozostać "zablokowana".
Zakres przechwytywania: zakres częstotliwości sygnału wejściowego, do którego PLL może się zablokować, ze stanu odblokowanego.
Czas blokady: czas wymagany do "zablokowania" PLL do danej częstotliwości wejściowej, od zimnego startu.

Uwagi:

Poproś uczniów o wyjaśnienie, który zakres - blokowanie lub przechwytywanie - jest węższy i dlaczego.

Pytanie 8

"FM" oznacza "modulację częstotliwości" i odnosi się do kodowania kształtu fali poprzez zmianę (modulowanie) częstotliwości innej. Jest to technologia używana w transmisji radiowej FM:

W ten sposób działa komunikacja radiowa FM: poprzez modulowanie częstotliwości sygnału częstotliwości radiowej (RF) zgodnie z amplitudą sygnału napięciowego wytwarzanego przez mikrofon.

Wyjaśnij, w jaki sposób zamknięty w pętli obwód pętli może być użyty do "demodulacji" wyjścia stacji radiowej FM, tak aby wyodrębnić sygnał audio nadawcy z fali RF.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Ten diagram oczywiście pokazuje znacznie uproszczony system do demodulacji FM:

Uwagi:

Pomimo brutalności udzielonej odpowiedzi, podstawowa teoria operacyjna demodulatora PLL powinna być widoczna dla uczniów. Omów działanie tego obwodu ze swoimi uczniami, upewniając się, że wszyscy rozumieją cel PLL.

  • ← Poprzedni arkusz roboczy

  • Indeks arkusza roboczego

  • Następny arkusz roboczy →