LABORATION I TELEKOMMUNIKATION FREKVENSMODULERING. Med PLL

Relevanta dokument
Elektronik grundkurs Laboration 6: Logikkretsar

Ellära. Laboration 4 Mätning och simulering. Växelströmsnät.

Laboration 1: Aktiva Filter ( tid: ca 4 tim)

Laboration - Va xelstro mskretsar

DEL-LINJÄRA DIAGRAM I

Umeå universitet Tillämpad fysik och elektronik Ville Jalkanen mfl Laboration Tema OP. Analog elektronik för Elkraft 7.

Elektroteknikens grunder Laboration 3. OP-förstärkare

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 17 dec 2007 klockan 8:00 13:00 för inskrivna på elektroteknik Ht 2007.

Spänningsstyrd Oscillator

IDE-sektionen. Laboration 5 Växelströmsmätningar

Laborationshandledning för mätteknik

5 OP-förstärkare och filter

TSKS06 Linjära system för kommunikation Lab2 : Aktivt filter

Digitala kretsars dynamiska egenskaper

Moment 1 - Analog elektronik. Föreläsning 4 Operationsförstärkare

Elektroteknikens grunder Laboration 1

Laborationshandledning

ELEKTROTEKNIK. Laboration E701. Apparater för laborationer i elektronik

Strömförsörjning. Laboration i Elektronik 285. Laboration Produktionsanpassad Elektronik konstruktion

Lab 4. Några slides att repetera inför Lab 4. William Sandqvist

Elektro och Informationsteknik LTH. Laboration 5 Operationsförstärkaren. Elektronik för D ETIA01

4 Laboration 4. Brus och termo-emk

Elektro och Informationsteknik LTH. Laboration 3 RC- och RL-nät i tidsplanet. Elektronik för D ETIA01

Elektricitetslära och magnetism - 1FY808. Lab 3 och Lab 4

Laboration 4: Tidsplan, frekvensplan och impedanser. Lunds universitet / Fakultet / Institution / Enhet / Dokument / Datum

VÄXELSTRÖM SPÄNNINGSDELNING

Elektro och Informationsteknik LTH Laboration 4 Tidsplan, frekvensplan och impedanser

VÄXELSTRÖM SPÄNNINGSDELNING

Tentamen i Elektronik - ETIA01

Rundradiomottagare Mikael Andersson Martin Erikson. Department of electroscience. ETI 041 Radioprojekt

Laboration 2 Instrumentförstärkare och töjningsgivare

Vanliga förstärkarkopplingar med operationsförstärkaren

Systemkonstruktion LABORATION LOGIK

OSCILLOSKOPET. Syftet med laborationen. Mål. Utrustning. Institutionen för fysik, Umeå universitet Robert Röding

Laboration 2 Elektriska kretsar Online fjärrstyrd laborationsplats Blekinge Tekniska Högskola (BTH)

Laboration II Elektronik

Apparater på labbet. UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik Elektronik/JH. Personalia: Namn: Kurs: Datum:

APPARATER PÅ ELEKTRONIKLABBET

Laborationsrapport. Kurs Elektroteknik grundkurs ET1002. Lab nr 5. Laborationens namn Växelström. Kommentarer. Namn. Utförd den. Godkänd den.

Lokaloscillator för FM-rundradiobandet 98,7-118,7 MHz

Laborationshandledning

Operationsfo rsta rkarens parametrar

Lik- och Växelriktning

Elektronik grundkurs Laboration 5 Växelström

Induktiv beröringsfri närvarogivare/detektor med oscillator, (Proximity switch)

Lab Tema 2 Ingenjörens verktyg

Lab 1 Analog modulation

Förstärkning Large Signal Voltage Gain A VOL här uttryckt som 8.0 V/μV. Lägg märke till att förstärkningen är beroende av belastningsresistans.

Laboration 1: Styrning av lysdioder med en spänning

Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

TSTE20 Elektronik Lab5 : Enkla förstärkarsteg

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 6 mars 2006 SVAR

Laborationsrapport Elektroteknik grundkurs ET1002 Mätteknik

Elektronik grundkurs Laboration 1 Mätteknik


Figur 1 Konstant ström genom givaren R t.

Föreläsning 5. Motkoppling och stabilitet bl. Stabilitetskriterier Stabilitetsmarginaler Kompensering Exempel. IE1202 Analog elektronik /BM

2 Laborationsutrustning

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 1 den 21 oktober 2008 klockan 8:00 13:00

Passiva filter. Laboration i Elektronik E151. Tillämpad fysik och elektronik UMEÅ UNIVERSITET Ulf Holmgren. Ej godkänd. Godkänd

Lab 4: Digital transmission Redigerad av Niclas Wadströmer. Mål. Uppstart. Genomförande. TSEI67 Telekommunikation

Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

Laborationsrapport. Kurs El- och styrteknik för tekniker ET1015. Lab nr. Laborationens namn Lik- och växelström. Kommentarer. Utförd den.

OLOP II Obligatorisk LAB operationsförstärkare Analog elektronik 2

Hemtenta 2 i Telekommunikation

Tillämpning av komplext kommunikationssystem i MATLAB

Operationsförstärkare (OP-förstärkare) Kapitel , 8.5 (översiktligt), 15.5 (t.o.m. "The Schmitt Trigger )

Laboration - Operationsfo rsta rkare

Roterande elmaskiner

Laboration D151. Kombinatoriska kretsar, HCMOS. Namn: Datum: Epostadr: Kurs:

Laborationshandledning för mätteknik

Isolationsförstärkare

Tentamen i Elektronik, ESS010, del1 4,5hp den 19 oktober 2007 klockan 8:00 13:00 För de som är inskrivna hösten 2007, E07

IF1330 Ellära KK1 LAB1 KK2 LAB2. tentamen

Bestäm uttrycken för följande spänningar/strömmar i kretsen, i termer av ( ) in a) Utspänningen vut b) Den totala strömmen i ( ) c) Strömmen () 2

Undersökning av logiknivåer (V I

Spä nningsmä tning äv periodiskä signäler

DIFFERENTALFÖRSTÄRKARE

STÖRNINGAR. Laboration E15 ELEKTRO. UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik Sverker Johansson Johan Pålsson Rev 1.0.

Tentamen i Signaler och kommunikation, ETT080

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk, ETEF15. Exempeltentamen

LABORATION i TELEKOMMUNIKATION AMPLITUDMODULERING

Elektro och Informationsteknik LTH. Laboration 6 A/D- och D/A-omvandling. Elektronik för D ETIA01

RC-kretsar, transienta förlopp

Signalbehandling, förstärkare och filter F9, MF1016

Fouriermetoder MVE295 - bonusuppgifter

Ellära. Laboration 2 Mätning och simulering av likströmsnät (Thevenin-ekvivalent)

Ett urval D/A- och A/D-omvandlare

Lab 3. Några slides att repetera inför Lab 3. William Sandqvist

En faslåst slingas FM-demodulationsegenskaper vid dynamisk kanalbredd

LTK010, vt 2017 Elektronik Laboration

Laboration 1 Elektriska kretsar Online fjärrstyrd laborationsplats Blekinge Tekniska Högskola (BTH)

Elektronik 2018 EITA35

Automation Laboration: Reglering av DC-servo

DIGITALTEKNIK I. Laboration DE2. Sekvensnät och sekvenskretsar

TSTE05 Elektronik och mätteknik ISY-lab 3: Enkla förstärkarsteg

IE1206 Inbyggd Elektronik

Mät kondensatorns reaktans

ECS Elektronik, dator och programvarusystem Kista, Forum, hiss C, plan 8

Att fjärrstyra fysiska experiment över nätet.

Transkript:

LABORATION I TELEKOMMUNIKATION FREKVENSMODULERING Med PLL

Målsättning Att förstå principerna för faslåst slinga och kunna tillämpa det vid detektering av frekvensmodulerade signaler. Teori Kursbok, bilaga (data för CD4046). Förberedelseuppgifter 1. Vad menas med fas- och frekvensdeviation? 2. Hur ser ett frekvensspektrum ut, vid smalbandig FM, om bärvågsfrekvensen är f 0 och basbandsfrekvensen är f m? 3. Beskriv funktionen hos en faslåst slinga (PLL). Material Kopplingsdäck Integrerad krets CD4046 (2 st) Resistorer, kondensatorer Oscilloskop Pulsräknare (2 st) Frekvensgenerator Utförande I denna laboration kommer du att använda PLL-kretsen CD4046. Den innehåller 2 st fasjämförare som tillsammans med ett yttre LP-filter bildar fasdetektorn. De två jämförarna har något olika funktion. Phase comparator l är av typen XOR-grind och kräver att ingångarnas pulsförhållande är 50%. Phase comparator 2 har flanktriggad logik och ställer därmed inga krav på symmetri hos ingångssignalerna. Dess utgång, PC2 out är av typen tristate. 1. Dimensionera R 1, R 2 och C 1 så att VCO-frekvensen kan varieras mellan 100 khz och 400 khz. Tips: välj C 1 =220 pf. 2. Koppla upp VCO:n med komponentvärden enligt ovan. Använd matningsspänningen 5V. Observera att inhibit måste kopplas till jord. Anslut oscilloskop och frekvensräknare till oscillatorutgången och mät f min och f max genom att ansluta VCO-ingången till O V resp 5 V. Vid behov, justera komponentvärdena så du får det önskade frekvensområdet.

2.1. Mät sambandet mellan VCO:ns frekvens och styrspänning för O 5 V. Rita diagram och bestäm VCO:ns känslighet k o (Hz/V). 3. Du skall med hjälp av din krets generera en FM-modulerad signal. Basbandssignalen skall tas från en generator. Via den anpassning som finns på nästa sida matas signalen till VCO-in. VCO-ut ger då din frekvensmodulerade signal. Studera FM-signalen för olika kurvformer och frekvenser på insignalen. OBS! Riv ej denna koppling då du är klar! +5 V Generator + 10 k U 10 uf 10 k 3.1. Varför används anpassningen? 3.2. Vilken frekvens har din bärvåg? Varför? 4. Koppla upp en ny CD 4046 som faslåst slinga enligt fig. 3 i databladet. Dimensionera R 1, R 2 och C 1 enligt tidigare. Som filter används ett passivt LP-filter med R=10 kω och C=l nf. Den yttre signalanslutningen görs med hjälp av anpassningen nedan. Signalgeneratorn skall ha fyrkantvåg och mätningarna nedan skall utföras både för faskomparator 1 och 2. 4.1. Mät upp låsområde och infångningsområde genom att variera generatorns frekvens och studera generatorsignalen och VCOutgången på var sin oscilloskopkanal. Anslut gärna en räknare till vardera kanal. 4.2. Vilken/vilka frekvenser har signalen på VCO-utgången då PLL:en ej är låst? 5. FM-signalen från uppgift 2 skall nu demoduleras. Kopplingen från uppgift 3 skall nu användas som demodulator. Den demodulerade basbandssignalen får du efter LP-filtret. För att förbättra kurvformen på oscilloskopet kan du koppla in ett extra LP-filter vid mätningen ( R= 47 k, C=220 pf). ( Kopplas ej in i slingan ).

Studera utsignalen då du varierar basbandssignalens frekvens. 5.1. Välj en basbandsfrekvens ( << f o ). Rita en skiss av oscilloskopbilden med in och utsignal på vardera kanal. Ange vald frekvens. 5.2. Vilket bandbreddsbehov har din FM-signal ovan? Motivera! Redovisning 2. Valda komponentvärden 2.1. Diagram. Angivelse av k o 3.1. Svar och motiveringar. 3.2. Svar och motiveringar. 4.1. Lås- och infångningsområden. 4.2. Svar och motiveringar. 5.1. Signalernas utseende och frekvens. 5.2. Svar och motiveringar.

2.6 Faslåst slinga En vanligt förekommande byggsten i elektroniska system i allmänhet och kommunikationssystem i synnerhet är den faslåsta slingan (Phase Locked Loop, PLL). Principen beskrevs redan på 1930-talet men kom till allmän användning först när den kunde realiseras i form av billiga integrerade kretsar. Idag finns det en uppsjö varianter från skilda tillverkare. I sin grundform ser en faslåst slinga ut som i figur 2.48, och har den egenskapen att VCO:ns frekvens kan fås att exakt följa frekvensen hos en utifrån inmatad signal, u i. Detta i sin tur medför att den har några andra användbara egenskaper. Låt oss studera funktionen närmare. Utspänningen från en fasdetektor med känsligheten ("förstärkningen") k φ [V/rad] får, efter eventuell förstärkning, styra frekvensen hos en VCO med känsligheten k o [Hz/V]. Slingan sluts genom att VCO:ns utsignal påförs fasdetektorns ena ingång. VCO:ns frekvens styrs på tidigare angivet sätt så att: F o = f fr + k o V d där f fr är oscillatorns egenfrekvens (free running frequency ), dvs dess frekvens när V d = 0. Om kretsen matas utifrån med en signal med frekvensen f i, under f fr, kommer multiplikatorutspänningen att bestå av summa- och skillnadsfrekvens, f fr + f i och f fr - f i, med någon amplitud A. Den höga summafrekvensen spärras av LP-filtret. Med f i långt under f fr blir skillnadsfrekvensen så stor att signalen inte passerar LP-filtret, dvs V d = 0, och VCO:n svänger med f fr. Om f i successivt ökas, minskar skillnadsfrekvensen och den kan så småningom passera LP-filtret och V d räcker till för att ge så stor frekvensändring hos VCO:n att f o = f i. Man säger att VCO:n har fångats in av f i och att slingan är faslåst, med en konstant spänning V d och därmed fasskillnad mellan U i och U 0. Vi befinner oss då i punkt B i figur 2.49. Om nu f i höjs följer VCO:ns frekvens med genom att fasvinkeln mellan U i och U 0 och därmed V d ändras. När f i = f fr är V d = 0 och därmed fasvinkeln pi/2 (se figur 2.44a). Eftersom maximala utspänningen från fas-

detektorn är A kan VCO:n bara följa med upp till någon högsta frekvens i punkten D. Ovanför denna återgår VCO:n till f fr. När f i sedan sänks sker på motsvarande sätt infångning vid C och släppning vid A. För att en frisvängande VCO ska fångas in och låsa måste f i ligga inom frekvensområdet mellan B och C, det så kallade infångningsområdet, (capture range). När den väl har låst kan den följa med i frekvensvariationer inom området mellan A och D, det så kallade låsområdet (lock range). Observera att det efter faslåsning inte existerar någon som helst frekvensskillnad mellan f i och f o, endast en fasskillnad. Låsområdet beror av slingförstärkningen (loop gain) k φ.k 0 och kan ökas med extra spänningsförstärkare i slingan. Infångningsområdet beror av bandbredden i LP-filtret. Om denna är tillräckligt stor blir lås- och infångningsområdena lika stora. Andra viktiga egenskaper är hur snabbt V d och VCO reagerar på en språngändring av f i, dvs PLL-kretsens dynamiska egenskaper. För djupare studium och dimensioneringsregler hänvisas till fabrikanternas databöcker. PLL-kretsar har många användningsområden varav vi ska nämna några. - Alstring av bärvåg till koherenta detektorer. Det torde inses av dess förmåga att exakt följa en frekvens. Figur 2.50. Utspänningen från fasdetektorn, som ju är proportionell mot insignalens fasavvikelse från bärvågen, varierar kring ett medelvärde som motsvarar bärvågens fas. Detta medelvärde fås genom LP-filtrering av u m i ett LP-filter med mycket låg gränsfrekvens och kan användas för styrning av VCO:n.

Figur 2.50 Generering av koherent bärvåg och detektering av PM-signal - FM-detektor. Om kretsen matas med FM-signal med bärfrekvens f o = f fr kommer V d att variera med frekvensen (se figur 2.49). - Digital frekvenssyntes. Slingan i figur 2.51 ser till att f o / N = f ref, dvs f o = Nf ref. Om f ref erhålls från en högstabil kristalloscillator fås samma noggrannhet i f o som i denna. F o kan enkelt ändras genom att ändra N. Mer om detta i del 4, Radiosystem.