6.5. Mạch tổng hợp tần số ứng dụng PLL - Phase Locked Loop
6.5.3. Các ứng dụng của PLL
1. Tách sóng tín hiệu điều tần.
Khi dùng PLL, tách song tín hiệu điều tần phải thiết kế sao cho tần số dao
động tự do (0) của VCO dùng bằng tần số trung tâm của tín hiêu điều tần. Khi tần số
điều tần đưa vào đầu vào mạch tách pha sẽ bám đuổi theo (0) và tạo ra sự sai lệch tần sè =dt -
Với (dt ) là tần số của tín hiệu điều tần.
Điện áp ở đầu ra bộ tách pha Ud tỉ lệ với độ sai lệch tần số. Do vậy đã thực hiện được tách sóng tần số.
2. Tổng hợp tần số.
Đây là một ứng dụng quan trọng của PLL. Tổng hợp tần số là quá trình tạo ra 1 mạng tần số rời rạc từ một tần số chuẩn có độ ổn định cao. Do PLL có đặc tính giữ pha nên các đặc tính trôi nhiệt và ổn định của các tần số tạo ra giống tần số chuẩn. Những phép biến đổi cơ bản trong tổng hợp tần số của PLL bao gồm nhân và chia tần số.
Phép nhân tần số với hệ số nhân N nguyên như hình 6.40. ở chế độ đồng bộ tần số chuẩn (fc) ở đầu vào fc = fr/N
Với N là hệ số chia của bộ chia
fr: tần số ở đầu ra của mạch, do vậy fr = fcN
Điều đó có nghĩa là tần số ở đầu ra của bộ PLL gấp N lần tần số chuẩn và có độ ổn định giống tần số chuẩn.
Tách sóng pha
Lọc thông thấp và
KĐ VCO
Mạch chia tần (:N)
fra
UC0
PLL
fra
fchuẩn
Hình 6.40 Mạch tổng hợp tần số dùng mạch vòng khóa pha đồng bộ tần số chuẩn * Tổng hợp tần số với tần số ra không phải là bội nguyên của tần số chuẩn như mạch điện hình 6.41
Tách sóng pha
Lọc thông thấp và
KĐ VCO
Mạch chia tần (:N)
fra
UC0
PLL
fra
fchuẩn
Chia tần 1 (:M) fc
Hình 6.41 Mạch tổng hợp tần số dùng mạch vòng khóa pha Tần số ra không là bội số nguyên tần số chuẩn
Tần số chuẩn (fc) trước khi đưa vào bộ tách sóng pha đưa qua bộ chia tần 1 có hệ số chia là M. Đầu ra của bộ chia tần 1 có tần số: fc/M
Tần số ở đầu ra của PLL qua bộ chia có hệ số chia N đưa vào đầu vào bộ tách sóng pha có tần số là fr/N.
Khi mạch làm việc đồng bộ ta cóM NfC fr Do vậy tần số đầu ra của PLL là fr N fC
M
Từ biểu thức fr trên ta thấy rằng nếu thay đổi hệ số M, N sẽ nhận được tần số ra tùy ý có độ ổn định tương ứng với tần số chuẩn.
Câu hỏi và bài tập chương 6
Câu 1: Vẽ sơ đồ mạch điện, nêu tác dụng linh kiện và phân tích mạch dao động hình sin dùng LC kiểu ghép biến áp. Công thức tính tần số dao động?
Câu 2: Vẽ sơ đồ mạch điện, nêu tác dụng linh kiện và phân tích điều kiện phát sinh dao động mạch tạo dao động hình sin dùng LC kiểu 3 điểm điện cảm. Công thức tính tần số dao động?
Câu 3: Vẽ sơ đồ mạch điện, nêu tác dụng linh kiện và phân tích điều kiện phát sinh dao động mạch tạo dao động hình sin dùng LC kiểu 3 điểm điện dung. Công thức tính tần số dao động?
Câu 4: Vẽ sơ đồ mạch điện, nêu tác dụng linh kiện và phân tích mạch dao
động hình sin dùng thạch anh tần số cộng hưởng song song.
Câu 5: Vẽ sơ đồ mạch điện, nêu tác dụng linh kiện và phân tích mạch dao
động hình sin dùng thạch anh tần số cộng hưởng nối tiếp.
Câu 6: Vẽ sơ đồ mạch điện, nêu tác dụng linh kiện và phân tích mạch dao
động hình sin dùng RC kiểu di pha. Công thức tính tần số dao động?
Câu 7: Vẽ sơ đồ mạch điện, nêu tác dụng linh kiện và phân tích mạch dao
động hình sin dùng RC kiểu cầu Wien. Công thức tính tần số dao động?
Câu 8: Vẽ sơ đồ mạch điện, nêu tác dụng linh kiện và phân tích nguyên lý làm việc của mạch dao động đa hài tạo xung dùng BJT. Vẽ giản đồ xung và nêu công thức tính toán tần số của mạch.
Câu 9: Vẽ sơ đồ mạch điện, nêu tác dụng linh kiện và phân tích nguyên lý làm việc của mạch dao động tạo xung vuông dùng khuếch đại thuật toán (OPAM). Vẽ giản
đồ xung và nêu công thức tính toán tần số của mạch.
Câu 10: Vẽ sơ đồ mạch điện, nêu tác dụng linh kiện và phân tích nguyên lý làm việc của mạch dao động tạo xung vuông dùng vi mạch 555. Vẽ giản đồ xung và nêu công thức tính toán tần số của mạch.
Câu 11: Vẽ sơ đồ mạch điện, nêu tác dụng linh kiện và phân tích nguyên lý làm việc của mạch dao động Blocking. Vẽ giản đồ xung và tính toán tần số của mạch.
Câu 12: Vẽ sơ đồ mạch điện, nêu tác dụng linh kiện và phân tích nguyên lý làm việc của mạch biến đổi xung vuông thành xung tam giác. Vẽ giản đồ xung của mạch
Câu 13: Thiết kế mạch tạo xung vuông dùng IC555 với các yêu cầu sau:
a/ Tạo xung vuông đối xứng với tần số f = 1KHZ.
b/ Tạo xung vuông với tần số thay đổi từ (1 3) KHZ.
c/ Tạo xung vuông thay đổi được độ rộng xung mà tần số giữ nguyên Câu 14: Cho mạch di pha 3 khâu như hình 6.42
biÕt: R1 = R2 = R3 = R C1 = C2 = C3 = C
a/ Xây dựng bộ dao động tạo hình sin dùng mạch di pha 3 khâu như hình vẽ b/ Xây dựng biểu thức tính và phân tích điều kiện dao động của mạch
c/ Tìm điều kiện để mạch dao động ổn định và tìm tần số dao động ổn định của mạch.
Uv Ur
R2 R3 R1
C2 C3 C1
H×nh 6.42 Câu 15: Cho mạch di pha 4 khâu như hình 6.43
Uv R1 R2 R3 R4 Ur
C4 C3
C2 C1
H×nh 6.43 biÕt: R1 = R2 = R3 = R4 = R
C1 = C2 = C3 = C4 = C
a/ Xây dựng bộ dao động tạo hình sin dùng mạch di pha 4 khâu như hình vẽ b/ Xây dựng biểu thức tính và phân tích điều kiện dao động của mạch
c/ Tìm điều kiện để mạch dao động ổn định và tìm tần số dao động ổn định của mạch.
Câu 16: Cho mạch lọc RC như hình vẽ
biÕt: R1 = R2 = R C1 = C2 = C
a/ Xây dựng bộ tạo dao động hình sin dùng mạch lọc như hình 6.44 b/ Xây dựng biểu thức tính và phân tích điều kiện dao động của mạch
c/ Tìm điều kiện để mạch dao động ổn định và tìm tần số dao động ổn định của mạch.
Uv Ur
C2 C1
R2 R1
H×nh 6.44 Câu 17: Cho mạch dao động RC kiểu di pha 3 kh©u nh h×nh 6.45.
BiÕt: OPAM cã Vcc = 12V, R= 1K, C = 104. Khi mạch hoạt động ở chế độ xác lập. Hãy:
a/ Nêu tác dụng linh kiện cho mạch.
b/ Vẽ dạng điện áp ra.
c/ Tính chọn R1, Rht
d/ Tính tần số của điện áp Ur. Hình 6.45
Câu 18: Cho mạch dao động RC kiểu cầu Wien nh h×nh 6.46.
BiÕt: OPAM cã Vcc = 12V, R =15K, C
= 104. Khi mạch hoạt động ở chế độ xác lập. Hãy:
a/ Nêu tác dụng linh kiện cho mạch.
b/ Vẽ dạng điện áp ra.
c/ Tính chọn R1, R2.
d/ Tính tần số của điện áp Ur. Hình 6.46 Rht
+Vcc
-Vcc
R1 + R R
C C C
Ur
R
+Vcc
-Vcc
R +
C R C
R1
R2
Ur
Câu 19: Cho mạch dao động đa hài dùng BJT nh h×nh 6.47.
Biết: Ec = +12V, Q1, Q2 cùng loại C828, Rc1 = Rc2 = 10 K, Rb1 = Rb2 = 100 K, C1 = C2 = 104. Hãy:
a/ Nêu tác dụng linh kiện cho mạch.
b/ Viết biểu thức tính tần số dao động xung của mạch.
c/ TÝnh tÇn sè xung víi VR = 10 K
d/ Xác định giá trị VR để tần số xung ra thay đổi từ (50 70) Hz.
H×nh 6.47
Câu 20: Cho mạch dao động tạo xung vuông dùng vi mạch khuếch đại thuật toán LM741nh h×nh 6.48.
BiÕt: Vcc = 12V, R1 = 47 K, R2 = 10 K, R = 22 K, C= 104. Hãy:
a/ Nêu tác dụng linh kiện cho mạch.
b/ Viết biểu thức tính tần số dao động xung của mạch.
c/ TÝnh tÇn sè xung víi VR = 10 K.
d/ Xác định giá trị VR để tần số xung ra thay đổi từ (60 100) Hz.
H×nh 6.48
Câu 21: Cho mạch dao động tạo xung vuông dùng vi mạch 555 như hình 6.49 Biết: Vcc =+12V, C = 104. Hãy:
a/ Nêu tác dụng linh kiện cho mạch.
b/ Viết biểu thức tính tần số dao động xung của mạch.
c/ TÝnh tÇn sè xung víi R1 =1 K, VR
= 10 K, R2 = 10 K.
d/ Tính chọn giá trị R1, R2, VR để tần số xung ra thay đổi từ (200 500) Hz.
H×nh 6.49
Ur2
Ur1
+Ec
Q1 Q2
C2
C1
Rc1 Rb2 Rb1 Rc2
VR
-Vcc
++Vcc
R
R2
R1
C Ur
VR
4 7 8
6 2
3
5 1
R1
R VR
R2
C1
+Vcc
LED Ur
C2
IC555