Laboratórium 2 - 9. Mérés ellenőrző kérdései

← Vissza az előző oldalra – laboratórium 2

← Vissza az előző oldalra – Laboratórium 2 - 9. Mérés: Analóg fáziszárt hurok vizsgálata

1. Rajzolja fel a PLL tömbvázlatát.

A PLL egy olyan szabályozási kör, amely a kimeneti jelét egy bemeneti jelhez (referencia jel) képest képes szinkronizálni mind frekvenciában, mind fázisban.

Részegységek:

• Phase Detector: A be- és kimeneti jel fázisát hasonlítja össze és a fáziskülönbséggel arányos feszültséget állít elő.
• Hurokszűrő: Kiszűri az Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle u_d(t)} AC komponensét.
• VCO: A szűrő kimeneti jelétől lineárisan függő kimeneti frekvenciájú jelet állít elő.

2. Adja meg a PD kimeneti feszültségét (nemlinearizált alak).

Cos és sin jelek szorzatából adódik a következő, trigonometrikus összefüggés felhasználásával:

Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle u_d(t)=0.5 \cdot K \cdot U_{1p} \cdot U_{2p} \cdot (\sin(2 \omega t + \theta_{2} ) + \sin(\Theta_e)) }

Aluláteresztővel kiszűrve a magasabb frekvenciás komponenst:

Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle u_d(t)=0.5 \cdot K \cdot U_{1p} \cdot U_{2p} \cdot \sin(\Theta_e) }

Összevonva a a konstansokat adódik hogy:

Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle u_d(t)= K_{D} \cdot \sin(\Theta_e) }

Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle K_{D} \approx \frac{U_{1p} \cdot U_{2p}}{2} }

Paraméterek:

• Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle U_{1p}} és Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle U_{2p}} - A fázisdetektor bemeneteire juttatott jelek amplitúdói.
• Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle K} - konstans.
• Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle K_d} - A fázisdetektorra jellemző konstans.
• Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle \Theta_e} - A PD két bemeneti jel fáziskülönbsége (hallgatólagosan az idő függvénye).
• Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle U_d} - A fázisdetektorra kimeneti feszültsége.

3. Adja meg a VCO kimeneti fázisát a komplex frekvenciatartományban.

Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle \Theta_2(s) = \frac{K_v}{s} \cdot U_f(s) = \frac{K_v}{s} \cdot F(s) \cdot K_d \cdot \Theta_e(s) }

Paraméterek:

• Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle K_v} - A VCO átviteli tényezője.
• Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle U_f} - A hurokszűrőből kimeneti jelének komplex amplitúdója.
• Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle K_d} - A fázisdetektorra jellemző konstans.
• Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle F(s)} - A hurokszűrő átviteli függvénye.
• Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle \Theta_e(s)} - A fázisdetektor bemeneti jeleinek fáziskülönbségének a komplex amplitúdója.

4. Rajzolja fel a hurokszűrő kapcsolási rajzát és adja meg az átviteli függvényét.

Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle F(s) = \frac {1+sC(R_1+R_2)}{sR_1C} = \frac {1+s\tau_1}{s\tau_2} }

5. Adja meg a hurokszűrő átviteli függvényét és rajzolja fel a törtvonalas Bode-diagramját.

Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle F(s) = \frac {1+sC(R_1+R_2)}{sR_1C} = \frac {1+s\tau_1}{s\tau_2} }

6. Rajzolja fel a PLL nemlineáris alapsávi modelljét.

7. Rajzolja fel a PD nemlineáris karakterisztikáját és azon határozza meg a munkapontot.

Ha a fázishiba megnő, akkor ennek hatására megnő PD kimenetén a feszültség, majd a VCO pillanatnyi kimeneti frekvenciája, ami egyben a PD egyik bemeneti jele. Ennek a jelnek úgy kell hatnia, hogy a fázishiba csökkenjen, ellenkező esetben nem jön létre fáziszárt állapot. A fenti elv a alapján megvizsgálva a PD nemlineáris karakterisztikáját 0-ban és Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle \pi} -ben megállapítható, hogy a munkapont 0-ban van, mivel csak erre a pontra teljesülnek az előírások.

8. Adja meg a PLL bemenete és kimenete közti fáziskülönbség értékét. (aktív hurokszűrőre és fáziszárt állapotra értendő).

Mivel az alkalmazott aktív hurokszűrő erősítése nagyon nagy (kb. 200 000, mert nincs DC visszacsatolás), ezért a bementén csak közel 0 V DC feszültség lehet. A hurokszűrő bemenete azonban egyben a PD kimenete is.

Az ideális szorzóval megvalósított PD blokkvázlata:

500px

Az ideális szorzóval megvalósított PD karakterisztikája:

Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle u_d(t) = 0,5 \cdot K \cdot U_{1p} \cdot U_{2p} \cdot \sin{\theta_e}}

Ezek szerint a PD kimenetén csak akkor lehet nulla fázishiba Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle ( \theta_e = 0 )} mellett nulla feszültség, ha az egyik bemeneti jel szinusz, másik pedig koszinusz, azaz ha a két bemeneti jel között a fáziskülönbség Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle \pi/2} .

9. Adja meg a PD kimeneti feszültségét a lineáris alapsávi modellben kis Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle \Theta_e } esetén (nem kell levezetni).

Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle u_d(t)= K_d \cdot \Delta \Theta_e \approx K_d \Theta_e }

Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle K_d \approx 0.5 \cdot U_{1p} \cdot U_{2p}}

10. Rajzolja fel a PLL lineáris alpsávi modelljét.

11. Adja meg a hurokerősítés egyenletét (legegyszerűbb forma).

Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle G(s) = K_d \cdot F(s) \cdot {K_v \over s }}

Paraméterek:

• Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle F(s)} - A hurokszűrő átviteli függvénye.
• Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle K_d} - A fázisdetektor átviteli tényezője.
• Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle K_v} - A VCO átviteli tényezője.

12. Adja meg a PLL zárthurkú átviteli függvényét (legegyszerűbb forma).

Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle H(s)= \frac{\Theta_2(s)}{\Theta_1(s)} = \frac {G(s)}{1+G(s)} }

13. Adja meg a PLL hibafüggvényét (legegyszerűbb forma).

Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle 1-H(s)= \frac{\Theta_e(s)}{\Theta_1(s)} = \frac{\Theta_1(s)-\Theta_2(s)}{\Theta_1(s)}}

14. Adja meg a hurokerősítés egyenletét másodfokú hurokra (elsőfokú hurok, aktív hurokszűrővel).

Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle G(s)=K_d \cdot \frac {1+s\tau_1}{s\tau_2} \cdot \frac {K_v}{s} }

Paraméterek:

• Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle \tau_1, \tau_2} - Az aktív szűrő időállandói.
• Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle K_d} - A fázisdetektor átviteli tényezője.
• Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle K_v} - A VCO átviteli tényezője.

15. Rajzolja fel a hurokerősítés törtvonalas Bode-diagramját (Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle \zeta = 1 } ).

• Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle \omega_B = 2 \cdot \zeta \cdot \omega_n} - Zárthurkú sávszélesség.
• Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle \zeta} - Csillapítási tényező.
• Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle \omega_n} - Pólusfrekvencia.

16. Rajzolja fel a hurokerősítés törtvonalas Bode-diagramját (Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle \zeta < 0,707 } ).

700px

17. Rajzolja fel a zárthurkú átviteli függvény Bode-diagramját különböző Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle \zeta } -ra.

18. Rajzolja fel a hibafüggvény Bode-diagramját különböző Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle \zeta } -k esetén.

19. Adja meg a PLL tervezési paramétereit és, hogy az egyes paraméterek mit szabnak meg.

Paraméterek:

• Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle \tau_1 } - A sávszélességet Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle (\omega_n)} -t szabja meg,
• Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle \tau_2 } - A stabilitási tulajdonságokat Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle (\zeta )} -t, illetve a dinamikát szabja meg.
• Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle G_0 } - A követési tulajdonságokat Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle ( \Theta_e )} -t szabja meg. Az alkalmazott aktív szűrőre: Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle G_0 = \infty}

20. Adja meg a PLL frekvenciatartományait.

A PLL frekvenciatartományai:

• $2\Delta \omega _{H}$ Követési tartomány (HOLD-IN): Az a frekvenciatartomány, amelyen belül a PLL követni képes a bemeneti jel fázisát, miközben a bemeneti frekvencia az $\omega _{0}$ frekvenciától távolodik. Ezt a követési tartományt a hurokelemek telítésbe jutása korlátozza. (Tehát ha már beállt a fáziszárt állapot és tekerjük a frekit, ezen belül tudja követni)
• $2\Delta \omega _{P}$ Befogási tartomány (PULL-IN): Az a frekvencia tartomány, amelyen belülre kerülve a PLL képes elérni a fáziszárt állapotot. (Ha még nincs fáziszárt állapotban, ezen belül tudja elkapni)

Általában a követési tartomány nagyobb, de nem kell meglepődni, ha a mérésen egyforma.

21. Rajzolja fel az FM demodulátor tömbvázlatát.

22. Milyen tervezési feltételt kell az FM demodulátornak kielégítenie?

$\omega _{n}$ pólusfrekvencia $\geq$ maximális modulációs frekvencia.

23. Rajzolja fel a PM demodulátor tömbvázlatát.

24. Milyen tervezési feltételt kell a PM demodulátornak kielégítenie?

$\omega _{n}$ pólusfrekvencia $\leq$ minimális modulációs frekvencia.

25. Rajzolja fel az FSK modulált jel hullámformáját.

26. Rajzolja fel a rendszer válaszát az időtartományban a VCO perturbációjára, ha $\zeta >1$, $\zeta =1$, $\zeta <1$.