Apresenta

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1. Introdução teórica

As malhas de sincronismo de fase ( Phase Locked
Loops PLLs ), apesar de serem já uma
tecnologia antiga, cujos primeiros estudos
remontam à década de 20, tiveram um grande
impulso, após o advento dos Circuitos Integrados.
Atualmente são utilizadas em aplicações na área
de telecomunicações, instrumentação, sistemas de
controle, sistemas de navegação aeroespacial, etc.
As malhas de sincronismo de fase (PLLs) são
dispositivos cujo sinal interno segue o sinal com
o qual se pretende estabelecer um sincronismo.
Mais precisamente, os PLLs ajustam a fase e a
freqüência do sinal de saída de maneira que os
erros entre a fase e a freqüência do sinal de
saída e o sinal de entrada sejam reduzidos ao
mínimo possível.
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1. Introdução teórica

PLLs são sistemas de realimentação, constituídos
por 3 elementos 1 detector de fase (phase
detector - PD), 1 filtro passa baixas linear (Low
Pass Filter - LPF), 1 oscilador controlado por
tensão (Voltage Controlled Oscillator - VCO),
interligados conforme a figura abaixo

• Sem sinal na entrada, a tensão de erro (Vd) é
  nula e o VCO opera em uma freqüência fixa
  determinada por componentes externos. Essa é
  chamada freqüência livre de oscilação.
• Quando aplica-se um sinal na entrada do
  circuito, o detector de fase recebe esse sinal e
  compara a sua fase com a do sinal fornecido pelo
  VCO, gerando uma tensão de erro (Vd).

Essa tensão de erro (Vd) é proporcional à
diferença das fases dos dois sinais.
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1. Introdução teórica

• Essa tensão será tanto maior quanto mais
  afastados em fase estiverem os sinais.
• A tensão Vd, depois de filtrada e amplificada, é
  levada ao terminal de controle do VCO.
• A tensão de controle (Vc) força o oscilador a
  alterar sua freqüência de tal forma a se
  aproximar da freqüência do sinal de entrada.

Assim, se as freqüências dos sinais se igualam,
tem-se na saída uma tensão constante. A tensão
constante não é levada em conta pelo circuito.
Com a alteração da freqüência do VCO, em função
da tensão Vc, consegue-se a sincronização dos
circuitos, ou seja ? VCO fica sincronizado ao
sinal de entrada.
Se o sinal de entrada volta a variar, o circuito
gera um novo sinal de erro e o VCO procura
corrigir sua freqüência de modo a obter um novo
sincronismo.
O filtro passa baixas (Low Pass Filter-LPF) tem
por objetivo suprimir o ruído e as componentes de
alta freqüência oriundas do detector de fase
(PD).
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1. Introdução teórica

A malha do PLL é um grau superior ao grau do
filtro utilizado. Se o filtro for um integrador
perfeito (primeira ordem), a equação diferencial
que governa a dinâmica do PLL é de segunda ordem.
Faixa de captura
A faixa de captura é a faixa de freqüências do
sinal externo que determina se há a possibilidade
de obtenção de um estado síncrono. A faixa de
captura tem por centro a freqüência de livre
curso do VCO. É dentro dessa faixa que o PLL pode
entrar em sincronismo com o sinal de entrada.
Faixa de retenção
A faixa de retenção é a faixa de freqüências, em
que deve se situar o sinal externo, de modo a não
tirar o PLL de um dado estado síncrono.
Ordem do PLL
PLLs de segunda ordem são os mais utilizados
pois apresentam respostas transitórias adequadas
para a maior parte das entradas de excitação.
PLLs de ordem superior podem apresentar melhor
resposta transitória mas, para certas combinações
dos valores dos parâmetros da malha e do sinal de
entrada, mesmo degraus e rampas podem produzir
erros periódicos e, até mesmo, erros caóticos.
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1. Introdução teórica

Equacionamento
A equação diferencial que rege o funcionamento de
um PLL de segunda ordem é
?'' ?' ? sen ? ? onde
?(t) ?i - ?o erro de fase entre o sinal
externo de entrada e o sinal gerado pelo VCO. ?
ganho da malha ? velocidade de variação de fase
na entrada
Estudando-se a estabilidade da equação acima,
verifica-se que ela admite uma situação de
equilíbrio, com erro de fase nulo ou constante e
erro de freqüência nulo para (0 ? ? ? ?).
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2. Parte Prática
Parte 1 PLL - Circuito e Operação

• Objetivo
• Descrever um circuito PLL
• Determinar a freqüência de oscilação do VCO de
  um PLL
• Definir faixas de retenção e captura de um PLL

• Equipamento necessário
• Bastidor F.A.C.E.T.
• Placa de Comunicações Analógicas
• Osciloscópio duplo canal
• Gerador de Sinais
• Multímetro Digital

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2. Parte Prática
Parte 1 PLL - Circuito e Operação
Composição do PLL ?
O PLL é composto dos seguintes módulos
- Detector de Fase - Filtro - Amplificador - VCO
O Detector de Fase é um Modulador Balanceado
similar ao Detector de Fase do bloco Detector de
Quadratura. Realiza o produto do sinal de RF
externo com o sinal gerado pelo VCO.
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Parte 1 PLL - Circuito e Operação
Procedimento

1. Você determinará a freqüência de oscilação do
   VCO. Não coloque ainda, o jumper entre o filtro e
   o amplificador do PLL. Conectar o canal 2 do
   osciloscópio à saída do VCO com o sincronismo
   pelo canal 2.

2. Verificar a forma de onda do canal 2 do
osciloscópio. Medir o seu período e freqüência.
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Parte 1 PLL - Circuito e Operação
Procedimento
3. Conectar o multímetro digital na escala de CC
na entrada do VCO e medir a tensão presente.
4. Girar o botão da fonte negativa no sentido
anti-horário. Colocar um jumper no VCO-LO na
posição 452kHz. Conectar a saída do VCO-LO, OUT
(RF) na entrada RF do detector de fase do PLL.
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Parte 1 PLL - Circuito e Operação
Procedimento
5. Conectar o canal 1 do osciloscópio na entrada
RF do PLL.
6. Ajustar o botão do VCO-LO para um sinal de
600mVpp no ponto RF. Verificar os sinais
conforme figura abaixo
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Parte 1 PLL - Circuito e Operação
Procedimento
7. Enquanto observa os sinais RF e VCO no
osciloscópio, aumente a freqüência do sinal RF,
atuando no botão da fonte de tensão negativa no
sentido horário. Lentamente, vire o botão da
fonte negativa para o sentido anti-horário
8. A mudança da freqüência do sinal RF, afetou a
freqüência do sinal VCO ? Por que?
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Parte 1 PLL - Circuito e Operação
Procedimento
9. Colocar um jumper entre a saída do filtro e a
entrada do amplificador do PLL para fechar a
malha de realimentação.
10. Ajustar o botão da fonte negativa no sentido
anti-horário.
11. Enquanto observa os sinais RF e VCO no
osciloscópio, aumente a freqüência do sinal RF,
atuando no botão da fonte de tensão negativa no
sentido horário.
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Parte 1 PLL - Circuito e Operação
Procedimento
12. Quando o sinal VCO começar a rastrear o sinal
RF, pare de girar o botão da fonte negativa no
sentido horário. Os sinais deverão se apresentar
conforme a figura abaixo
As freqüências são iguais ?
Faixa de retenção e captura
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Parte 1 PLL - Circuito e Operação
Procedimento
13. Enquanto observa a tela do osciloscópio,
varie a freqüência do sinal RF, atuando no botão
da fonte de tensão negativa ligeiramente no
sentido horário e anti-horário. A freqüência do
sinal VCO, rastreia a freqüência do sinal RF ?
14. Enquanto observa a entrada de tensão CC do
VCO, varie a freqüência do sinal VCO, atuando no
botão da fonte de tensão negativa, ligeiramente
no sentido horário e anti-horário. Quando FVCO
rastreia FRF, Vi muda ? Qual é o nome da faixa de
freqüências na qual FVCO rastreia FRF ?
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Parte 1 PLL - Circuito e Operação
Procedimento
15. Enquanto observa os sinais RF e VCO no
osciloscópio, aumente lentamente a freqüência do
sinal RF, atuando no botão da fonte de tensão
negativa no sentido horário. Quando o sinal VCO
parar de rastrear o sinal RF, pare de girar o
botão. Este ponto é o final da faixa de retenção.
Você pode ter que repetir este passo para
determinar essa freqüência com exatidão.
16. Comparar as formas de onda dos dois canais.
As freqüências são iguais ?
16
Parte 1 PLL - Circuito e Operação
Procedimento
17. No canal 1, medir o período do sinal.
Calcular a freqüência do sinal.
18. Enquanto observa os sinais RF e VCO no
osciloscópio, diminua lentamente a freqüência do
sinal RF, atuando no botão da fonte de tensão
negativa no sentido anti-horário. Quando o sinal
VCO começar a rastrear o sinal RF, pare de girar
o botão.
19. Comparar as formas de onda dos dois canais.
As freqüências são iguais ?
20. Girar ligeiramente o botão da fonte negativa
no sentido horário e anti-horário. FVCO rastreia
FRF ?
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Parte 1 PLL - Circuito e Operação
Procedimento
21. Enquanto observa os sinais RF e VCO no
osciloscópio, diminua lentamente a freqüência do
sinal RF, atuando no botão da fonte de tensão
negativa no sentido anti-horário. Quando o sinal
VCO parar de rastrear o sinal RF, pare de girar o
botão. Este ponto é o final da faixa de retenção.
Você pode ter que repetir este passo
para determinar essa freqüência com exatidão.
22. No canal 1, medir o período do sinal.
Calcular a freqüência do sinal.
23. Calcular as faixas de retenção e captura do
PLL.
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Parte 2 Demodulação de FM com PLL

• Objetivo
• Explicar como as freqüências de entrada do
  detector de fase afetam os sinais de saída
• Explicar como o sinal de realimentação aplicado
  ao VCO, varia com a diferença de fase entre os
  sinais de entrada.
• Descrever como um PLL demodula um sinal de FM.
• Equipamento necessário
• Bastidor F.A.C.E.T.
• Placa de Comunicações Analógicas
• Osciloscópio duplo canal
• Gerador de Sinais
• Multímetro Digital

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Parte 2 Demodulação de FM com PLL
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Parte 2 Demodulação de FM com PLL
Procedimento 1. Conectar o bloco PLL conforme a
figura abaixo
Inserir o jumper no VCO-LO para 452kHz e entre o
Filtro e o Amplificador no bloco PLL 2. Conectar
o canal 2 do osciloscópio na saída do VCO do
bloco PLL.
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Parte 2 Demodulação de FM com PLL

• 3. Conectar o canal 1 do osciloscópio na entrada
  RF do bloco PLL.

4. Girar o botão da Fonte Negativa no sentido
anti-horário. Ajustar o botão do potenciômetro
do VCO-LO para um sinal de RF de 600mVpp
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Parte 2 Demodulação de FM com PLL

• 5. Os sinais deverão aparecer conforme figura
  abaixo

6. Conectar o multímetro na escala de Vcc na
entrada do VCO
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Parte 2 Demodulação de FM com PLL

• 7. Lentamente, vire o botão da fonte negativa
  para o sentido horário, aumentando a freqüência
  do sinal de RF (fRF).
• 8. Comparar as freqüências dos canais 1 e 2 do
  osciloscópio. As freqüências são iguais ?

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Parte 2 Demodulação de FM com PLL

• 9. Sincronize o osciloscópio pelo canal 1. Os
  sinais deverão aparecer conforme a figura abaixo

10. Quando a freqüência da entrada RF (fRF) é
igual à freqüência de saída do VCO (fVCO), quais
sinais estão na saída do detector de fase ?
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Parte 2 Demodulação de FM com PLL

• 11. Conectar o canal 2 do osciloscópio na
  saída do detector de fase.

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Parte 2 Demodulação de FM com PLL

• 12. Qual a relação entre as duas freqüências
  (canal 1 e canal 2) ?
• 13. Conectar o canal 2 do osciloscópio na saída
  do filtro.

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Parte 2 Demodulação de FM com PLL

• 14. Enquanto observa a saída do filtro no
  canal 2, varie ligeiramente (fRF), atuando no
  botão da fonte de tensão negativa no sentido
  anti-horário e em seguida no sentido horário.
  Quando fRF varia, o nível da tensão de saída CC
  do filtro muda ?

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Parte 2 Demodulação de FM com PLL

• 15. A mudança na tensão de saída do filtro faz
  Vi mudar ?
• 16. O que Vi controla ?
• 17. Conectar o canal 2 do osciloscópio na saída
  do VCO

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Parte 2 Demodulação de FM com PLL

• 18. Enquanto observa fVCO no canal 2 e Vi
  no multímetro varie ligeiramente (fRF), atuando
  no botão da fonte de tensão negativa no sentido
  anti-horário e em seguida no sentido horário.
  Verificar o que ocorre.

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Parte 2 Demodulação de FM com PLL

• 19. Conectar a saída do Gerador de Sinais e o
  canal 1 do osciloscópio na entrada (M) do bloco
  VCO-LO.
• 20. Ajustar o Gerador de Sinais para um sinal de
  300mV, 3kHz em (M).

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Parte 2 Demodulação de FM com PLL

• 21. Conectar o canal 1 do Osciloscópio no ponto
  RF (entrada do detector de fase) e o canal 2 na
  entrada do VCO.

22. Ajustar o botão da fonte de tensão negativa
no sentido anti-horário . Deverá haver um sinal
conforme figura abaixo
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Parte 2 Demodulação de FM com PLL

• 23. Aumentar lentamente fRF, atuando no botão
  da fonte de tensão negativa no sentido horário.
  Quando o sinal VCO começar a rastrear o sinal RF
  e Vi for próximo de 4,0 Vcc, pare de girar o
  botão. Os 2 sinais devem aparecer conforme a
  figura abaixo

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Parte 2 Demodulação de FM com PLL

• 24. Conectar o canal 1 do osciloscópio na entrada
  (M) do VCO-LO e sincronize pelo canal1. Conectar
  o canal 2 do osciloscópio na saída do detector de
  fase. Os sinais devem aparecer conforme a figura
  abaixo

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Parte 2 Demodulação de FM com PLL

• 25. Quais os sinais que compõem o sinal de saída
  do Detector de Fase no canal 2 ?

26. Conectar o canal 2 do osciloscópio na saída
do Filtro do PLL. Manter o sincronismo pelo
canal 1.
Ajustar a amplitude do sinal de entrada para mais
e para menos até obter um sinal de boa qualidade
na saída.
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Parte 2 Demodulação de FM com PLL

• 27. Que sinal é obtido na saída do filtro no
  canal 2 ?
• 28. Varie ligeiramente a freqüência e a amplitude
  do sinal do Gerador de Sinais. A freqüência e a
  amplitude do sinal recuperado variam com o sinal
  do gerador ?

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Parte 2 Demodulação de FM com PLL

• 29. Conectar o canal 2 do osciloscópio na
  entrada do VCO.

30. O que ocorre com a tensão na entrada do VCO,
quando variamos a amplitude e a freqüência do
sinal do Gerador de Sinais ?
37
Não se esqueça de realizar agora o teste Sobre
este módulo.
Este Teste do Módulo deverá ser feito no
próprio Laboratório sob a supervisão do professor.
Ao finalizar o Teste do Módulo entregue
suas respostas para o professor.