BOUCLE A VERROUILLAGE DE PHASE
PRESENTATION DU CIRCUIT HCF 4046 :
- Ce circuit intégré contient un VCO dont les paramètres Fmin et Fmax sont réglables par trois éléments extérieurs R1 (réglage de Fmin-Fmax), R2 (réglage de Fmin) et C1.
- Un suiveur permet de lire la tension d'entrée du VCO.
- Il contient aussi deux comparateurs de phase :
* Un circuit "OU EXCLUSIF" : CP1.
* Un circuit à sortie 3 états : CP2.
- Il délivre des impulsions de rapport cyclique ½ quand la PLL n'est pas verrouillée.
I- ETUDE DU V C O :
Le circuit sera alimenté par une tension Vcc = 15 V.
Il est nécessaire de découpler l'alimentation par un condensateur de 4,7 µF.
On prend C1 = 470 pF, R1 = R2 = 100 kW.
En utilisant les caractéristiques du circuit (figures 8 et 9 pages 5 et 6), déterminer Fmin, Fmax, FL et f0. On donne Fmin = F0 - FL et Fmax = F0 + FL.
* Caractéristique du VCO :
Tracer la fréquence du signal V4 (F4) en fonction de V9 pour V9 variant de 0 V à 16 V.
* En déduire la pente P du VCO (P = Dw/Du rd V-1 s-1) et la fréquence F0.
* Déterminer la zone où cette caractéristique est linéaire à ± 5% près.
* Comparer Fmin et Fmax aux valeurs effectivement obtenues.
II- ETUDE DE LA PLL :
1) Mesure des fréquences d'accrochage (capture range) et de verrouillage (lock in range) :
En augmentant progressivement la fréquence Fe du signal d'entrée, noter la fréquence Fc1 où la PLL se verrouille (Visualiser V14 et V4).
En continuant d'augmenter Fe, noter la fréquence FL2 où la PLL décroche.
Faire la même étude pour les valeurs décroissantes de Fe, noter les fréquences Fc2 et FL1.
Faire les mesures en visualisant
Ve et V10. Les refaire en visualisant Ve
et V1. Quelle est l'utilité de V1 ?
2) Tracer la caractéristique V10 = f(Fe) :
On opérera par valeurs croissantes puis décroissantes de Fe.
En déduire les plages de capture et de verrouillage.
3) A quoi sert le circuit RC ?
Les valeurs sont-elles correctes ?
Pour C = 10 nF puis C = 100 nF, déterminer les bandes de capture et de
verrouillage. Conclusion.
Le constructeur donne : 2DFC = . où
DFC est la bande de capture et DFL est la bande
de verrouillage (Lock).
4) Utilisation possible de la PLL :
Pour C = 1 nF, la boucle étant verrouillée, visualiser les tensions V4 et V14.
Faire varier la fréquence du signal d'entrée. Que se passe t'il ?
Conclure quant-à l'utilisation de ce dispositif pour une restitution de
porteuse AM en vue d'une détection synchrone.
5) Utilisation du comparateur 2 (sortie broche 13) :
Principe :
- Si V3 est en avance de phase par rapport à V14, V13 est mis à zéro pendant un temps proportionnel
à ce déphasage.
C se décharge alors à travers R et V9 diminue, donc la fréquence F3 également. V3 se trouve donc "retardé".
- Si V3 est en retard de phase par rapport à V14, V13 est mis à VCC pendant un temps proportionnel à ce déphasage.
C se charge alors à travers R et V9 augmente, donc la fréquence F3 également. V3 se trouve donc "avancé".
- Si V3 et V14 sont en phase, V13 est à l'état haute impédance. C reste alors
chargé, donc V9
= cte et F3 = cte.
Mesurer les fréquences de poursuite et de capture.
Recommencer avec C = 10 nF. Conclusion.
Visualiser V4
et V14 lorsque la
boucle est verrouillée. Faire varier Fe. Que se passe t'il ?
Conclusion.
III- MODULATION DE FREQUENCE
:
1) Utilisation d'une PLL :
Il utilise une deuxième PLL 4046 avec les mêmes réglages du VCO.
A quoi sert le circuit R3,R3,C3 ?
Vérifier que le signal V4 est modulé en fréquence.
A partir de la pente du VCO calculée au I, calculer l'amplitude de Vm(t) pour obtenir une excursion de fréquence
_F = 15 kHz.
Si la fréquence maximale du signal modulant est 10 kHz, calculer le taux
de modulation.
2) Utilisation du GBF en modulateur de fréquence :
GBF PHILIPS : Régler la fréquence du GBF à F = F0 (valeur théorique).
On applique une tension continue –0,3 V < Ve < 0,3 V sur l'entrée SWEEP IN.
GBF HAMEG : Régler la fréquence du GBF à F = F0 (valeur théorique).
Appliquer une tension continue Ve = 10 V sur l'entrée FM INPUT et régler la fréquence
à F = F0 + 25 kHz
à l'aide du bouton AMPL situé au dessus de l'entrée FM INPUT.(Réglage de la
pente du VCO).
Tracer la caractéristique du VCO. Calculer sa pente.
Quelle valeur doit avoir Ve pour obtenir la fréquence centrale F0 du VCO du circuit 4046 (valeur expérimentale).
On applique maintenant un signal sinusoïdal Vm(t) sur l'entrée (SWEEP IN ou FM INPUT). Quelles
sont ses caractéristiques si on désire une excursion de fréquence _F = 15
kHz centrée sur F0
(valeur expérimentale) ?
Visualiser le signal de sortie. Le comparer au signal obtenu au III-1
IV- DEMODULATION
DE FREQUENCE :
Appliquer la tension modulée en fréquence (par le VCO du 4046) sur l'entrée
de la PLL (supprimer C2).
Relever la tension V10 sur la PLL pour un signal modulant de fréquence F = 100 Hz sinusoïdal.
Refaire la même chose pour un signal triangulaire et carré. Conclusion.
Peut-on démoduler avec cette PLL le signal Vm(t) modulé par un VCO de pente différente de
celui utilisé ci-dessus ?
Vérifier votre réponse en utilisant le GBF pour moduler en fréquence Vm(t) (on utilisera le signal modulant Vm(t) du III-2)
Que devient le signal démodulé si la fréquence centrale du modulateur
devient différente de celle du démodulateur ? Faire la manipulation en expliquant
le mode opératoire.
On reprend le modulateur du III-1
avec un signal modulant carré :
En observant la tension Vs(t), que peut-on dire de l'ordre du système constitué par l'ensemble MODULATEUR-DEMODULATEUR
?
On assimile le système a un système du second ordre de fonction de transfert
T(p) :
Mesurer m , w0 et le temps de réponse à 5%.
On donne : Dépassement d =
exp()
Pseudo Pulsation
wp = w0 .
En déduire la fonction de transfert du système.
3) Modulation FSK :
Le signal modulant est toujours un signal carré mais de fréquence F =
10 kHz.
Observer la sortie du modulateur : V4.
Justifier le fait que V4(t) soit un signal FSK.
Quelles sont les deux fréquences F1 et F2 utilisées ?
Que se passe-t-il si on augmente l'amplitude du signal carré ? Pourquoi
?
Observer le signal démodulé. Proposer et réaliser un dispositif permettant
de limiter les oscillations.
4) Multiplication de fréquence :
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Il
faut utiliser le comparateur 2. Vérifier le bon fonctionnement du compteur 4040. Programmer le pour diviser par 4 puis par 16. Réaliser le montage ci-contre. Relever les tensions Ve(t) et Vs(t)
dans les deux cas. |