Esercitazione 5: DECODIFICATORE DI TONO CON C.I. NE567

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1 Esercitazione 5: DECODIFICATORE DI TONO CON C.I. NE567 Obiettivo Verificare il funzionamento di un PLL per demodulazione AM coerente, con misure del comportamento come tone decoder, e dei campi di cattura e di mantenimento. Tracciare la caratteristica come demodulatore AM e verificare la demodulazione FM incrociata. Analizzare l effetto del rumore sul segnale di ingresso. Specifiche Questa esperienza prevede l impiego del demodulatore di tono a PLL tipo NE567. Progettare i componenti per un campo di rivelazione centrato su 20 khz con ampiezza del 10% (attorno alla frequenza centrale, massimo possibile per questo integrato). Tensione di alimentazione: 5 V La presenza del tono viene segnalata da un LED collegato all'uscita del 567. Dimensionare la resistenza serie in modo tale che, a tono presente, nel LED circoli una corrente di 5 ma. Progetto Per il progetto utilizzare i grafici e le formule riportati nelle caratteristiche del NE567. Sul sito Ulisse sono disponibili i data sheet National (LM567) e Philips (NE567); il secondo è più dettagliato, ma con errori tipografici in alcune formule. Misure Anche in questo circuito viene ripristinato internamente il valore opportuno di tensione continua all'ingresso del PLL, e il segnale deve essere applicato tramite un condensatore. Il valore di questo va calcolato tenendo conto della resistenza equivalente di ingresso. Il componente NE567 è un circuito analogico, il cui comportamento dipende dal livello del segnale applicato all'ingresso. Verificare sui data-sheet quale é il livello opportuno. 1

2 Il campo di frequenze su cui opera il demodulatore di tono è ristretto; le misure seguenti richiedono che la frequenza del generatore esterno venga variata di piccole quantità. Se il generatore non ha una regolazione fine di frequenza, inserire una piccola corrente variabile di correzione nell'ingresso di controllo esterno (VCG). Campi di cattura e di mantenimento Ad anello chiuso, verificare qualitativamente che il PLL agganci il segnale di ingresso (applicare all'ingresso segnali con frequenza prossima a quella centrale del campo misurato in precedenza). Per verificare l'aggancio collegare i due canali dell'oscilloscopio all'oscillatore esterno e al VCO, sincronizzando l'asse tempi su uno dei due; a PLL agganciato i due segnali sono stabili sullo schermo. Soglie del demodulatore sincrono Con frequenza di ingresso uguale alla frequenza di oscillazione a riposo del VCO, variare l'ampiezza del segnale per determinare la soglia del rivelatore di tono. Confrontare il risultato della misura con quanto indicato sul data-sheet. Con livello di ingresso corrispondente all'inizio della saturazione del demodulatore di fase, variare la frequenza del segnale e misurare le frequenze di aggancio e di sgancio, per rilevare i campi di cattura e di mantenimento. Ripetere la misura a livelli di ingresso più alti e più bassi, tali da portare sicuramente in zona lineare e in saturazione il demodulatore di fase. Confrontare e discutere i risultati. Con livello di ingresso tale da mantenere il circuito in linearità, esplorare un campo di frequenze poco più ampio del campo di mantenimento e rilevare la tensione presente sul morsetto corrispondente all'uscita del demodulatore di ampiezza (prima del comparatore). Tracciare il diagramma della tensione demodulata in funzione della frequenza e spiegarne l'andamento. Rilevare l'andamento dello sfasamento tra segnale di ingresso e oscillatore locale al variare della frequenza del segnale di ingresso (entro il campo di mantenimento), e determinare il coefficiente K d (V/rad). Per questa misura conviene utilizzare segnale di ingresso a aonda quadra; misurare con frequenzimetro ilperiodo, e con l oscilloscopio la distanza in tempo tra fronti omologhi (proporzionale allo sfasamento). Verificare l'esistenza di campi di aggancio secondari (tra armoniche dei segnali di ingresso e del VCO). Se Vi è un segnale sinusoidale a basso livello (il demodulatore di fase rimane in linearità), si ottengono agganci per frequenze di ingresso prossime ai multipli della frequenza a riposo del VCO (For): Fi = K For (K = 1, 2, 3 ). Se Vi è un segnale a onda quadra, o una sinusoide tale da portare il moltiplicatore fuori linearità, si ottiene aggancio per frequenze di ingresso in rapporto intero con la For: J Fi = K For (con J, K = 1, 2, 3, ). Per non influenzare le misure, il segnale del VCO deve essere prelevato sul piedino collegato alla sola resistenza. Verificare anche le varie forme d'onda sul VCO. 2

3 Misurare la tensione di controllo del VCO al variare della frequenza entro il campo di aggancio. Caratteristica del VCO Ricavare la caratteristica del VCO. In questo circuito per aprire l'anello è possibile collegare a massa (per il segnale!) l ingresso. La tensione di controllo può essere variata iniettando una corrente nel nodo corrispondente all'uscita del demodulatore di fase (mantenendo l'ingresso di segnale a massa). Misurare la resistenza equivalente di uscita sul morsetto del fltro d anello, e calcolare la corrente da iniettare per spostare di circa +-1 V la tensione V C rispetto alpunto di funzionamento a riposo. Tracciare il grafico della frequenza del VCO in funzione della tensione di controllo con un primo gruppo di misure; una volta individuato il campo utile effettuare una serie di misure più fitta nella zona utile. Determinare il valore del coefficiente K o (Hz/V). 3

4 Esperienza dimostrativa Visualizzazione caratteristica a farfalla Con un generatore modulato in frequenza è possibile visualizzare la caratteristica a farfalla direttamente sullo schermo di un oscilloscopio. L'oscilloscopio deve essere predisposto in modo X-Y; inviare all'ingresso orizzontale il segnale modulante (onda triangolare) e sull'asse Y la tensione presente sul condensatore del filtro d'anello. Nelle stesse condizioni, è possibile visualizzare sull'oscilloscopio anche la caratteristica del demodulatore di ampiezza (canale verticale collegato al filtro del demodulatore AM). Variando l'ampiezza del segnale di ingresso, verificare la variazione dei campi di mantenimento e di cattura (il demodulatore di fase deve lavorare in zona lineare, con livelli di ingresso molto bassi). Verificare la saturazione (campi di mantenimento e di cattura costanti) presente al di sopra di una determinata ampiezza dell'ingresso. Verificare che il campo di cattura dipende dalla risposta in frequenza del filtro d'anello del PLL. Verificare che per bassi segnali di ingresso l'uscita del demodulatore AM è proporzionale al livello di ingresso, mentre per livelli alti si ha saturazione. Spostando la frequenza centrale del generatore di segnale collegato all'ingresso, osservare i campi di aggancio secondari (centrati sulle armoniche dispari della frequenza a riposo del VCO). Aumentando l ampiezza del segnale di ingresso, portare il demodulatore di fase in saturazione e osservare i campi secondari in corrispondenza delle armoniche dispari di Vi e Vo. 4

5 Comportamento in presenza di rumore Per la seconda parte dell'esperienza dimostrativa, collegare all'ingresso un generatore di segnale + rumore, con frequenza pari alla frequenza a riposo del VCO. Predisporre il generatore per N/S = 0 db. Verificare il corretto funzionamento del demodulatore di tono in presenza di rumore, variando la frequenza del tono, e osservando l'indicazione fornita dal LED. Ripristinando il funzionamento Y-T dell'oscilloscopio, osservare il segnale all'ingresso (in queste condizioni il rumore è nettamente prevalente). Verificare il valore limite di N/S per cui viene ancora correttamente riconosciuto il tono. 5