عملکرد حلقه قفل فاز در الکترونیک

عملکرد حلقه قفل فاز در الکترونیک:
مفاهیم اساسی در عملکرد حلقه قفل فاز، ساده هستند، اما محاسبات ریاضی و المان های زیاد در عملکرد مدار آن بسیار پیچیده به نظر می رسند.

بلوک دیاگرام یک سیستم حلقه قفل فاز، نشان دهنده سه المان اساسی در عملکرد هستند. این المان ها، همان طور که در بخش قبل به صورت اختصاری معرفی شدند، عبارتند از: آشکارساز فاز، اسیلاتور کنترل شده با ولتاژ و فیلتر حلقه.

در یک مدار حلقه قفل فاز ساده، سیگنال مرجع و سیگنال اسیلاتور کنترل شده با ولتاژ، به دو پورت ورودی مدار آشکارساز فاز متصل می شوند.

خروجی مدار آشکارساز فاز، که یک سیگنال خطا است، به فیلتر حلقه وارد می شود و سپس ولتاژ خطای فیلتر شده، به اسیلاتور کنترل شده با ولتاژ باز گردانده می شود. دیاگرام عملکرد حلقه قفل فاز در تصویر زیر نشان داده شده است.

اسیلاتور کنترل شده با ولتاژ یا VCO در حلقه قفل فاز، سیگنالی را تولید می کند که وارد آشکارساز فاز می شود.

در اینجا فاز سیگنال های تولیدی در اسیلاتور کنترل شده با ولتاژ و سیگنال مرجع ورودی با یکدیگر مقایسه می شوند و یک سیگنال خطا به عنوان نتیجه حاصل می شود. این مقدار خطا، متناظر با مقدار اختلاف فاز بین دو سیگنال است.

سیگنال خطا ایجاد شده توسط آشکارساز فاز، از یک فیلتر پایین گذر عبور می کند که بسیاری از مشخصه های حلقه کلی را تعیین می کند.

فیلتر پایین گذر، هر المان فرکانس بالا در سیگنال خطا را حذف می کند. سیگنال خطا پس از عبور از فیلتر، به عنوان ولتاژ تنظیم کننده، به ترمینال کنترل اسیلاتور کنترل شده با ولتاژ اعمال می شود.

اندازه گیری میزان تغییرات در ولتاژ خطا، با این هدف انجام می گیرد که مدار تلاش کند تا اختلاف فاز و در نتیجه اختلاف فرکانس بین دو سیگنال را کاهش دهد.

در ابتدا حلقه در حالت قفل نیست، اما ولتاژ خطای به وجود آمده، فرکانس اسیلاتور کنترل شده با ولتاژ را به سمت فرکانس سیگنال مرجع سوق می دهد و این کار تا زمانی ادامه می یابد که مدار نتواند خطا را بیشتر از آن کاهش دهد و در نتیجه مدار در این حالت قفل خواهد شد. زمانی که حلقه قفل فاز، در مود قفل قرار گیرد، یک خطای ولتاژ حالت ماندگار به وجود می آید.

با استفاده از یک تقویت کننده بین آشکارساز فاز و مدار اسیلاتور، خطای واقعی بین سیگنال ها را می توان به سطح بسیار کوچکی کاهش داد.

با این حال، باید همیشه مقداری ولتاژ در ترمینال مدار اسیلاتور VCO وجود داشته باشد؛ زیرا این ولتاژ مدار را به سمت فرکانس صحیح هدایت می کند.

این واقعیت که ولتاژ خطای پایدار در مدار وجود دارد، به این معنی است که فاز بین سیگنال مرجع و سیگنال VCO تغییر نمی کند.

عدم تغییر فاز بین این دو سیگنال باعث می شود که دو سیگنال دقیقا دارای فرکانس یکسانی باشند.