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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第27期受験直前講座 (21)PLLの解答
[無線工学]
2021年2月24日 9時30分の記事

                第27期受験直前講座
                    (21)PLLの解答

今回は、PLLについての演習問題の解答と解説を行いま
す。

いつもの様に、問題からご覧下さい。

[演習問題28]
図は、VHF帯送信機の発振部などに用いられる位相同期
ループ(PLL)を用いた 周波数シンセサイザー発振器の原
理的構成例を示したものです。 (   )内に入れるべき字句
の正しい組合せを下の番号から選んで下さい。


続きは、続きを読むをクリックしてお読みください。
全文無償で公開しています。

[受験クラブより]

貴方の受験される航空無線通信士は、自己投資に
値しない資格なのでしょうか?
新コロナ・ウィルスで中々外へもだ掛けられい今だ
からこそ、受験勉強をしてみるのも良いのでは、な
いでしょうか?


合格を手にするかどうかは、貴方次第なのです。


「時は、金なり」と言いますが、50円を有効に使えて
いますか?

本文には、見本部分の数倍の重要な記事が書いて
あります。
特に2月期の試験は、航空大学校の入学や就職に
と大変重要
な試験になります。
独学が難しい事は、特集記事でお話した通りです。
試験迄は、思った程、時間がありません。
時間を無駄にして後悔されない様、是非、本文をお
読み下さい。


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                第27期受験直前講座
                    (21)PLLの解答

今回は、PLLについての演習問題の解答と解説を行いま
す。

いつもの様に、問題からご覧下さい。

[演習問題28]
図は、VHF帯送信機の発振部などに用いられる位相同期
ループ(PLL)を用いた 周波数シンセサイザー発振器の原
理的構成例を示したものです。 (   )内に入れるべき字句
の正しい組合せを下の番号から選んで下さい。


    A                                     B
1  遅延回路        周波数逓倍器
2  遅延回路        周波数逓倍器
3  位相比較器       高周波増幅器
4  位相比較器       電圧制御発振器(VCO)
5  遅延回路        電圧制御発振器(VCO)


[演習問題28の解答と解説]
過去2回出題されていいます、PLL の問題では、”A"の部
分とLPFの部分の名称を問う問題ですが、 過去の2回は、
同一問題では、 ありませんでした。
今後、どの部分が問われるかわかりません。と言う事は、
その他の部分の名称が問われる可能性も あると言う事で
す。
つまり、 PLL全体の動作が分かっていないと いけないと言
う事です。
送信機に期待される性能の 1 つに送信周波数の安定と言
う事があります。その為には、 水晶振動子を利用するの
が良いのですが、ある帯域内で 送信周波数を変えて運用
する様な航空無線の場合、管制からの指示で 周波数を変
える度に水晶振動子を変える事は、困難です。
そこで、水晶振動子を使った発振回路の安定度を 持ちな
がら 周波数を自由に変えられる便利さを持った PLLシン
セサイザーの利用と言う事になります。

それでは、PLLの復習から行います。
PLLとはPhase Locked Loop  の事で試験では、”位相同
期ループ”と呼ばれています。

[PLLの原理]
図は、平成25年2月期に 出題された構成図を 当ブログの
画像の表示に合わせたもので VCOが LPFの下に描いて
あります。



(基準発振器)
それでは、左上の”基準発振器”から見て行きます。
この基準発振器には、水晶振動子を使用した周波数の安定
した発振器が使われます。
周波数を fr とします。
水晶振動子を使用する事でまず、 周波数の安定 と言う 条
件は、クリアーされました。

(VCO: Voltage Controlled Oscillato r・・・電圧制御発振器)

右下にありますVCOは、発振周波数が電圧で変えられる発
振器です。
ここでの発振周波数を fo とします。

(可変分周器)
分周とは、周波数を整数分の1にする事です。
この分周器は、 周波数指定情報を元に1/Nに分周する事が
出来ます。 (Nは、任意の整数で周波数情報により決まりま
す。)
分周の身近な例は、時計です。
時計は、 水晶の振動を利用する事で画期的な安定度を得る
事が出来ました。 時計に使用される水晶振動子の周波数は
、2の15乗 (2^15=32,768 [KHz] )です。
この周波数を 1/2に15回する事で1秒間に1回の振動数とな
ります。
分周の反対が周波数逓倍で元の周波数を整数倍して高い周
波数を得ます。


(位相比較器)

黒のSIN波は、 縦軸を電圧としますと 0 [V] から始まってい
ますが、赤のSIN波は、+ の最大値から始まっています。
この始まりの位置を”位相”と言います。
位相比較器では、発振器からの frと可変分周器からのfo/N
のSIN波の位相を比較します。
位相比較器では、2つの信号のズレを幅とする パルスが発
生します。(位相比較器は 位相差に応じた幅のパルスを発
生します。)

(LPF:Low Pass Filter・・・低域フィルター)
LPFでは、位相比較器からの出力に含まれる 雑音や 位相比
較器の出力の 整数倍の周波数成分(高調波)を取り除きます。

VCOの発振周波数は、この電圧を元に決まります。

赤の矢印で 示して有ります様にループに なっています。この
ループを PLLループと言います。
fr = fo/N の状態をロック状態と言います。
VCOが発振する周波数は、fo = fr・Nと言う事になります。
つまり、 PLLの出力は、fr の 1倍、2倍・・・・・N 倍と言う様に、
fr のステップで周波数を変える事が出来ます。

例えば、fr =1 [MHz] 。fo = 100 [MHz] とします。
そして N = 100 としますと、foは、100 [MHz]で安定します。

今度は、 N = 101 としてみますと fo は、

       fo = fr x 101 =101 [MHz]

で安定します。

これで、 2つ目の条件の周波数の可変を実現する事が出来ま
す。
PLL は、周波数が安定していてなおかつ発振周波数を変える
事が出来る発振器と言う事になります。 (コイルと 可変容量コ
ンデンサーによる発振回路回路の様に連続して周波数を変え
る事は、出来ませんが、 航空無線のチャンネルは、25 [KHz]
間隔ですので、PLLを使用する事が出来ます。)

以上の事より答えは、”4” 。

今回をもちまして 2021年2月期向けの講座は、全て終了です。
半年間ご苦労様でした。
明日は、受験に勝つ為の”受験の心得”(極意)”をお話します。

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