I Pll sono circuiti retroazionati disponibili anche in forma integrata  usati principalmente per le seguenti applicazioni:
 

Oscillatore VCO: il segnale di uscita ha una frequenza variabile direttamente proporzionale alla tensione di ingresso.

Demodulatore di frequenza: permette di recuperare il segnale modulante dal segnale modulato in frequenza ( modulazione FM ): si tratta cioè di ricavare un segnale la cui ampiezza nel tempo varia in modo proporzionale alla frequenza del segnale modulato.

Moltiplicatore e divisore di frequenza: inserendo in retroazione un divisore digitale di frequenza per N si ottiene in uscita una frequenza N volte superiore a quella di ingresso realizzando un moltiplicatore di frequenza.

Sintetizzatore di frequenza: aggiungendo al precedente circuito un divisore digitale per M si ottiene:
 

Se i divisori sono programmabili è possibile ricavare un elevato numero di frequenze campione.
Uno degli integrati commerciali del Pll è il 4046 la cui descrizione è qui riportata.
 
 

Il 4046 è un circuito integrato della famiglia CMOS e comprende un oscillatore controllato in tensione a bassa potenza e due differenti comparatori di fase con segnali comuni di ingresso e di comparazione.
 
 

Può essere considerato un convertitore tensione frequenza in quanto la frequenza di uscita è proporzionale alla tensione di ingresso come facilmente si deduce dalla relazione:

Dove Ko è costante e rappresenta il guadagno di conversione del VCO.

La frequenza del VCO può variare da 0 ad un massimo, oppure da un valore minimo ad un valore massimo. (Fig. 2 e 3). Il diverso funzionamento dipende dalla presenza della resistenza R2: il suo inserimento permette di far variare  tra un valore massimo e un valore minimo (Fig.2), mentre se essa è assente, cioè il piedino corrispondente viene lasciato libero, la frequenza minima corrisponde a 0 (Fig.3).

Per la scelta del valore di R2 e C si utilizza il grafico riportato nella Fig. 5b sottostante.

Per dimensionare la resistenza R1 dobbiamo calcolare il rapporto fmax / fmin , che si vuole ottenere, e ricavare il rapporto R2/R1, dal grafico di Fig 5c.
 
 

Se vogliamo invece un oscillatore che vari la propria frequenza tra un valore massimo e zero ( Fig.5 ), non        dobbiamo collegare il piedino di offset ad alcuna resistenza così da avere R2 =  infinito. Per dimensionare C1 ed R1 bisogna  consultare la Fig.6, in base alla frequenza centrale, corrispondente ad una tensione pari alla metà di quella di alimentazione.
 
 

      Figura 5  VCO senza resistenza di offset ( R2 = infinito )                                  Figura 6  Relazione tra C1 e R1 senza resistenza di offset
 
 

1) Circuito EX - OR : il suddetto circuito serve a comparare due segnali di ingresso, come in Fig.7,  ponendo in uscita un livello di tensione a livello logico alto quando i segnali di ingresso sono discordi ed a un livello logico basso quando i segnali di ingresso sono concordi.

Naturalmente due segnali con uguale duty - cycle produrranno in uscita un segnale con duty - cycle direttamente proporzionale al loro sfasamento, fino ad ottenere un segnale in tensione continuo per sfasamenti di 90°.

E' possibile quindi stabilire il duty - cycle in relazione alla fase, come dimostrato in Fig.9.

2) Dispositivo Edge Triggered : questo dispositivo consiste in un flip - flop SR ( Fig.10 ). A differenza del primo comparatore questo circuito ha un campo di applicazione non più 0 - p ma 0 - 2p, come evidenziato dalle Fig.10 e 11.
 
 

Figura 10   Flip - flop SR   e    Relazione fase  duty - cicle
 

 

Filtri

La funzione del filtro è quella di generare un segnale relativamente costante, prelevato nella forma di onda quadra dal comparatore di fase. Naturalmente quanto maggiore sarà  il duty - cycle, tanto più grande sarà il valor medio in uscita del filtro. Di solito vengono usati due circuiti di filtraggio, quello RC e quello        R - R-C, a seconda che si voglia privilegiare la semplicità circuitale o la qualità di filtraggio. I dispositivi sono realizzati nelle figure 12a, 12b.
 
 

Quando la frequenza di uscita del VCO è diversa da quella di ingresso, il VCO continua a modificare la sua frequenza fino ad annullare questa differenza: quando si annulla si dice che l'oscillatore VCO è sincronizzato con il segnale di ingresso, ovvero si è verificato l'aggancio di fase. In ultima analisi questo circuito garantisce la sincronizzazione tra il segnale di ingresso e quello di uscita, nel senso che questi presentano la stessa frequenza ed una limitata e costante differenza di fase che serva a mantenere in ingresso al VCO la tensione necessaria al suo funzionamento con la giusta frequenza. Qualsiasi variazione di frequenza o di fase del segnale di uscita, rispetto a quello di ingresso, si ripercuote sulla tensione di ingresso del VCO provocando la correzione. Il circuito PLL si può trovare in una delle seguenti condizioni:
 

Stato di non aggancio: è lo stato di attesa ed il sistema non risultando sensibile al segnale di ingresso, fornisce in uscita la frequenza di oscillazione naturale del VCO.

Stato di aggancio: si verifica quando il sistema è a regime; in queste condizioni la frequenza di ingresso e quella di uscita del VCO sono uguali e sussiste solo differenza di fase costante. L' intervallo di frequenza nell' intorno della frequenza di free run entro il quale l'aggancio, una volta raggiunto, si mantiene  è detto campo di aggancio.

Stato di cattura: si verifica quando la frequenza del VCO, risultando diversa dalla frequenza di ingresso continua a cambiare fino a raggiungere l'aggancio. L' intervallo di frequenza nell'intorno della frequenza di free run entro il quale è possibile la cattura è detto campo di cattura. Esso è inferiore o al limite uguale a quello di aggancio.