Как построить программируемые генераторы с помощью цифровых потенциометров

Цифровые потенциометры (digiPOT) универсальны и могут использоваться в самых разных приложениях, например, для фильтрации или генерации сигналов переменного тока. Однако иногда частоту необходимо изменять и адаптировать к желаемому применению. Программируемые решения, позволяющие регулировать частоту через соответствующий интерфейс, чрезвычайно полезны в таких проектах и, в некоторых случаях, могут значительно облегчить разработку. В этой статье описан способ относительно простого создания программируемого осциллятора, в котором частота и амплитуда колебаний могут регулироваться независимо друг от друга с помощью цифровых точек. На рисунке 1 показан типичный генератор с диодной стабилизацией на основе моста Вина, с помощью которого на выходе (VOUTPUT) могут быть реализованы точные синусоидальные сигналы в диапазоне приблизительно от 10 кГц до 200 кГц. Генераторы на основе моста Вина характеризуются тем, что один мостовой путь образован полосовым фильтром, а другой - делителем напряжения. В этом примере в дополнение к прецизионному усилителю Rail-to-Rail ADA4610-1 используется AD5142 digiPOT, который содержит два независимо управляемых потенциометра, каждый с разрешением 256 шагов. Программирование значений сопротивления выполняется через SPI, как показано на рисунке 2. В качестве альтернативы можно использовать AD5142A, которым можно управлять через I2C. Оба варианта доступны как потенциометры 10 кОм или 100 кОм. Рис. 1. Программируемый генератор на основе моста Вина со стабилизацией амплитуды, в котором резисторы заменены на цифровые. Рисунок 2. Блок-схема AD5142. В классической схеме генератора, показанной на рисунке 1, путь с R1A, R1B, C1 и C2 образует положительную обратную связь, тогда как отрицательная обратная связь обеспечивается через R2A, R2B и два параллельных диода D1 и D2 или их сопротивление RDIODE. Здесь применяется уравнение 1: для достижения устойчивых стабильных колебаний необходимо устранить фазовый сдвиг петлевого усиления. Выражаясь формулами, для частоты генератора получается следующий член: Здесь R - значение программируемого сопротивления AD5142: D - десятичный эквивалент цифрового кода, запрограммированного в AD5142, а RAB - полное сопротивление потенциометра. Чтобы поддерживать колебания, мост Вина должен быть относительно сбалансированным, то есть усиление положительной обратной связи и усиление отрицательной обратной связи должны быть согласованы. Если положительная обратная связь (усиление) слишком велика, амплитуда колебаний или VOUTPUT будет увеличиваться до тех пор, пока усилитель не достигнет насыщения. Если отрицательная обратная связь преобладает, то амплитуда, соответственно, будет затухать. Для показанной здесь схемы коэффициент усиления R2 / R1 должен быть установлен примерно на 2 или несколько выше. Это гарантирует, что сигнал начнет колебаться. Однако попеременное включение диодов в цепи отрицательной обратной связи также приводит к тому, что коэффициент усиления временно становится меньше 2 и, таким образом, стабилизирует колебания. Как только желаемая частота колебаний определена, амплитуду колебаний можно настроить независимо от частоты с помощью R2. Это можно вычислить следующим образом: переменные ID и VD, таким образом, соответственно представляют прямой ток диода и прямое напряжение диода на D1 и D2. Если R2B закорочен, амплитуда колебаний составляет приблизительно ± 0.6 В. При правильном порядке величины для R2B может быть достигнуто равновесие, так что VOUTPUT сходится. В схеме, показанной на рисунке 1, для R100B используется отдельный цифровой разъем на 2 кОм. Заключение С помощью описанной схемы и двойного DigiPOT 10 кОм, частоты колебаний 8.8 кГц, 17.6 кГц и 102 кГц могут быть настроены значениями сопротивления 8 кОм, 4 кОм и 670 Ом, соответственно, с погрешностью по низкой частоте всего лишь ± 3%. Возможны также более высокие выходные частоты, что влияет на погрешность частоты. Например, на частоте 200 кГц погрешность частоты увеличится до 6%. При использовании таких схем в частотно-зависимых приложениях также важно не нарушать предел полосы пропускания digiPOT, поскольку это функция запрограммированного сопротивления. Кроме того, настройка частоты на Рисунке 1 требует, чтобы значения сопротивления для R1A и R1B были одинаковыми. Однако два канала могут быть установлены только последовательно и приведут к мгновенному критическому промежуточному состоянию. Это может быть неприемлемо для некоторых приложений. В таких случаях можно использовать digiPOT в режиме последовательного подключения (например, AD5204), чтобы оба значения сопротивления изменялись одновременно.

Оставить сообщение 

Список сообщений