Hur man bygger programmerbara oscillatorer med hjälp av digitala potentiometrar

Digitala potentiometrar (digiPOT) är mångsidiga och kan användas i en mängd olika applikationer, till exempel för att filtrera eller generera växelströmssignaler. Ibland måste dock frekvensen kunna varieras och anpassas till önskad applikation. Programmerbara lösningar som gör det möjligt att justera frekvensen via ett lämpligt gränssnitt är oerhört hjälpsamma i sådana konstruktioner och kan i vissa fall avsevärt underlätta utvecklingen. En metod för att relativt enkelt konstruera en programmerbar oscillator där oscillationsfrekvensen och amplituden kan justeras oberoende av varandra genom att använda digiPOTs beskrivs i denna artikel. Figur 1 visar en typisk diodstabiliserad Wien-bryggoscillator med vilken exakta sinusformade signaler i intervallet ungefär 10 kHz till 200 kHz kan realiseras vid utgången (VOUTPUT). Wien-bryggoscillatorer kännetecknas av det faktum att en bryggväg bildas av ett bandpassfilter och den andra av en spänningsdelare. Det här exemplet använder – förutom ADA4610-1 rail-to-rail precisionsförstärkaren – AD5142 digiPOT, som innehåller två oberoende styrbara potentiometrar, var och en med en upplösning på 256 steg. Programmeringen av resistansvärdena görs via en SPI, som visas i figur 2. Alternativt kan AD5142A, som kan styras via en I2C, användas. Båda varianterna finns som 10 kΩ eller 100 kΩ potentiometrar. Figur 1. Programmerbar Wien-bryggoscillator med amplitudstabilisering där motstånden är ersatta av digiPOTs. Figur 2. Blockschema över AD5142. I den klassiska oscillatorkretsen som visas i figur 1 bildar vägen med R1A, R1B, Cl och C1 den positiva återkopplingen, medan negativ återkoppling tillhandahålls via R2A, R2B och de två parallella dioderna D2 och D1, eller deras resistans RDIODE. Här gäller ekvation 2: För att uppnå ihållande stabil oscillation är det nödvändigt att eliminera fasförskjutningen av slingförstärkningen. Uttryckt med formler, erhålls följande term för oscillatorfrekvensen: Här är R det programmerbara motståndsvärdet på AD1: D är decimalekvivalenten till den digitala koden som programmerats i AD5142, och RAB är potentiometerns totala motstånd. För att upprätthålla oscillation bör Wien-bryggan vara relativt balanserad - det vill säga förstärkningen av den positiva återkopplingen och förstärkningen av den negativa återkopplingen måste koordineras. Om den positiva återkopplingen (förstärkningen) är för stor kommer oscillationsamplituden eller VOUTPUT att öka tills förstärkaren mättas. Om den negativa återkopplingen dominerar kommer amplituden följaktligen att dämpas ut. För kretsen som visas här bör förstärkningen R5142/R2 ställas in på ungefär 1 eller något högre. Detta säkerställer att signalen börjar oscillera. Den alternerande tändningen av dioderna i den negativa återkopplingsslingan gör dock att förstärkningen tillfälligt blir mindre än 2 och stabiliserar därigenom svängningen. När väl den önskade oscillationsfrekvensen har bestämts kan svängningsamplituden ställas in oberoende av frekvensen via R2. Detta kan beräknas enligt följande: Variablerna ID och VD representerar därmed diodframströmmen respektive diodframspänningen över D2 och D1. Om R2B kortsluts, erhålls en oscillationsamplitud på ungefär ±2 V. Med rätt storleksordning för R0.6B kan jämvikt uppnås så att VOUTPUT konvergerar. I kretsen som visas i figur 2 används en separat 1 kΩ digiPOT för R100B. Slutsats Med den beskrivna kretsen och en 2 kΩ dual digiPOT kan svängningsfrekvenser på 10 kHz, 8.8 kHz och 17.6 kHz ställas in med resistansvärden på 102 kΩ, 8 kΩ respektive 4 Ω med bara lågfrekvent fel ±670%. Högre utgångsfrekvenser är också möjliga med inverkan på frekvensfelet. Till exempel, vid 3 kHz kommer frekvensfelet att öka till 200 %. När man använder sådana kretsar i frekvensberoende applikationer är det också viktigt att inte överträda bandbreddsgränsen för en digiPOT eftersom den är en funktion av det programmerade motståndet. Dessutom kräver frekvensjusteringen i figur 6 att resistansvärdena för R1A och R1B är desamma. De två kanalerna kan dock endast ställas in successivt och leda till ett momentant kritiskt mellantillstånd. Detta kan vara oacceptabelt för vissa applikationer. I sådana fall är det möjligt att använda digiPOTs med daisy-chain-läge (till exempel AD1) för att tillåta båda motståndsvärdena att ändras samtidigt.

Lämna ett meddelande 

meddelande~~POS=TRUNC