Jak postavit programovatelné oscilátory pomocí digitálních potenciometrů

Digitální potenciometry (digiPOT) jsou univerzální a lze je použít v široké řadě aplikací, například pro filtrování nebo generování střídavých signálů. Někdy však musí být možné frekvenci měnit a přizpůsobit požadované aplikaci. Programovatelná řešení umožňující úpravu frekvence přes vhodné rozhraní jsou v takových návrzích mimořádně užitečná a v některých případech mohou značně usnadnit vývoj. V tomto článku je popsána metoda relativně snadné konstrukce programovatelného oscilátoru, u kterého lze nezávisle na sobě nastavovat kmitočet a amplitudu pomocí digiPOTů. Obrázek 1 ukazuje typický diodově stabilizovaný oscilátor Wien-bridge, se kterým lze na výstupu realizovat přesné sinusové signály v rozsahu přibližně 10 kHz až 200 kHz (VOUTPUT). Oscilátory Wien-bridge se vyznačují tím, že jednu můstkovou cestu tvoří pásmová propust a druhá napěťový dělič. Tento příklad využívá – kromě přesného zesilovače rail-to-rail ADA4610-1 – AD5142 digiPOT, který obsahuje dva nezávisle ovladatelné potenciometry, každý s rozlišením 256 kroků. Programování hodnot odporu se provádí pomocí SPI, jak je znázorněno na obrázku 2. Alternativně lze použít AD5142A, který lze ovládat přes I2C. Obě varianty jsou k dispozici jako potenciometry 10 kΩ nebo 100 kΩ. Obrázek 1. Programovatelný oscilátor Wien-most se stabilizací amplitudy, kde jsou rezistory nahrazeny digiPOTy. Obrázek 2. Blokové schéma AD5142. V klasickém oscilátorovém obvodu znázorněném na obrázku 1 tvoří cesta s R1A, R1B, C1 a C2 kladnou zpětnou vazbu, zatímco záporná zpětná vazba je poskytována přes R2A, R2B a dvě paralelní diody D1 a D2 nebo jejich odpor RDIODE. Zde platí rovnice 1: Pro dosažení trvalé stabilní oscilace je nutné eliminovat fázový posun zesílení smyčky. Vyjádřeno vzorcem, pro kmitočet oscilátoru je získán následující výraz: Zde R je programovatelná hodnota odporu na AD5142: D je desetinný ekvivalent digitálního kódu naprogramovaného v AD5142 a RAB je celkový odpor potenciometru. Pro udržení oscilace by měl být Wien-most relativně vyvážený – to znamená, že zisk pozitivní zpětné vazby a zisk negativní zpětné vazby musí být koordinovány. Pokud je kladná zpětná vazba (zesílení) příliš velká, bude se amplituda oscilace nebo VOUTPUT zvyšovat, dokud se zesilovač nenasytí. Pokud převládá negativní zpětná vazba, bude amplituda odpovídajícím způsobem utlumena. U zde zobrazeného obvodu by mělo být zesílení R2/R1 nastaveno na přibližně 2 nebo o něco vyšší. Tím je zajištěno, že signál začne oscilovat. Střídavé zapínání diod ve smyčce se zápornou zpětnou vazbou však také způsobuje, že zesílení je dočasně menší než 2, a tím stabilizuje oscilaci. Jakmile je určena požadovaná frekvence oscilací, amplituda oscilace může být naladěna nezávisle na frekvenci pomocí R2. To lze vypočítat následovně: Proměnné ID a VD tedy reprezentují propustný proud diody a propustné napětí diody na D1 a D2. Pokud je R2B zkratován, získá se amplituda oscilace přibližně ±0.6 V. Při správném řádu velikosti pro R2B lze dosáhnout rovnováhy, takže VOUTPUT konverguje. V obvodu znázorněném na obrázku 1 je pro R100B použit samostatný 2 kΩ digiPOT. Závěr S popsaným obvodem a 10 kΩ duálním digiPOTem lze oscilační frekvence 8.8 kHz, 17.6 kHz a 102 kHz naladit s hodnotami odporu 8 kΩ, 4 kΩ a 670 Ω, v tomto pořadí, s chybou nízké frekvence pouhých ±3 %. Jsou možné i vyšší výstupní frekvence s vlivem na frekvenční chybu. Například při 200 kHz se frekvenční chyba zvýší na 6 %. Při použití takových obvodů v aplikacích závislých na frekvenci je také důležité neporušit limit šířky pásma digiPOT, protože je funkcí naprogramovaného odporu. Kromě toho ladění frekvence na obrázku 1 vyžaduje, aby hodnoty odporu pro R1A a R1B byly stejné. Tyto dva kanály však lze nastavit pouze postupně a vedou k momentálnímu kritickému mezistavu. To může být pro určité aplikace nepřijatelné. V takových případech je možné použít digiPOT s režimem daisy-chain (například AD5204), aby se obě hodnoty odporu mohly měnit současně.

Zanechat vzkaz 

Seznam zpráv