Programozható oszcillátorok készítése digitális potenciométerekkel

A digitális potenciométerek (digiPOT-ok) sokoldalúak, és sokféle alkalmazásban használhatók, például váltóáramú jelek szűrésére vagy generálására. Néha azonban a frekvenciát módosítani kell, és a kívánt alkalmazáshoz igazítani kell. A programozható megoldások, amelyek lehetővé teszik a frekvencia megfelelő interfészen keresztül történő beállítását, rendkívül hasznosak az ilyen kialakításokban, és bizonyos esetekben nagymértékben megkönnyítik a fejlesztést. Ebben a cikkben egy olyan programozható oszcillátor megalkotásának viszonylag egyszerű módszerét ismertetjük, amelyben az oszcilláció frekvenciája és amplitúdója egymástól függetlenül, digiPOT-ok segítségével állítható be. Az 1. ábrán egy tipikus diódastabilizált Wien-híd oszcillátor látható, amellyel a kimeneten (VOUTPUT) körülbelül 10 kHz és 200 kHz közötti precíz szinuszos jelek valósíthatók meg. A Wien-híd oszcillátorokra jellemző, hogy az egyik hídpályát egy sáváteresztő szűrő, a másikat egy feszültségosztó alkotja. Ez a példa az ADA4610-1 sín-sín precíziós erősítőn kívül az AD5142 digiPOT-ot használja, amely két egymástól függetlenül vezérelhető potenciométert tartalmaz, mindegyik 256 lépéses felbontással. Az ellenállásértékek programozása SPI-n keresztül történik, amint az a 2. ábrán látható. Alternatív megoldásként az AD5142A használható, amely I2C-n keresztül vezérelhető. Mindkét változat 10 kΩ-os vagy 100 kΩ-os potenciométerben kapható. 1. ábra Programozható Wien-híd oszcillátor amplitúdó-stabilizálással, ahol az ellenállásokat digiPOT-ok helyettesítik. 2. ábra: Az AD5142 blokkvázlata. Az 1. ábrán látható klasszikus oszcillátor áramkörben az R1A, R1B, C1 és C2 jelű út képezi a pozitív visszacsatolást, míg a negatív visszacsatolás az R2A, R2B, valamint a két párhuzamos D1 és D2 diódán vagy ezek ellenállásán keresztül történik. Itt az 1. egyenlet érvényes: A tartós stabil rezgés eléréséhez ki kell küszöbölni a hurokerősítés fáziseltolását. Képletekkel kifejezve az oszcillátor frekvenciájára a következő kifejezést kapjuk: Itt R az AD5142 programozható ellenállásértéke: D az AD5142-ben programozott digitális kód decimális megfelelője, RAB pedig a potenciométer teljes ellenállása. Az oszcilláció fenntartásához a bécsi hídnak viszonylag kiegyensúlyozottnak kell lennie, vagyis a pozitív visszacsatolás erősítését és a negatív visszacsatolás erősítését össze kell hangolni. Ha a pozitív visszacsatolás (erősítés) túl nagy, az oszcillációs amplitúdó vagy a VOUTPUT addig fog növekedni, amíg az erősítő telítődik. Ha a negatív visszacsatolás dominál, akkor az amplitúdó ennek megfelelően csillapodik. Az itt bemutatott áramkör esetében az R2/R1 erősítést körülbelül 2-re vagy valamivel magasabbra kell állítani. Ez biztosítja, hogy a jel elkezd oszcillálni. A negatív visszacsatolási hurokban lévő diódák váltakozó bekapcsolása azonban azt is okozza, hogy az erősítés átmenetileg kisebb, mint 2, és ezáltal stabilizálja az oszcillációt. A kívánt rezgési frekvencia meghatározása után az oszcilláció amplitúdója a frekvenciától függetlenül hangolható az R2-n keresztül. Ez a következőképpen számítható ki: Az ID és VD változók tehát a dióda előremenő áramát és a dióda előremenő feszültségét jelentik D1 és D2 között. Ha az R2B rövidre van zárva, akkor körülbelül ±0.6 V oszcillációs amplitúdót kapunk. Az R2B megfelelő nagyságrendjével egyensúlyt lehet elérni úgy, hogy a VOUTPUT konvergál. Az 1. ábrán látható áramkörben külön 100 kΩ-os digiPOT-ot használnak az R2B-hez. Következtetés A leírt áramkörrel és egy 10 kΩ-os dupla digiPOT-tal 8.8 kHz, 17.6 kHz és 102 kHz rezgési frekvenciák hangolhatók 8 kΩ, 4 kΩ, illetve 670 Ω ellenállásértékekkel, mindössze csak alacsony frekvencia hibával. ±3%. Magasabb kimeneti frekvenciák is lehetségesek, ami hatással van a frekvenciahibára. Például 200 kHz-en a frekvenciahiba 6%-ra nő. Az ilyen áramkörök frekvenciafüggő alkalmazásokban történő használatakor az is fontos, hogy ne sértse meg a digiPOT sávszélesség-korlátját, mivel ez a programozott ellenállás függvénye. Ezenkívül az 1. ábrán látható frekvenciahangolás megköveteli, hogy az R1A és R1B ellenállásértékei azonosak legyenek. A két csatorna azonban csak egymás után állítható be, és egy pillanatnyi kritikus köztes állapothoz vezethet. Ez bizonyos alkalmazások esetében elfogadhatatlan lehet. Ilyen esetekben lehetőség van láncolt módú digiPOT-ok használatára (például AD5204), hogy lehetővé tegye mindkét ellenállásérték egyidejű változását.

Hagyjon üzenetet 

Üzenetlista