Муфты электромонтажные от производителя Fucon
РадиоЛоцман - Все об электронике

Как сделать программируемый генератор с использованием цифровых потенциометров

Analog Devices AD5142 AD5142A AD5204 ADA4610-1

Цифровые потенциометры (ЦП) универсальны и могут использоваться в самых разных областях применения, например, для фильтрации или генерации сигналов переменного тока. Однако иногда необходимо иметь возможность изменять частоту и адаптировать ее к требуемому приложению. Программируемые решения, позволяющие регулировать частоту через соответствующий интерфейс, чрезвычайно полезны в таких конструкциях и в некоторых случаях могут значительно облегчить разработку. В этой статье описан метод создания относительно простого программируемого генератора, частота и амплитуда колебаний которого могут регулироваться независимо друг от друга с помощью цифровых потенциометров.

Критерии выбора литиевых аккумуляторов и батареек: что необходимо учитывать разработчикам

Программируемый генератор с мостом Вина со стабилизацией амплитуды, в котором резисторы заменены цифровыми потенциометрами.
Рисунок 1. Программируемый генератор с мостом Вина со стабилизацией амплитуды,
в котором резисторы заменены цифровыми потенциометрами.

На Рисунке 1 показан типичный стабилизированный диодами генератор с мостом Вина, с помощью которого на выходе (VOUT) могут быть получены точные синусоидальные сигналы в диапазоне частот примерно от 10 кГц до 200 кГц. Генераторы с мостом Вина отличаются тем, что одно плечо моста образовано полосовым фильтром, а другое – делителем напряжения. В этом примере в дополнение к прецизионному rail-to-rail усилителю ADA4610-1 используется ЦП AD5142, который содержит два независимо управляемых потенциометра, каждый с разрешением 256 шагов. Программирование значений сопротивления выполняется через интерфейс SPI, как показано на Рисунке 2. В качестве альтернативы можно использовать ЦП AD5142A, управлять которым можно с помощью интерфейса I2C. Оба ЦП доступны в вариантах 10 кОм или 100 кОм.

Блок схема цифрового потенциометра AD5142.
Рисунок 2. Блок схема цифрового потенциометра AD5142.

В классической схеме генератора, показанной на Рисунке 1, путь через R1A, R1B, C1 и C2 образует цепь положительной обратной связи, тогда как отрицательная обратная связь обеспечивается через R2A, R2B и два параллельных диода D1 и D2 или их сопротивление RDIODE. Здесь используется формула (1):

  (1)

Чтобы добиться устойчивых стабильных колебаний, необходимо устранить сдвиг фазы, вносимый цепью обратной связи. Частота колебаний определяется следующими формулами:

  (2)

Здесь R – значение запрограммированного сопротивления AD5142:

  (3)

D – это десятичный эквивалент цифрового кода, запрограммированного в AD5142, а RAB – общее сопротивление потенциометра.

Чтобы поддерживать колебания, мост Вина должен быть относительно сбалансирован, то есть усиление петли положительной обратной связи и усиление петли отрицательной обратной связи должны быть согласованы. Если положительная обратная связь (усиление) слишком велика, амплитуда колебаний или VOUT будет увеличиваться до тех пор, пока усилитель не войдет в насыщение. Если преобладает отрицательная обратная связь, то амплитуда, соответственно, будет затухать.

Для показанной здесь схемы коэффициент усиления R2/R1 должен быть установлен примерно равным 2 или несколько больше. Это дает гарантию возникновения генерации.

Однако попеременное включение диодов в цепи отрицательной обратной связи также приводит к тому, что усиление временно становится меньше 2, благодаря чему стабилизируется уровень колебаний.

Как только необходимая частота колебаний определена, амплитуда колебаний может быть настроена независимо от частоты с помощью резистора R2. Ее можно рассчитать следующим образом:

  (4)

Переменные ID и VD, представляют, соответственно, прямой ток диодов и прямое падение напряжение на диодах D1 и D2. Если резистор R2B закорочен, амплитуда колебаний составляет приблизительно ±0.6 В. При правильном порядке величины R2B может быть достигнуто равновесие, при котором установится стабильный уровень VOUT. В схеме, показанной на Рисунке 1, в качестве R2B используется отдельный ЦП 100 кОм.

Заключение

С помощью описанной схемы и сдвоенного 10-килоомного цифрового потенциометра можно настроить частоты колебаний 8.8 кГц, 17.6 кГц и 102 кГц при значениях сопротивления 8 кОм, 4 кОм и 670 Ом, соответственно, с частотной погрешностью всего ±3%. Выходные частоты можно увеличить, но это повлияет на погрешность частоты. Например, при 200 кГц погрешность частоты увеличится до 6%.

При использовании таких схем в частотно-зависимых приложениях также важно не нарушать ограничения на полосу пропускания ЦП, поскольку она зависит от запрограммированного сопротивления. Кроме того, для настройки частоты в схеме на Рисунке 1 требуется, чтобы значения сопротивлений R1A и R1B были одинаковыми. Однако два канала могут программироваться только последовательно, что приводит к кратковременному критическому промежуточному состоянию. Для некоторых приложений это может быть неприемлемо. В таких случаях можно использовать ЦП с возможностью последовательного включения (например, AD5204), чтобы обеспечить одновременное изменение обоих значений сопротивления.

Материалы по теме

  1. Datasheet Analog Devices AD5142
  2. Datasheet Analog Devices AD5142A
  3. Datasheet Analog Devices AD5204
  4. Datasheet Analog Devices ADA4610-1

Analog Devices

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: How to Build Programmable Oscillators Using Digital Potentiometers

34 предложений от 21 поставщиков
ANALOG DEVICES AD5142ABRUZ100Non Volatile Digital Potentiometer, 100 kohm, Dual, I2C, Logarithmic,8%, 1.8 V
AD5142BRUZ10
Analog Devices
135 ₽
EIS Components
Весь мир
AD5142BRUZ100
Analog Devices
141 ₽
Akcel
Весь мир
AD5142ABRUZ100
Analog Devices
от 460 ₽
TradeElectronics
Россия
AD5142ABRUZ100
Analog Devices
по запросу
Электронные компоненты. Летние скидки и кэшбэк от ТМ Электроникс
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя