Часть 1 - Установка нулевого напряжения смещения, дополнительный фильтр
В первой части статьи мы рассмотрели два этапа модернизации аналоговой части варианта DDS генератора на микроконтроллере ATmega16.
Управление амплитудой выходного сигнала
После того, как мы скорректировали напряжение смещения и отфильтровали сигнал (или не отфильтровали, если не включили фильтр), нам необходима регулировка амплитуды выходного сигнала DDS генератора. Диапазон регулировки должен быть 0 – 12 В. Для этого мы собираемся использовать инвертирующий усилитель с потенциометром для регулировки усиления. Номинал входного резистора потребуется рассчитать, и его значение должно таким, чтобы получить хорошую регулировку амплитуды во всем диапазоне положений потенциометра.
К примеру, номинал регулируемого резистора выберем 47 кОм. Напомним, что входное напряжение равно 2.5 В (первая часть статьи). Мы хотим получить амплитуду сигнала 12 В на выходе, потому коэффициент усиления будет равен 12/2.5=4.8. Если установить потенциометр в крайнее левое положение, мы получим:
Для того, чтобы получить амплитуду 0 В, нужно просто установить потенциометр в крайнее правое положение, усиление в этом случае будет близко к 0.
Регулировка смещения сигнала
Последний этап модернизации аналоговой части – регулировка смещения сигнала в диапазоне –12 В…+12 В. Самый простой способ реализации этого – прибавить напряжение смещения к напряжению сигнала.
Поскольку у нас уже есть два инвертирующих каскада, мы не хотим, чтобы последний каскад так же был инвертирующим, т.к. в этом случае на выходе DDS генератора мы получим инвертированный сигнал. Таким образом, мы должны реализовать неинвертирующее суммирование.
Давайте теперь посмотрим, как рассчитываются номиналы резисторов. Резисторы R6 и R7 мы выберем номиналом 100 кОм, т.к. они не критичны, и значение сопротивления находится в рекомендуемом диапазоне от 1 кОм до 1 МОм. Более интересным является коэффициент усиления данной схемы. Рассмотрим выходное напряжение неинвертирующего суммирующего усилителя:
Как мы видим, здесь напряжения суммируются и умножаются на коэффициент усиления. Если использовать резисторы R7 и R8 по 100 кОм, получим, что суммироваться будет только половина напряжений. Таким образом, нам нужен коэффициент усиления равный 2, чтобы работать с полными значениями напряжений. Итак, нам нужно:
После решения уравнения мы видим, что номиналы этих двух резисторов должны быть одинаковыми. Во избежание большого разброса резисторы выбраны по 100 кОм.
Результирующая схема аналоговой части DDS генератора
Теперь все узлы аналоговой части у нас модернизированы, и можно построить единую схему.
Здесь мы объединили все четыре узла схемы: регулировка напряжения смещения, фильтр нижних частот, управление амплитудой сигнала и управление смещением сигнала. Мы добились такой функциональности, применив лишь одну микросхему TL074, представляющую собой четырехканальный JFET операционный усилитель с низким уровнем шума. Если пользователей интересует схема симуляция аналоговой части в программе LTspice, то в секции загрузок можно скачать архив с необходимыми файлами. В симуляторе микросхема TL074 заменена на аналогичный LT1359, поэтому фактические результаты не должны отличаться.
Формы сигнала в различных точках схемы
Как видите, входной сигнал (Vinput) имеет небольшие искажения и смещен на величину 2.5 В. После схемы корректировки смещения (Voffadjust) он все еще имеет искажения, но уже пересекает уровень 0 В. После схемы фильтрации (Vfiltered) искажения исчезли – гладкая синусоида. Следующая схема корректирует амплитуду сигнала (Vgained), и на выходе мы получаем сигнал (Vout) с заданным уровнем смещения на уровне около –5 В.
Результаты выглядят многообещающе, поэтому для пользователей следующим шагом будет самостоятельное подключение усовершенствованной аналоговой части к микроконтроллеру.
Загрузки
Архив с файлами для симуляции схемы в LTSpice – скачать
