В программируемом генераторе используется цифровой потенциометр

Analog Devices AD5231 AD5232 AD8510

Цифровые потенциометры – это универсальные устройства, которые можно использовать во многих приложениях фильтрации и генерации сигналов. В этой статье описывается генератор, в котором установка сопротивлений двух цифровых потенциометров независимо программирует амплитуду и частоту колебаний. На Рисунке 1 показан типичный генератор с диодной стабилизацией на основе моста Вина, вырабатывающий точные синусоидальные сигналы с частотой от 10 до 200 кГц. В классической схеме генератора мост Вина, образованный элементами R, RS, C и CS, обеспечивает положительную обратную связь, а резисторы R1 и R2 – отрицательную. R2 – это комбинация из параллельных резисторов R2A и R2B и последовательного сопротивления диода. Петлевое усиление A(jω)β(jω) можно определить путем умножения коэффициента усиления усилителя на передаточную функцию VP/VO. При R = RS и C = CS, петлевое усиление равно

  (1)

Подставив s = jω и выделив действительную и мнимую части, получаем

  (2)

Фазовый сдвиг при замкнутой петле обратной связи определяется как

  (3)

Чтобы сдвиг фаз равнялся 0°, надо сделать равной нулю мнимую часть. В результате частота генерации станет равной

  (4)

где R – программируемое сопротивление:

  (5)

Здесь

D – десятичный эквивалент цифрового кода, записанного в управляющий регистр AD5232;
RAB – сопротивление между концами цифрового потенциометра.

Для поддержания колебаний мост должен быть сбалансирован. Если положительная обратная связь слишком велика, амплитуда колебаний увеличивается до тех пор, пока усилитель не войдет в насыщение. Если отрицательная обратная связь слишком велика, амплитуда колебаний затухает. Из выражения (2) видно, что на частоте резонанса петлевое усиление равно 3. Это значит, что условием баланса моста будет R2/R1 = 2. На практике отношение R2/R1 должно быть чуть больше, чем 2, чтобы гарантировать, что колебания смогут начаться. Попеременное включение диодов на мгновения делает отношение R2/R1 меньше 2, тем самым, стабилизируя колебания. Кроме того, с помощью R2B можно независимо настраивать амплитуду, поскольку 2/3(VO) = IDR2B + VD.

В этом генераторе с мостом Вина для независимой регулировки амплитуды и частоты используются цифровые потенциометры.
Рисунок 1. В этом генераторе с мостом Вина для независимой регулировки амплитуды
и частоты используются цифровые потенциометры.

Можно закоротить R2B, что даст амплитуду колебаний, равную примерно ±0.6 В. Переменные VO, ID и VD независимы друг от друга. При правильном выборе R2B схема можно достичь равновесия, при котором колебания не будут ни нарастать, ни затухать. Однако сопротивление R2B не должно быть настолько большим, чтобы выход входил в ограничение. В данной схеме R2B – это отдельный 100-килоомный цифровой потенциометр. При изменении сопротивления от минимального значения до 35 кОм амплитуда колебаний изменяется от ±0.6 до ±2.3 В. Используя конденсаторы C и CS емкостью 2.2 нФ и устанавливая сопротивления 10-килоомных потенциометров R и RS равными 8, 4 и 0.7 кОм, можно получить частоты генерации 8.8, 17.6 и 100 кГц, соответственно (Рисунок 2). Погрешность установки частоты составляет 3%. Достижимы и более высокие частоты, но ценой увеличения погрешности, которая на частоте 200 кГц становится равной 6%.

Эти три частоты соответствуют трем установкам цифрового потенциометра.
Рисунок 2. Эти три частоты соответствуют трем установкам
цифрового потенциометра.

Два предостережения в порядке значимости. Необходимо помнить, что в частотно-зависимых приложениях полоса пропускания цифрового потенциометра зависит от запрограммированного сопротивления. Поэтому следует позаботиться о том, чтобы не нарушать ограничений, связанных с рабочей частотой. Кроме того, при настройке частоты необходимо устанавливать одинаковые значения R и RS. Если настраивать по одному каналу, могут возникать недопустимые промежуточные состояния. Если такая проблема возникнет, можно соединить отдельные устройства шлейфом, что позволит одновременно записывать в микросхемы одни и те же значения.

Материалы по теме

  1. Datasheet Analog Devices AD5231
  2. Datasheet Analog Devices AD5232
  3. Datasheet Analog Devices AD8510

EDN

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Programmable oscillator uses digital potentiometers

Изготовление 1-4 слойных печатных плат за $2

51 предложений от 28 поставщиков
Исполнение: TSSOP-16. DPOT, 10K, 1024POS, 16TSSOP; Resistance Range Type:Logarithmic; Memory Type:Non-Volatile; Channels, No. of:1; Positions, No. of:1024; Resistance, End-to-End:10kohm; Interface Type:SPI;...
AD5231BRUZ10
Analog Devices
155 ₽
ЭИК
Россия
AD5231BRUZ50
Analog Devices
от 176 ₽
Элрус
Россия
AD5231BRUZ100
Analog Devices
от 251 ₽
Промэлектроника
Россия и страны СНГ
AD5231BRUZ100
295 ₽
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя