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          如何使用數(shù)字電位器構(gòu)建可編程振蕩器

          作者:ADI 高級(jí)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師 Thomas Brand 時(shí)間:2020-06-01 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

          數(shù)字電位器(digiPOT)功能多樣,應(yīng)用廣泛,例如,用于濾除或生成交流信號(hào)。但是,有時(shí)頻率必須能夠有所變化,并根據(jù)應(yīng)用需求調(diào)整。在此類設(shè)計(jì)中,支持通過適當(dāng)?shù)慕涌谡{(diào)整頻率的可編程解決方案極為有用,在有些情況下,非常有助于開發(fā)。本文介紹一種簡(jiǎn)單易行的可編程振蕩器構(gòu)建方法,其中,振蕩頻率和幅度可以通過使用digiPOT來彼此獨(dú)立地調(diào)節(jié)。

          本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/202006/413748.htm

          如何使用數(shù)字電位器構(gòu)建可編程振蕩器.jpg

          圖1.振幅穩(wěn)定的可編程文氏電橋振蕩器,其中電阻由digiPOT代替。

          圖1顯示的是典型二極管穩(wěn)定文氏電橋振蕩器,可用于在輸出端(VOUTPUT)產(chǎn)生約10 kHz至200 kHz的精確正弦波信號(hào)。文氏電橋振蕩器有兩個(gè)橋路,一個(gè)由帶通濾波器構(gòu)成,另一個(gè)由分壓器構(gòu)成。除了 ADA4610-1  軌到軌精密放大器之外,本示例還使用了 AD5142 digiPOT,其包含兩個(gè)獨(dú)立可控的電位器,每個(gè)具備256步進(jìn)分辨率。電阻值通過SPI編程設(shè)置,如圖2所示?;蛘?,可以使用由I2C控制的 AD5142A 。兩種都可用作10 kΩ或100 kΩ電位器。

          2 - 如何使用數(shù)字電位器構(gòu)建可編程振蕩器.jpg

           

          圖2.AD5142的功能框圖。

          在圖1所示的經(jīng)典振蕩器電路中,R1A、R1B、C1和C2的路徑形成正反饋,而R2A、R2B和兩個(gè)并聯(lián)二極管D1和D2或其電阻RDIODE則形成負(fù)反饋。在這種情況下,可以使用公式1:

          image.png

          為了實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定的振蕩,需要消除環(huán)路增益中的相移。用公式表示,振蕩頻率:

          image.png

          其中,R表示AD5142上的可編程電阻值:

          image.png

          D表示AD5142中可編程數(shù)字代碼的十進(jìn)制等效值,RAB表示電位器的總電阻。

          為了保持振蕩,文氏電橋振蕩器應(yīng)當(dāng)相對(duì)平衡,也就是說,正反饋增益和負(fù)反饋增益必須協(xié)調(diào)一致。如果正反饋(增益)過大,振蕩幅度或VOUTPUT將增加,直至放大器飽和。如果負(fù)反饋占主導(dǎo),則振蕩幅度將相應(yīng)衰減。

          在此處所示的電路中,增益R2/R1應(yīng)設(shè)置為2左右或更大些。這會(huì)確保信號(hào)開始振蕩。

          但是,交替開啟負(fù)反饋環(huán)路中的二極管也會(huì)導(dǎo)致增益暫時(shí)小于2,從而使振蕩穩(wěn)定下來。

          一旦確定所需的振蕩頻率,就可以通過R2,不受頻率影響地調(diào)諧振蕩幅度。可以通過下式計(jì)算:

          image.png

          所以,變量ID和VD分別代表通過D1和D2的二極管正向電流和二極管正向電壓。如果R2B出現(xiàn)短路,會(huì)產(chǎn)生約±0.6 V的振蕩幅度。R2B的幅度量級(jí)正確時(shí),則可達(dá)到平衡,從而使VOUTPUT收斂。在圖1所示的電路中,R2B采用了一個(gè)單獨(dú)的100 kΩ digiPOT。

          結(jié)論

          通過采用所述的電路和10 kΩ雙digiPOT,可以分別以8 kΩ、4 kΩ和670 Ω的電阻值調(diào)諧8.8 kHz、17.6 kHz和102 kHz振蕩頻率,頻率誤差低至±3%。提高輸出頻率可能會(huì)影響頻率誤差。例如,200 kHz時(shí),頻率誤差將增至6%。

          在頻率相關(guān)應(yīng)用中使用此類電路時(shí),必須注意不要超過digiPOT的帶寬限值,因?yàn)樵撝蹬c可編程電阻呈函數(shù)關(guān)系。此外,圖1所示的頻率調(diào)諧要求R1A和R1B的電阻值相同。但是,兩個(gè)通道只能依次設(shè)置,并會(huì)導(dǎo)致瞬時(shí)臨界中間狀態(tài)。對(duì)于某些應(yīng)用,這種情況是不可接受的。在這些情況下,可以使用支持菊花鏈模式的digiPOT(例如 AD5204 ),以便能夠同時(shí)更改電阻值。

          作者簡(jiǎn)介

          Thomas Brand于2015年加入德國(guó)慕尼黑的ADI公司,當(dāng)時(shí)他還在攻讀碩士。畢業(yè)后,他參加了ADI公司的培訓(xùn)生項(xiàng)目。2017年,他成為一名現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師。Thomas為中歐的大型工業(yè)客戶提供支持,并專注于工業(yè)以太網(wǎng)領(lǐng)域。他畢業(yè)于德國(guó)莫斯巴赫的聯(lián)合教育大學(xué)電氣工程專業(yè),之后在德國(guó)康斯坦茨應(yīng)用科學(xué)大學(xué)獲得國(guó)際銷售碩士學(xué)位。



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