用數(shù)字電位器構(gòu)建可編程振蕩器的簡單方法
發(fā)布時(shí)間:2020-03-04 來源:ADI 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】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。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)。
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。文氏電橋振蕩器有兩個橋路,一個由帶通濾波器構(gòu)成,另一個由分壓器構(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,其包含兩個獨(dú)立可控的電位器,每個具備256步進(jìn)分辨率。電阻值通過SPI編程設(shè)置,如圖2所示。或者,可以使用由I2C控制的AD5142A。兩種都可用作10 kΩ或100 kΩ電位器。
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:
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:
其中,R表示AD5142上的可編程電阻值:
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。這會確保信號開始振蕩。
但是,交替開啟負(fù)反饋環(huán)路中的二極管也會導(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:
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,會產(chǎn)生約±0.6 V的振蕩幅度。R2B的幅度量級正確時(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,兩個通道只 能依次設(shè)置,并會導(dǎo)致瞬時(shí)臨界中間狀態(tài)。對于某些應(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。
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