نحوه ساخت اسیلاتورهای قابل برنامه ریزی با استفاده از پتانسیومترهای دیجیتال

پتانسیومترهای دیجیتال (digiPOTs) همه کاره هستند و می‌توانند در کاربردهای مختلف، به عنوان مثال برای فیلتر کردن یا تولید سیگنال‌های ac استفاده شوند. با این حال، گاهی اوقات فرکانس باید قابل تغییر و تطبیق با کاربرد مورد نظر باشد. راه‌حل‌های قابل برنامه‌ریزی که فرکانس را از طریق یک رابط مناسب تنظیم می‌کنند، در چنین طراحی‌هایی بسیار مفید هستند و در برخی موارد، می‌توانند توسعه را تا حد زیادی تسهیل کنند. روشی برای ساخت نسبتاً آسان یک نوسان ساز قابل برنامه ریزی که در آن فرکانس و دامنه نوسان را می توان به طور مستقل از یکدیگر با استفاده از digiPOTs تنظیم کرد در این مقاله توضیح داده شده است. شکل 1 یک نوسان ساز پل Wien معمولی تثبیت شده با دیود را نشان می دهد که با آن سیگنال های سینوسی دقیق در محدوده تقریباً 10 کیلوهرتز تا 200 کیلوهرتز را می توان در خروجی (VOUTPUT) دریافت کرد. اسیلاتورهای پل Wien با این واقعیت مشخص می شوند که یک مسیر پل توسط یک فیلتر باند گذر و دیگری توسط یک تقسیم کننده ولتاژ تشکیل می شود. این مثال علاوه بر تقویت‌کننده دقیق ریل به ریل ADA4610-1، از AD5142 digiPOT استفاده می‌کند که شامل دو پتانسیومتر مستقل قابل کنترل است که هرکدام دارای وضوح 256 پله هستند. برنامه ریزی مقادیر مقاومت از طریق یک SPI انجام می شود، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است. همچنین می توان از AD5142A که می تواند از طریق یک I2C کنترل شود، استفاده کرد. هر دو نوع پتانسیومتر 10 کیلو اهم یا 100 کیلو اهم در دسترس هستند. شکل 1. نوسان ساز پل Wien قابل برنامه ریزی با تثبیت دامنه که در آن مقاومت ها با digiPOT جایگزین می شوند. شکل 2. بلوک دیاگرام AD5142. در مدار نوسان ساز کلاسیک نشان داده شده در شکل 1، مسیر با R1A، R1B، C1 و C2 بازخورد مثبت را تشکیل می دهد، در حالی که بازخورد منفی از طریق R2A، R2B و دو دیود موازی D1 و D2 یا مقاومت آنها RDIODE ارائه می شود. در اینجا، معادله 1 اعمال می شود: برای دستیابی به نوسان پایدار پایدار، حذف تغییر فاز بهره حلقه ضروری است. بیان شده توسط فرمول، عبارت زیر برای فرکانس نوسانگر به دست می آید: در اینجا، R مقدار مقاومت قابل برنامه ریزی در AD5142 است: D معادل اعشاری کد دیجیتال برنامه ریزی شده در AD5142 است، و RAB مقاومت کل پتانسیومتر است. برای حفظ نوسان، پل وین باید نسبتاً متعادل باشد - یعنی سود بازخورد مثبت و سود بازخورد منفی باید هماهنگ باشد. اگر بازخورد مثبت (بهره) خیلی زیاد باشد، دامنه نوسان یا VOUTPUT تا زمانی که تقویت کننده اشباع شود، افزایش می یابد. اگر بازخورد منفی غالب باشد، دامنه بر این اساس کاهش می یابد. برای مدار نشان داده شده در اینجا، بهره R2/R1 باید تقریباً 2 یا تا حدودی بالاتر تنظیم شود. این تضمین می کند که سیگنال شروع به نوسان می کند. با این حال، روشن شدن متناوب دیودها در حلقه بازخورد منفی نیز باعث می شود بهره به طور موقت کمتر از 2 باشد و در نتیجه نوسان را تثبیت کند. هنگامی که فرکانس نوسان مورد نظر تعیین شد، دامنه نوسان را می توان مستقل از فرکانس از طریق R2 تنظیم کرد. این را می توان به صورت زیر محاسبه کرد: متغیرهای ID و VD به ترتیب نشان دهنده جریان رو به جلو دیود و ولتاژ پیشروی دیود در D1 و D2 هستند. اگر R2B کوتاه باشد، دامنه نوسان تقریباً 0.6 ± V ایجاد می شود. با ترتیب قدر صحیح برای R2B، می توان به تعادل رسید تا VOUTPUT همگرا شود. در مدار نشان داده شده در شکل 1، یک digiPOT 100 کیلو اهم جداگانه برای R2B استفاده شده است. نتیجه گیری با مدار توصیف شده و یک دیجی پات دوگانه 10 کیلوهرتز، فرکانس های نوسانی 8.8 کیلوهرتز، 17.6 کیلوهرتز و 102 کیلوهرتز را می توان به ترتیب با مقادیر مقاومت 8 کیلو و 4 کیلوهرتز و 670 Ω با خطای فرکانس پایین فقط تنظیم کرد. ± 3٪. فرکانس های خروجی بالاتر نیز با تأثیر بر خطای فرکانس امکان پذیر است. به عنوان مثال، در 200 کیلوهرتز، خطای فرکانس به 6٪ افزایش می یابد. هنگام استفاده از چنین مدارهایی در برنامه های کاربردی وابسته به فرکانس، همچنین مهم است که محدودیت پهنای باند یک digiPOT را نقض نکنید زیرا تابعی از مقاومت برنامه ریزی شده است. علاوه بر این، تنظیم فرکانس در شکل 1 مستلزم این است که مقادیر مقاومت برای R1A و R1B یکسان باشد. با این حال، این دو کانال فقط می توانند به صورت متوالی تنظیم شوند و به یک حالت میانی بحرانی لحظه ای منجر شوند. این ممکن است برای برنامه های خاص غیر قابل قبول باشد. در چنین مواردی، می توان از digiPOT ها با حالت زنجیره ای (به عنوان مثال، AD5204) استفاده کرد تا هر دو مقدار مقاومت به طور همزمان تغییر کنند.

ترک یک پیام 

فهرست پیام