Πώς να κατασκευάσετε προγραμματιζόμενους ταλαντωτές χρησιμοποιώντας ψηφιακά ποτενσιόμετρα

Τα ψηφιακά ποτενσιόμετρα (digiPOTs) είναι ευέλικτα και μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μεγάλη ποικιλία εφαρμογών, για παράδειγμα, για φιλτράρισμα ή παραγωγή σημάτων εναλλασσόμενου ρεύματος. Ωστόσο, μερικές φορές η συχνότητα πρέπει να μπορεί να μεταβάλλεται και να προσαρμόζεται στην επιθυμητή εφαρμογή. Προγραμματιζόμενες λύσεις που επιτρέπουν την προσαρμογή της συχνότητας μέσω μιας κατάλληλης διεπαφής είναι εξαιρετικά χρήσιμες σε τέτοιους σχεδιασμούς και, σε ορισμένες περιπτώσεις, μπορούν να διευκολύνουν σημαντικά την ανάπτυξη. Μια μέθοδος σχετικά εύκολης κατασκευής ενός προγραμματιζόμενου ταλαντωτή στον οποίο η συχνότητα και το πλάτος ταλάντωσης μπορούν να ρυθμιστούν ανεξάρτητα το ένα από το άλλο χρησιμοποιώντας digiPOT περιγράφεται σε αυτό το άρθρο. Το σχήμα 1 δείχνει έναν τυπικό ταλαντωτή Wien-bridge σταθεροποιημένου με δίοδο, με τον οποίο μπορούν να πραγματοποιηθούν στην έξοδο ακριβή ημιτονοειδή σήματα στην περιοχή από 10 kHz έως 200 kHz περίπου (VOUTPUT). Οι ταλαντωτές γέφυρας Wien χαρακτηρίζονται από το γεγονός ότι η μία διαδρομή γέφυρας σχηματίζεται από ένα ζωνοπερατό φίλτρο και η άλλη από έναν διαιρέτη τάσης. Αυτό το παράδειγμα χρησιμοποιεί—εκτός από τον ενισχυτή ακριβείας Rail-to-Rail ADA4610-1—το digiPOT AD5142, το οποίο περιέχει δύο ανεξάρτητα ελεγχόμενα ποτενσιόμετρα, το καθένα με ανάλυση 256 βημάτων. Ο προγραμματισμός των τιμών αντίστασης γίνεται μέσω ενός SPI, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2. Εναλλακτικά, μπορεί να χρησιμοποιηθεί το AD5142A, το οποίο μπορεί να ελεγχθεί μέσω ενός I2C. Και οι δύο εκδόσεις είναι διαθέσιμες ως ποτενσιόμετρα 10 kΩ ή 100 kΩ. Εικόνα 1. Προγραμματιζόμενος ταλαντωτής γέφυρας Wien με σταθεροποίηση πλάτους όπου οι αντιστάσεις αντικαθίστανται από digiPOT. Εικόνα 2. Μπλοκ διάγραμμα του AD5142. Στο κλασικό κύκλωμα ταλαντωτή που φαίνεται στο σχήμα 1, η διαδρομή με τα R1A, R1B, C1 και C2 σχηματίζει τη θετική ανάδραση, ενώ η αρνητική ανάδραση παρέχεται μέσω των R2A, R2B και των δύο παράλληλων διόδων D1 και D2, ή της αντίστασής τους RDIODE. Εδώ, ισχύει η εξίσωση 1: Για να επιτευχθεί σταθερή σταθερή ταλάντωση, είναι απαραίτητο να εξαλειφθεί η μετατόπιση φάσης του κέρδους βρόχου. Εκφρασμένος με τύπους, προκύπτει ο ακόλουθος όρος για τη συχνότητα ταλαντωτή: Εδώ, R είναι η προγραμματιζόμενη τιμή αντίστασης στο AD5142: D είναι το δεκαδικό ισοδύναμο του ψηφιακού κωδικού που έχει προγραμματιστεί στο AD5142 και RAB είναι η συνολική αντίσταση του ποτενσιόμετρου. Για να διατηρηθεί η ταλάντωση, η γέφυρα Wien θα πρέπει να είναι σχετικά ισορροπημένη - δηλαδή, το κέρδος της θετικής ανάδρασης και το κέρδος της αρνητικής ανάδρασης πρέπει να συντονιστούν. Εάν η θετική ανάδραση (κέρδος) είναι πολύ μεγάλη, το πλάτος ταλάντωσης ή το VOUTPUT θα αυξηθεί μέχρι να κορεστεί ο ενισχυτής. Εάν η αρνητική ανάδραση κυριαρχεί, τότε το πλάτος θα μειωθεί ανάλογα. Για το κύκλωμα που φαίνεται εδώ, το κέρδος R2/R1 θα πρέπει να ρυθμιστεί σε περίπου 2 ή κάπως υψηλότερο. Αυτό διασφαλίζει ότι το σήμα αρχίζει να ταλαντώνεται. Ωστόσο, η εναλλακτική ενεργοποίηση των διόδων στον βρόχο αρνητικής ανάδρασης προκαλεί επίσης το κέρδος να είναι προσωρινά μικρότερο από 2 και έτσι σταθεροποιεί την ταλάντωση. Μόλις προσδιοριστεί η επιθυμητή συχνότητα ταλάντωσης, το πλάτος της ταλάντωσης μπορεί να ρυθμιστεί ανεξάρτητα από τη συχνότητα μέσω R2. Αυτό μπορεί να υπολογιστεί ως εξής: Οι μεταβλητές ID και VD, αντίστοιχα, αντιπροσωπεύουν το μπροστινό ρεύμα της διόδου και την μπροστινή τάση της διόδου στα D1 και D2. Εάν το R2B βραχυκυκλωθεί, προκύπτει ένα πλάτος ταλάντωσης περίπου ±0.6 V. Με τη σωστή τάξη μεγέθους για το R2B, μπορεί να επιτευχθεί ισορροπία έτσι ώστε το VOUTPUT να συγκλίνει. Στο κύκλωμα που φαίνεται στο Σχήμα 1, χρησιμοποιείται ξεχωριστό digiPOT 100 kΩ για το R2B. Συμπέρασμα Με το περιγραφόμενο κύκλωμα και ένα διπλό digiPOT 10 kΩ, μπορούν να συντονιστούν συχνότητες ταλάντωσης 8.8 kHz, 17.6 kHz και 102 kHz με τιμές αντίστασης 8 kΩ, 4 kΩ και 670 Ω, αντίστοιχα, με σφάλμα χαμηλής συχνότητας μόλις ±3%. Υψηλότερες συχνότητες εξόδου είναι επίσης δυνατές με επίδραση στο σφάλμα συχνότητας. Για παράδειγμα, στα 200 kHz, το σφάλμα συχνότητας θα αυξηθεί στο 6%. Όταν χρησιμοποιείτε τέτοια κυκλώματα σε εφαρμογές που εξαρτώνται από τη συχνότητα, είναι επίσης σημαντικό να μην παραβιάζεται το όριο εύρους ζώνης ενός digiPOT, καθώς είναι συνάρτηση της προγραμματισμένης αντίστασης. Επιπλέον, ο συντονισμός συχνότητας στο Σχήμα 1 απαιτεί οι τιμές αντίστασης για τα R1A και R1B να είναι ίδιες. Ωστόσο, τα δύο κανάλια μπορούν να ρυθμιστούν μόνο διαδοχικά και να οδηγήσουν σε μια στιγμιαία κρίσιμη ενδιάμεση κατάσταση. Αυτό μπορεί να είναι απαράδεκτο για ορισμένες εφαρμογές. Σε τέτοιες περιπτώσεις, είναι δυνατή η χρήση digiPOT με λειτουργία μαργαρίτας (για παράδειγμα, AD5204) για να επιτρέπεται η ταυτόχρονη αλλαγή και των δύο τιμών αντίστασης.

Αφήστε μήνυμα 

Λίστα μηνυμάτων