如何使用數字電位計構建可編程振蕩器

數字電位計 （digiPOT） 用途廣泛，可用于各種應用，例如濾波或生成交流信號。但是，有時頻率必須能夠改變并適應所需的應用。通過適當的接口調整頻率的可編程解決方案在此類設計中非常有用，在某些情況下可以極大地促進開發。本文介紹了一種相對容易構建可編程振蕩器的方法，該方法通過使用digiPOT可以相互獨立地調整振蕩頻率和幅度。

圖1顯示了一個典型的二極管穩定型維恩橋振蕩器，通過該振蕩器可以在輸出端實現約10 kHz至200 kHz范圍內的精確正弦信號（V輸出).維橋振蕩器的特點是，一條橋路由帶通濾波器形成，另一條橋路由分壓器形成。除了軌到軌精密放大器ADA4610-1之外，本示例還使用AD5142 digiPOT，該電位計包含兩個獨立可控的電位計，每個電位計的分辨率為256級。電阻值的編程通過SPI完成，如圖2所示?；蛘?，AD5142A可通過I進行控制2C，可以使用。兩種型號均提供10 kΩ或100 kΩ電位計。

圖1.具有幅度穩定的可編程維恩橋振蕩器，其中電阻被數字POT取代。

圖2.AD5142的框圖

在圖1所示的經典振蕩器電路中，R1A、R1B、C1和C2的路徑形成正反饋，而負反饋通過R2A、R2B和兩個并聯二極管D1和D2或其電阻R提供。二極管.這里，公式1適用：

為了實現持續穩定的振蕩，必須消除環路增益的相移。用公式表示，振蕩器頻率得到以下項：

此處，R是AD5142的可編程電阻值：

D是AD5142中編程的數字代碼的十進制等效值，R是血型是電位器的總電阻。

為了維持振蕩，維恩橋應該相對平衡，也就是說，正反饋的增益和負反饋的增益必須協調。如果正反饋（增益）太大，則振蕩幅度或V輸出將增加，直到放大器飽和。如果負反饋占主導地位，則幅度將相應地被阻尼。

對于此處所示的電路，增益R2/R1應設置為大約2或更高。這可確保信號開始振蕩。

然而，負反饋環路中二極管的交替導通也會導致增益暫時小于2，從而穩定振蕩。

一旦確定了所需的振蕩頻率，就可以通過R2獨立于頻率來調節振蕩幅度。這可以按如下方式計算：

因此，變量ID和VD分別表示D1和D2上的二極管正向電流和二極管正向電壓。如果R2B短路，則產生約±0.6 V的振蕩幅度。使用R2B的正確數量級，可以實現平衡，因此V輸出收斂。在圖1所示電路中，R2B使用單獨的100 kΩ digiPOT。

結論

利用所述電路和10 kΩ雙通道digiPOT，可以調諧8.8 kHz、17.6 kHz和102 kHz的振蕩頻率，電阻值分別為8 kΩ、4 kΩ和670 Ω，低頻誤差僅為±3%。更高的輸出頻率也是可能的，但會影響頻率誤差。例如，在200 kHz時，頻率誤差將增加到6%。

在頻率相關應用中使用此類電路時，不要違反digiPOT的帶寬限制也很重要，因為它是編程電阻的函數。此外，圖1中的頻率調諧要求R1A和R1B的電阻值相同。但是，這兩個通道只能連續設置，并導致瞬時臨界中間狀態。對于某些應用程序，這可能是不可接受的。在這種情況下，可以使用具有菊花鏈模式的digiPOT（例如AD5204），以允許兩個電阻值同時變化。

審核編輯：郭婷