Cách xây dựng bộ dao động lập trình bằng chiết áp kỹ thuật số

Chiết áp kỹ thuật số (digiPOT) rất linh hoạt và có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như để lọc hoặc tạo tín hiệu xoay chiều. Tuy nhiên, đôi khi tần suất phải có thể thay đổi và thích ứng với ứng dụng mong muốn. Các giải pháp có thể lập trình cho phép điều chỉnh tần số thông qua một giao diện thích hợp là vô cùng hữu ích trong các thiết kế như vậy và trong một số trường hợp, có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển. Một phương pháp tương đối dễ dàng xây dựng một bộ dao động lập trình trong đó tần số và biên độ dao động có thể được điều chỉnh độc lập với nhau bằng cách sử dụng digiPOT được mô tả trong bài viết này. Hình 1 cho thấy một bộ dao động Wien cầu được ổn định đi-ốt điển hình mà tín hiệu hình sin chính xác trong dải khoảng 10 kHz đến 200 kHz có thể được nhận ra ở đầu ra (VOUTPUT). Bộ dao động cầu Wien được đặc trưng bởi thực tế là một đường dẫn cầu được hình thành bởi bộ lọc băng thông và đường dẫn kia bởi bộ phân áp. Ví dụ này sử dụng — ngoài bộ khuếch đại chính xác thanh ray ADA4610-1 — digiPOT AD5142, chứa hai chiết áp có thể điều khiển độc lập, mỗi chiết áp có độ phân giải 256 bước. Việc lập trình các giá trị điện trở được thực hiện thông qua SPI, như thể hiện trong Hình 2. Ngoài ra, có thể sử dụng AD5142A, có thể được điều khiển thông qua I2C, có thể được sử dụng. Cả hai biến thể đều có sẵn dưới dạng chiết áp 10 kΩ hoặc 100 kΩ. Hình 1. Bộ dao động cầu Wien có thể lập trình với bộ ổn định biên độ trong đó các điện trở được thay thế bằng các digiPOT. Hình 2. Sơ đồ khối của AD5142. Trong mạch dao động cổ điển thể hiện trong Hình 1, đường dẫn với R1A, R1B, C1 và C2 tạo thành phản hồi dương, trong khi phản hồi âm được cung cấp qua R2A, R2B và hai điốt song song D1 và D2, hoặc điện trở của chúng RDIODE. Ở đây, công thức 1 được áp dụng: Để đạt được dao động ổn định duy trì, cần phải loại bỏ sự dịch pha của hệ số khuếch đại vòng. Được biểu thị bằng công thức, số hạng sau được tính cho tần số dao động: Ở đây, R là giá trị điện trở có thể lập trình trên AD5142: D là giá trị tương đương thập phân của mã kỹ thuật số được lập trình trong AD5142 và RAB là tổng điện trở của chiết áp. Để duy trì dao động, cầu Wien phải tương đối cân bằng — nghĩa là, độ lợi của phản hồi dương và độ lợi của phản hồi tiêu cực phải được phối hợp với nhau. Nếu phản hồi tích cực (độ lợi) quá lớn, biên độ dao động hoặc VOUTPUT sẽ tăng cho đến khi bộ khuếch đại bão hòa. Nếu phản hồi tiêu cực chiếm ưu thế, thì biên độ theo đó sẽ bị giảm bớt. Đối với mạch được hiển thị ở đây, độ lợi R2 / R1 phải được đặt thành khoảng 2 hoặc cao hơn một chút. Điều này đảm bảo rằng tín hiệu bắt đầu dao động. Tuy nhiên, việc bật thay thế các điốt trong vòng phản hồi âm cũng làm cho hệ số khuếch đại tạm thời nhỏ hơn 2 và do đó ổn định dao động. Khi tần số dao động mong muốn được xác định, biên độ dao động có thể được điều chỉnh độc lập với tần số thông qua R2. Điều này có thể được tính như sau: Các biến ID và VD do đó, tương ứng, đại diện cho dòng điện thuận của diode và điện áp chuyển tiếp của diode trên D1 và D2. Nếu ngắn mạch R2B thì biên độ dao động xấp xỉ ± 0.6 V. Với thứ tự độ lớn đúng của R2B, có thể đạt được trạng thái cân bằng để VOUTPUT hội tụ. Trong mạch hình 1, một digiPOT 100 kΩ riêng biệt được sử dụng cho R2B. Kết luận Với mạch được mô tả và một digiPOT kép 10 kΩ, các tần số dao động 8.8 kHz, 17.6 kHz và 102 kHz có thể được điều chỉnh với các giá trị điện trở lần lượt là 8 kΩ, 4 kΩ và 670 Ω, với sai số tần số thấp chỉ ± 3%. Tần số đầu ra cao hơn cũng có thể có ảnh hưởng đến lỗi tần số. Ví dụ, ở 200 kHz, sai số tần số sẽ tăng lên 6%. Khi sử dụng các mạch như vậy trong các ứng dụng phụ thuộc vào tần số, điều quan trọng là không vi phạm giới hạn băng thông của digiPOT vì nó là một chức năng của điện trở được lập trình. Ngoài ra, việc điều chỉnh tần số trong Hình 1 yêu cầu các giá trị điện trở của R1A và R1B phải giống nhau. Tuy nhiên, hai kênh chỉ có thể được thiết lập liên tiếp và dẫn đến trạng thái trung gian tới hạn tạm thời. Điều này có thể không được chấp nhận đối với một số ứng dụng nhất định. Trong những trường hợp như vậy, có thể sử dụng các digiPOT với chế độ chuỗi kết nối (ví dụ: AD5204) để cho phép cả hai giá trị điện trở thay đổi cùng một lúc.

Để lại lời nhắn 

Danh sách tin nhắn