Come costruire oscillatori programmabili utilizzando potenziometri digitali

I potenziometri digitali (digiPOT) sono versatili e possono essere utilizzati in un'ampia varietà di applicazioni, ad esempio per filtrare o generare segnali CA. Tuttavia, a volte la frequenza deve poter essere variata e adattata all'applicazione desiderata. Le soluzioni programmabili che consentono di regolare la frequenza tramite un'interfaccia appropriata sono estremamente utili in tali progetti e, in alcuni casi, possono facilitare notevolmente lo sviluppo. In questo articolo è descritto un metodo per costruire in modo relativamente semplice un oscillatore programmabile in cui la frequenza e l'ampiezza di oscillazione possono essere regolate indipendentemente l'una dall'altra utilizzando digiPOT. La figura 1 mostra un tipico oscillatore Wien-bridge stabilizzato a diodo con il quale è possibile realizzare segnali sinusoidali precisi nell'intervallo da circa 10 kHz a 200 kHz all'uscita (VOUTPUT). Gli oscillatori Wien-bridge sono caratterizzati dal fatto che un percorso del ponte è formato da un filtro passa-banda e l'altro da un partitore di tensione. Questo esempio utilizza, oltre all'amplificatore di precisione rail-to-rail ADA4610-1, il digiPOT AD5142, che contiene due potenziometri controllabili indipendentemente, ciascuno con una risoluzione di 256 passi. La programmazione dei valori di resistenza avviene tramite un SPI, come mostrato in Figura 2. In alternativa, può essere utilizzato l'AD5142A, che può essere controllato tramite un I2C. Entrambe le varianti sono disponibili come potenziometri da 10 kΩ o 100 kΩ. Figura 1. Oscillatore Wien-bridge programmabile con stabilizzazione dell'ampiezza in cui i resistori sono sostituiti da digiPOT. Figura 2. Schema a blocchi dell'AD5142. Nel classico circuito oscillatore mostrato in Figura 1, il percorso con R1A, R1B, C1 e C2 forma il feedback positivo, mentre il feedback negativo è fornito tramite R2A, R2B e i due diodi paralleli D1 e D2, o la loro resistenza RDIODE. Qui si applica l'equazione 1: per ottenere un'oscillazione stabile sostenuta, è necessario eliminare lo sfasamento del guadagno dell'anello. Espresso da formule, si ottiene il seguente termine per la frequenza dell'oscillatore: Qui, R è il valore di resistenza programmabile sull'AD5142: D è l'equivalente decimale del codice digitale programmato nell'AD5142 e RAB è la resistenza totale del potenziometro. Per sostenere l'oscillazione, il ponte di Vienna dovrebbe essere relativamente bilanciato, cioè il guadagno del feedback positivo e il guadagno del feedback negativo devono essere coordinati. Se il feedback positivo (guadagno) è troppo grande, l'ampiezza dell'oscillazione o VOUTPUT aumenterà fino a quando l'amplificatore non si satura. Se predomina il feedback negativo, l'ampiezza verrà di conseguenza smorzata. Per il circuito mostrato qui, il guadagno R2/R1 dovrebbe essere impostato a circa 2 o leggermente superiore. Ciò garantisce che il segnale inizi a oscillare. Tuttavia, l'accensione alternata dei diodi nell'anello di feedback negativo fa sì che anche il guadagno sia temporaneamente inferiore a 2 e quindi stabilizza l'oscillazione. Una volta determinata la frequenza di oscillazione desiderata, l'ampiezza di oscillazione può essere sintonizzata indipendentemente dalla frequenza tramite R2. Questo può essere calcolato come segue: Le variabili ID e VD rappresentano quindi, rispettivamente, la corrente diretta del diodo e la tensione diretta del diodo ai capi di D1 e D2. Se R2B è cortocircuitato, si ottiene un'ampiezza di oscillazione di circa ±0.6 V. Con l'ordine di grandezza corretto per R2B, l'equilibrio può essere raggiunto in modo che VOUTPUT converga. Nel circuito mostrato in Figura 1, viene utilizzato un digiPOT separato da 100 kΩ per R2B. Conclusione Con il circuito descritto e un dual digiPOT da 10 kΩ, le frequenze di oscillazione di 8.8 kHz, 17.6 kHz e 102 kHz possono essere sintonizzate con valori di resistenza rispettivamente di 8 kΩ, 4 kΩ e 670 Ω, con un errore di bassa frequenza di appena ±3%. Sono possibili anche frequenze di uscita più elevate con un effetto sull'errore di frequenza. Ad esempio, a 200 kHz, l'errore di frequenza aumenterà al 6%. Quando si utilizzano tali circuiti in applicazioni dipendenti dalla frequenza, è anche importante non violare il limite di larghezza di banda di un digiPOT poiché è una funzione della resistenza programmata. Inoltre, la regolazione della frequenza nella Figura 1 richiede che i valori di resistenza per R1A e R1B siano gli stessi. Tuttavia, i due canali possono essere impostati solo in successione e portano a uno stato intermedio critico momentaneo. Questo potrebbe essere inaccettabile per alcune applicazioni. In questi casi, è possibile utilizzare digiPOT con modalità daisy-chain (ad esempio, AD5204) per consentire a entrambi i valori di resistenza di cambiare contemporaneamente.

Lasciate un messaggio 

Elenco dei messaggi