數(shù)字電位器(digiPOT)功能多樣，應(yīng)用廣泛,，例如,，用于濾除或生成交流信號(hào)。但是,，有時(shí)頻率必須能夠有所變化,，并根據(jù)應(yīng)用需求調(diào)整。在此類設(shè)計(jì)中,，支持通過適當(dāng)?shù)慕涌谡{(diào)整頻率的可編程解決方案極為有用,，在有些情況下，非常有助于開發(fā),。本文介紹一種簡單易行的可編程振蕩器構(gòu)建方法,，其中，振蕩頻率和幅度可以通過使用digiPOT來彼此獨(dú)立地調(diào)節(jié),。
圖1.振幅穩(wěn)定的可編程文氏電橋振蕩器,，其中電阻由digiPOT代替。
圖1顯示的是典型二極管穩(wěn)定文氏電橋振蕩器,，可用于在輸出端(VOUTPUT)產(chǎn)生約10 kHz至200 kHz的精確正弦波信號(hào),。文氏電橋振蕩器有兩個(gè)橋路，一個(gè)由帶通濾波器構(gòu)成,，另一個(gè)由分壓器構(gòu)成,。除了ADA4610-1 軌到軌精密放大器之外，本示例還使用了AD5142digiPOT,，其包含兩個(gè)獨(dú)立可控的電位器,，每個(gè)具備256步進(jìn)分辨率。電阻值通過SPI編程設(shè)置,，如圖2所示?；蛘?，可以使用由I2C控制的AD5142A。兩種都可用作10 kΩ或100 kΩ電位器,。
圖2.AD5142的功能框圖,。
在圖1所示的經(jīng)典振蕩器電路中，R1A,、R1B,、C1和C2的路徑形成正反饋,，而R2A、R2B和兩個(gè)并聯(lián)二極管D1和D2或其電阻RDIODE則形成負(fù)反饋,。在這種情況下,，可以使用公式1：
為了實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定的振蕩，需要消除環(huán)路增益中的相移,。用公式表示,，振蕩頻率：
其中，R表示AD5142上的可編程電阻值：
D表示AD5142中可編程數(shù)字代碼的十進(jìn)制等效值,，RAB表示電位器的總電阻,。
為了保持振蕩，文氏電橋振蕩器應(yīng)當(dāng)相對(duì)平衡,，也就是說,，正反饋增益和負(fù)反饋增益必須協(xié)調(diào)一致。如果正反饋（增益）過大,，振蕩幅度或VOUTPUT將增加,，直至放大器飽和。如果負(fù)反饋占主導(dǎo),，則振蕩幅度將相應(yīng)衰減,。
在此處所示的電路中，增益R2/R1應(yīng)設(shè)置為2左右或更大些,。這會(huì)確保信號(hào)開始振蕩,。
但是，交替開啟負(fù)反饋環(huán)路中的二極管也會(huì)導(dǎo)致增益暫時(shí)小于2,，從而使振蕩穩(wěn)定下來,。
一旦確定所需的振蕩頻率，就可以通過R2,，不受頻率影響地調(diào)諧振蕩幅度,。可以通過下式計(jì)算：
所以,，變量ID和VD分別代表通過D1和D2的二極管正向電流和二極管正向電壓,。如果R2B出現(xiàn)短路，會(huì)產(chǎn)生約±0.6 V的振蕩幅度,。R2B的幅度量級(jí)正確時(shí),，則可達(dá)到平衡，從而使VOUTPUT收斂,。在圖1所示的電路中,，R2B采用了一個(gè)單獨(dú)的100 kΩ digiPOT。
結(jié)論
通過采用所述的電路和10 kΩ雙digiPOT，可以分別以8 kΩ,、4 kΩ和670 Ω的電阻值調(diào)諧8.8 kHz,、17.6 kHz和102 kHz振蕩頻率，頻率誤差低至±3%,。提高輸出頻率可能會(huì)影響頻率誤差,。例如，200 kHz時(shí),，頻率誤差將增至6%,。
在頻率相關(guān)應(yīng)用中使用此類電路時(shí)，必須注意不要超過digiPOT的帶寬限值,，因?yàn)樵撝蹬c可編程電阻呈函數(shù)關(guān)系,。此外，圖1所示的頻率調(diào)諧要求R1A和R1B的電阻值相同,。但是,，兩個(gè)通道只能依次設(shè)置，并會(huì)導(dǎo)致瞬時(shí)臨界中間狀態(tài),。對(duì)于某些應(yīng)用,，這種情況是不可接受的。在這些情況下,，可以使用支持菊花鏈模式的digiPOT（例如AD5204）,，以便能夠同時(shí)更改電阻值。
作者簡介
Thomas Brand于2015年加入德國慕尼黑的ADI公司,，當(dāng)時(shí)他還在攻讀碩士,。畢業(yè)后，他參加了ADI公司的培訓(xùn)生項(xiàng)目,。2017年,，他成為一名現(xiàn)場應(yīng)用工程師。Thomas為中歐的大型工業(yè)客戶提供支持,，并專注于工業(yè)以太網(wǎng)領(lǐng)域,。他畢業(yè)于德國莫斯巴赫的聯(lián)合教育大學(xué)電氣工程專業(yè)，之后在德國康斯坦茨應(yīng)用科學(xué)大學(xué)獲得國際銷售碩士學(xué)位,。