Електронні компоненти і системи 
Как построить программируемый генератор с использованием цифровых потенциометров
Цифровые потенциометры (digiPOT) универсальны и могут использоваться в самых разных областях, например, для фильтрации или генерации синусоидальных сигналов. В этой статье описан способ относительно простого построения программируемого генератора, в котором частоту и амплитуду колебаний можно регулировать независимо друг от друга с помощью цифровых потенциометров.
Т. Брэнд
На рис. 1 приведена схема генератора синусоидальных сигналов, выполненная на основе моста Вина, с помощью которого на выходе могут быть получены требуемые синусоидальные колебания с высокой степенью точности в диапазоне приблизительно от 10 до 200 кГц. Генераторы на основе моста Вина характеризуются тем, что одно плечо образовано полосовым фильтром, а другое – делителем напряжения. В этой схеме в дополнение к прецизионному усилителю ADA4610-1 включен цифровой потенциометр (digiPOT) AD5142, который содержит два независимо управляемых потенциометра, каждый с разрешением 256 шагов. Программирование величины сопротивления выполняется через SPI-интерфейс, как показано на рис. 2. В качестве альтернативы можно использовать ИМС AD5142A, которая управляется через интерфейс I2C. Оба потенциометра выпускаются с максимальными сопротивлениями 10 и 100 кОм.
В схеме генератора, показанной на рис. 1, цепь R1A, R1B, и C1, C2 формирует положительную обратную связь, тогда как отрицательная обратная связь обеспечивается резисторами R2A, R2B и двумя параллельными диодами D1 и D2 с сопротивлением RDIODE. Соотношение сопротивлений резисторов определяется из следующего выражения
R2= R2A||(R2B + RDIODE)
Для достижения устойчивых колебаний необходимо устранить фазовый сдвиг в контуре усиления. Для определения частоты генератора воспользуемся следующим выражением
f0= 1/(2π RC),
где R – сопротивление цифрового потенциометра AD5142, равное R = (256 – D) RAB/256, RАВ-сопротив- ление потенциометра, D – десятичный эквивалент кода, записанного в регистр потенциометра AD5142.
Рис. 2. Функциональная схема цифрового потенциометра AD5142
Чтобы поддерживать устойчивый колебательный процесс, мост Вина должен быть хорошо сбалансирован, т.е. коэффициенты положительной и отрицательной обратной связи должны быть согласованы между собой. Если коэффициент положительной обратной связи больше коэффициента отрицательной обратной связи, амплитуда колебаний или напряжение VOUTPUT будет увеличиваться до насыщения усилителя. Если будет преобладать отрицательная обратная связь, то амплитуда колебаний будет затухать. Для схемы на рис. 1 отношение R2/R1 должно быть примерно равно 2 или несколько выше. Это гарантирует устойчивый колебательный процесс на выходе схемы. Включение диодов в контур отрицательной обратной связи приводит к некоторому уменьшению этого отношения, что дополнительно способствует стабилизации колебаний. Как только установлена требуемая частота колебаний, амплитуда колебаний может быть настроена независимо от частоты с помощью цифрового потенциометра R2. Ее можно рассчитать следующим образом
VOUTPUT = 3( IDxR2B + VD)/2.
Ток ID и напряжение VD – это соответственно, прямой ток через диоды D1 и D2 и прямое падение напряжения на диодах D1 и D2. Если цифровой потенциометр R2B закорочен, амплитуда колебаний составляет приблизительно ±0.6 В. При корректном выборе величины сопротивления R2B можно обеспечить устойчивую работу схемы генератора (рис. 1). В этой схеме цифровой потенциометр R2B имеет максимальное сопротивление 100 кОм.
ВЫВОДЫ
С помощью схемы, рис. 1, и сдвоенного цифрового потенциометра с максимальным сопротивлением 10 кОм может быть построен генератор синусоидальных колебаний с частотами 8.8 кГц (сопротивление потенциометра 8 кОм), 17.6 кГц (сопротивление потенциометра 4 кОм) и 102 кГц (сопротивление потенциометра 670 Ом). Погрешность установки заданной частоты синусоидального сигнала составляет не более ±3%. При более высоких частотах, например, 200 кГц, погрешность установки частоты увеличивается до 6%.
