Podstawy potencjometrów cyfrowych i sposoby ich użycia

Przez: Bill Schweber

Przekazane przez: Północnoamerykańscy redaktorzy DigiKey

Potencjometry mechaniczne są używane przez projektantów od dziesięcioleci w różnych zastosowaniach, od strojenia obwodów po regulację głośności. Mają jednak swoje ograniczenia: ich ślizgacze mogą się zużywać, są podatne na wnikanie wilgoci i przypadkowo można je przesunąć z ustawionej pozycji. Ponadto, w miarę jak świat staje się cyfrowy, projektanci potrzebują alternatywy, aby spełnić wymagania dotyczące bardziej precyzyjnego sterowania i wysokiej niezawodności, a także elastyczności w zakresie zdalnego dostosowywania wartości za pomocą oprogramowania układowego.

Układy scalone potencjometrów cyfrowych - czasem nazywane digipotami - rozwiązują te problemy, łącząc domenę cyfrową i świat rezystorów analogowych. Jako całkowicie elektroniczny komponent kompatybilny z mikrokontrolerem, potencjometr cyfrowy pozwala procesorowi i oprogramowaniu sterować wartością rezystancji lub współczynnikiem dzielnika napięcia, ustawiać je lub zmieniać.

Charakteryzuje się cechami i funkcjami, których nie mogą zapewnić urządzenia mechaniczne i jest bardziej wytrzymały oraz niezawodny, ponieważ nie ma ruchomego ślizgacza. Nie można go celowo modyfikować ani nieumyślnie przestawiać, co pozwala uniknąć niewytłumaczalnych zmian wydajności. Znajduje zastosowanie przy stabilizacji termicznej i ściemnianiu diod LED, sterowaniu wzmocnieniem w pętli zamkniętej, regulacji głośności dźwięku, kalibracji i strojeniu mostków Wheatstone'a w czujnikach, sterowaniu źródłami prądowymi, dostrajaniu programowanych filtrów analogowych oraz w wielu innych zastosowaniach.

Niniejszy artykuł zawiera krótkie wprowadzenie do potencjometrów i zarys ich ewolucji w kierunku potencjometrów cyfrowych. W jego dalszej części na podstawie komponentów firm Analog Devices, Maxim Integrated, Microchip Technology i Texas Instruments wyjaśnimy zasadę działania potencjometrów cyfrowych oraz ich podstawowe i zaawansowane konfiguracje, a także kwestię spełniania przez nie wymagań w zakresie regulacji obwodów. Przedstawiony zostanie sposób wykorzystania ich funkcji, cech i możliwości z myślą o uproszczeniu obwodów, zapewnianiu ich kompatybilności z procesorami i zmniejszeniu lub nawet wyeliminowaniu konieczności stosowania nieporęcznych, mniej niezawodnych potencjometrów mechanicznych.

Zacznijmy od podstaw potencjometrów

Potencjometr jest niezbędnym, pasywnym komponentem obwodu od najwcześniejszych czasów elektryczności i elektroniki. Jest to urządzenie trójzaciskowe z dostępnym elementem rezystorowym zapewniające funkcję dzielnika napięcia poprzez ustawiany przez użytkownika ślizgacz na obracającym się wale. Jest używane w niezliczonych obwodach analogowych i obwodach sygnałów mieszanych, aby spełnić wymagania w najróżniejszych sytuacjach (ilustracja 1).

Wygląd standardowego potencjometru, będącego rezystorem zmiennym ustawianym przez użytkownikaIlustracja 1: potencjometr standardowy to ustawiany przez użytkownika rezystor zmienny z obracającym się wałem. (Źródło ilustracji: etechnog.com)

Gdy ślizgacz obraca się i przesuwa wzdłuż elementu oporowego, rezystancja widziana przez obwód między każdym stykiem końcowym a regulowanym ślizgaczem, zmienia się od zera omów (nominalnie) do pełnej wartości znamionowej rezystancji przewodu lub folii. Większość potencjometrów ma zakres obrotu od około 270 do 300 stopni, z typową rozdzielczością mechaniczną i powtarzalnością około 0,5% i 1% wartości pełnej skali (odpowiednio między jedną częścią na 200 i 100).

Należy zauważyć, że istnieje niewielka, ale wyraźna i istotna różnica między potencjometrem a jego młodszym bratem, rezystorem nastawnym. Potencjometr to trójzaciskowe urządzenie działające jako dzielnik napięcia (ilustracja 2, po lewej), podczas gdy rezystor nastawny to dwuzaciskowy rezystor regulowany, który kontroluje przepływ prądu. Potencjometr jest często podłączany w taki sposób, aby utworzyć rezystor nastawny, co można zrobić na jeden z trzech podobnych sposobów, pozostawiając zacisk końcowy niepodłączony lub podłączając go bezpośrednio do ślizgacza (ilustracja 2, po prawej).

Schemat potencjometru z zaciskami końcowymi A i B oraz ślizgaczem WIlustracja 2: potencjometr z zaciskami końcowymi A i B oraz ślizgaczem W (po lewej) można z łatwością wykorzystać jako rezystor nastawny, korzystając z jednego z trzech sposobów (po prawej). (Źródło ilustracji: Analog Devices)

Potencjometry cyfrowe: potencjometry w postaci układów scalonych

Całkowicie elektroniczny potencjometr cyfrowy emuluje funkcje potencjometru elektromechanicznego, ale robi to za pomocą układu scalonego bez części ruchomych. Odbiera on kod cyfrowy w jednym z kilku formatów i ustala odpowiednią wartość rezystancji. W związku z tym czasami określany jest jako rezystancyjny przetwornik cyfrowo-analogowy (RDAC).

W tradycyjnym potencjometrze położenie ślizgacza, a tym samym przekładnię dzielnika napięcia, ustala uchwyt (a czasem nawet mały silnik). Jednak w potencjometrze cyfrowym komputerowy układ sterowania łączy się z cyfrowym układem scalonym potencjometru cyfrowego przez interfejs cyfrowy i ustala wartość równoważną położenia ślizgacza (ilustracja 3).

Diagram układu scalonego potencjometru cyfrowego, zastępującego ręczne ustawianie ślizgacza potencjometruIlustracja 3: w układzie scalonym potencjometru cyfrowego ręczne ustawienie ślizgacza potencjometru jest zastępowane ustawianym cyfrowo przełącznikiem elektronicznym, który emuluje ślizgacz mechaniczny. (Źródło ilustracji: Circuits101, zmodyfikowane)

Potencjometr cyfrowy wykorzystuje standardową technologię układu scalonego CMOS i nie wymaga specjalistycznego wykonania ani obsługi. Układ scalony potencjometru cyfrowego do montażu powierzchniowego, zwykle mający wymiary 3x3mm lub mniejsze, jest znacznie mniejszy niż potencjometr regulowany pokrętłem lub nawet mały potencjometr dostrojczy regulowany śrubokrętem (trymer). Jeśli chodzi o produkcję płytek drukowanych wymaga on traktowania jak każdy inny układ scalony do montażu powierzchniowego (SMT).

Zasadniczo wewnętrzna topologia potencjometru cyfrowego składa się z prostego szeregowego ciągu rezystorów z cyfrowo adresowanymi przełącznikami elektronicznymi między ślizgaczem a tymi rezystorami. Za pomocą cyfrowego polecenia odpowiedni przełącznik ustawia się w położeniu włączenia, a inne w położeniu wyłączenia, ustalając w ten sposób żądane położenie ślizgacza. W praktyce ta topologia ma pewne wady, w tym dużą liczbę wymaganych rezystorów i przełączników oraz większy rozmiar struktury.

Aby zminimalizować te problemy, sprzedawcy opracowali sprytne alternatywne układy rezystorów i przełączników, w których jest tych elementów mniej, ale dają ten sam efekt. Każda z tych topologii skutkuje niewielkimi różnicami w sposobie określania zakresu potencjometru cyfrowego i w jego właściwościach drugorzędnych, ale wiele z nich pozostaje niewidocznych dla użytkownika. W pozostałej części niniejszego artykułu będziemy używać określenia potencjometr dla urządzenia elektromechanicznego i potencjometr cyfrowy dla urządzenia całkowicie elektronicznego.

Potencjometry cyfrowe zaoferowały szereg specyfikacji i funkcji

Jak w przypadku każdego komponentu, przy wyborze potencjometru cyfrowego należy wziąć pod uwagę parametry zarówno pierwszo-, jak i drugorzędne. Najważniejsze kwestie to nominalna wartość rezystancji, rozdzielczość i typ interfejsu cyfrowego, natomiast ogólnie pod uwagę bierze się tolerancję i źródła błędów, zakres napięcia, szerokość pasma i zniekształcenia.

• Wymagana wartość rezystancji, często nazywana rezystancją całkowitą, zależy od parametrów projektowych obwodu. Sprzedawcy oferują rezystancje od 5kΩ do 100kΩ w sekwencji 1/2/5 z kilkoma innymi wartościami pośrednimi. Dodatkowo dostępne są jednostki o rozszerzonym zakresie od 1kΩ do 1MΩ.

• Rozdzielczość określa, ile niezależnych kroków oferuje potencjometr cyfrowy (w przedziale od 32 do 1024), co pozwala projektantowi dopasować urządzenie do potrzeb danego zastosowania. Należy pamiętać, że nawet średniej klasy 256-krokowy (8-bitowy) potencjometr cyfrowy ma wyższą rozdzielczość niż potencjometr.

• Interfejs cyfrowy pomiędzy mikrokontrolerem a potencjometrem cyfrowym jest dostępny w standardowych formatach szeregowych SPI i I2C wraz z wtykami adresowymi, dzięki czemu za pomocą jednej magistrali można podłączyć wiele urządzeń. Do wskazywania pożądanej nastawy rezystancji mikrokontroler wykorzystuje prosty schemat kodowania danych. Minimalistyczny potencjometr cyfrowy, taki jak 256-odczepowe urządzenie TPL0501 z interfejsem SPI firmy Texas Instruments jest dobrym rozwiązaniem tam, gdzie straty mocy i rozmiar mają krytyczne znaczenie (ilustracja 4). Jest dostępny w kompaktowych obudowach 8-wtykowych SOT-23 (1,50mm×1,50mm) i 8-wtykowych UQFN (1,63mm×2,90mm).

Schemat potencjometru cyfrowego TPL0501 firmy Texas InstrumentsIlustracja 4: podstawowy potencjometr cyfrowy typu TPL0501 z interfejsem SPI firmy Texas Instruments, jest skutecznym komponentem do zastosowań o ograniczonej przestrzeni i mocy, w przypadku których nie potrzeba dodatkowych funkcji. (Źródło ilustracji: Texas Instruments)

Przykładem jego zastosowania są medyczne urządzenia ubieralne, takie jak oksymetry i plastry czujnikowe, w których jest sparowany ze wzmacniaczem operacyjnym OPA320 firmy TI (ilustracja 5). Ta kombinacja tworzy dzielnik napięcia do sterowania wzmocnieniem wzmacniacza, który stanowi wyjście przetwornika cyfrowo-analogowego (DAC). Oczywiste pytanie brzmi: dlaczego po prostu nie użyć standardowego kompletnego przetwornika cyfrowo-analogowego? Powodem jest to, że zastosowania kliniczne wymagają precyzyjnego, analogowego wyjścia typu rail-to-rail z wysokim współczynnikiem tłumienia sygnału współbieżnego (CMRR) i niskim poziomem szumów, dla których przy wartości 10kHz wzmacniacz operacyjny OPA320 ma odpowiednio parametry 114dB i 7nV/√Hz.

Diagram precyzyjnego wzmacniacza operacyjnego OPA320 firmy TIIlustracja 5: aby uzyskać przetwornik cyfrowo-analogowy o doskonałych parametrach wyjściowych wzmacniacza operacyjnego, można sparować potencjometr cyfrowy z precyzyjnym wzmacniaczem operacyjnym, takim jak OPA320 firmy TI. (Źródło ilustracji: Texas Instruments)

Ponadto istnieją odmiany interfejsu potencjometrów cyfrowych, które upraszczają użycie, na przykład w obsługiwanych przez użytkownika elementach do sterowania głośnością. Dwie inne opcje to interfejs przyciskowy i interfejs góra/dół (U/D). Za pomocą interfejsu przyciskowego użytkownik naciska jeden z dwóch dostępnych przycisków: jeden do zwiększania wartości rezystancji, a drugi do jej zmniejszania. Trzeba zauważyć, że w tę operację nie jest zaangażowany żaden procesor (ilustracja 6).

Diagram interfejsu przyciskowego pozwalającego na wykonanie połączenia bez procesoraIlustracja 6: interfejs przyciskowy umożliwia wykonanie połączenia między dwoma przyciskami obsługiwanymi przez użytkownika bez użycia procesora, co prowadzi do bezpośredniego zwiększania/zmniejszania nastawy potencjometru cyfrowego. (Źródło ilustracji: Analog Devices)

Interfejs U/D można zaimplementować przy minimalnym zaangażowaniu oprogramowania. Jest on wyzwalany za pomocą prostego enkodera obrotowego lub przycisku podłączonego do procesora i zaimplementowany, na przykład za pomocą podstawowego 64-krokowego (6-bitowego) potencjometru cyfrowego MCP4011 firmy Microchip Technology, dostępnego z wartościami rezystancji 2,1kΩ, 5kΩ, 10kΩ i 50kΩ (ilustracja 7).

Schemat potencjometru cyfrowego MCP4011 firmy Microchip TechnologyIlustracja 7: potencjometr cyfrowy MCP4011 firmy Microchip Technology z linią sterującą U/D ze sterowaniem zboczem i pinem wyboru układu, wymaga minimalnych zasobów wejścia-wyjścia i oprogramowaniowych z mikrokontrolera hosta. (Źródło ilustracji: Microchip Technology, zmodyfikowana)

Do zwiększania lub zmniejszania przyrostu rezystancji wykorzystuje on pojedynczy sygnał wyzwalający zboczem narastającym lub opadającym oraz pin wyboru układu (ilustracja 8). Pozwala to na prostą implementację pokrętła, które wygląda i działa jak tradycyjny regulator głośności, eliminując problemy znane z potencjometrów, ale zachowując zalety potencjometrów cyfrowych.

Diagram interfejsu U/D potencjometru cyfrowego (kliknij, aby powiększyć)Ilustracja 8: interfejs U/D potencjometru cyfrowego obsługuje zwiększanie i zmniejszanie wartości rezystancji wyzwalane zboczem za pomocą sygnału wyzwalającego z enkodera o niskiej rozdzielczości. (Źródło ilustracji: Microchip Technology)

Tolerancja potencjometrów cyfrowych może stanowić problem, ponieważ zwykle wynosi od ±10 do ±20% wartości nominalnej, co jest akceptowalne w wielu przypadkach ratiometrycznych lub pętli zamkniętej. Jednak może to być krytyczny parametr, jeśli potencjometr cyfrowy jest dopasowywany do zewnętrznego rezystora dyskretnego lub czujnika w otwartej pętli. Z tego powodu dostępne są standardowe potencjometry cyfrowe o znacznie węższej tolerancji, wynoszącej zaledwie ±1%. Oczywiście, podobnie jak w przypadku wszystkich układów scalonych, istotnym czynnikiem może być także współczynnik temperaturowy rezystancji i związany z nim dryft temperaturowy. Sprzedawcy określają ten parametr w swoich arkuszach danych, aby projektanci mogli ocenić jego skutek za pomocą modeli obwodów, takich jak Spice. Dostępne są inne opcje o wąskiej tolerancji, które omówiono poniżej.

Chociaż nie dotyczy to zastosowań statycznych, takich jak kalibracja lub ustawianie punktu odchylenia, szerokość pasma i zniekształcenia stwarzają problemy w zastosowaniach dźwiękowych i powiązanych aplikacjach. Ścieżka rezystancji określonego kodu w połączeniu z pojemnościami pasożytniczymi, wtyków i płytki przełącznika tworzą filtr dolnoprzepustowy rezystor-kondensator (RC). Niższe wartości rezystancji całkowitej dają szersze pasma - nawet 5MHz dla potencjometru cyfrowego 1kΩ, aż do 5kHz dla urządzenia 1MΩ.

Z kolei całkowite zniekształcenia harmoniczne (THD) są w dużej mierze spowodowane nieliniowością rezystancji przy różnych zastosowanych poziomach sygnału. Potencjometry cyfrowe o wyższej rezystancji całkowitej zmniejszają udział rezystancji wewnętrznej przełącznika w stosunku do rezystancji sumarycznej, co skutkuje niższymi całkowitymi zniekształceniami harmonicznymi (THD) . Zatem szerokość pasma w porównaniu z całkowitymi zniekształceniami harmonicznymi jest kompromisem, którego priorytet i wagę projektanci muszą określić, wybierając parametry znamionowe potencjometru cyfrowego. Typowe wartości wahają się od -93dB dla potencjometru cyfrowego 20kΩ, do -105dB dla urządzeń 100kΩ.

Podwójne, poczwórne i liniowe oraz logarytmiczne odmiany potencjometrów cyfrowych

Oprócz możliwości sterowania bez użycia rąk, potencjometry cyfrowe oferują dodatkowo prostotę, łatwość projektowania i znacznie niższe koszty niż potencjometry. Niektóre z innych możliwości:

• Podwójne potencjometry cyfrowe są przydatne, gdy występuje konieczność niezależnego ustawienia dwóch rezystancji, ale są szczególnie przydatne, gdy muszą mieć one tę samą wartość. Podczas gdy można zastosować dwa oddzielne układy scalone potencjometru cyfrowego, podwójne urządzenie zapewnia dodatkową korzyść w postaci śledzenia wartości rezystancji pomimo tolerancji i dryftu. Dostępne są również urządzenia poczwórne.

• Ustawienia liniowe oraz logarytmiczne (log): podczas gdy w przypadku dostrajania i kalibracji zwykle potrzebna jest liniowa zależność między kodem cyfrowym a wynikową rezystancją, w przypadku wielu zastosowań dźwiękowych korzysta się z zależności logarytmicznej, która bardziej pasuje do skali decybelowej w tych zastosowaniach.

Aby sprostać tym wymaganiom, projektanci mogą używać logarytmicznych potencjometrów cyfrowych, takich jak DS1881E-050 firmy Maxim Integrated Products. To dwukanałowe urządzenie działa z pojedynczym zasilaniem 5V, ma rezystancję całkowitą 45kΩ i posiada interfejs I2C z wtykami adresowymi umożliwiający podłączenie maksymalnie ośmiu urządzeń na magistrali. Wartość rezystancji każdego z dwóch kanałów można ustawiać niezależnie. Posiada też kilka ustawień konfiguracyjnych wybieranych przez użytkownika. Podstawowa konfiguracja ma 63 kroki z tłumieniem 1dB na każdy, od 0dB do -62dB, plus wyciszenie (ilustracja 9).

Schemat dwukanałowego potencjometru cyfrowego Maxim DS1881E-050+ (kliknij, aby powiększyć)Ilustracja 9: dwukanałowy potencjometr cyfrowy Maxim DS1881E-050 jest przeznaczony do ścieżek sygnału audio, zapewniając ustawienie wzmocnienia 1dB/krok w zakresie 63dB. (Źródło ilustracji: Maxim Integrated Products)

Potencjometr cyfrowy DS1881E-050+ został zaprojektowany tak, aby zminimalizować przesłuchy, a dwa kanały charakteryzują się dopasowaniem międzykanałowym rzędu 0,5dB, co minimalizuje wszelkie różnice głośności między nimi. Urządzenie realizuje również przełączanie rezystorów w zerze, aby zapobiec słyszalnym kliknięciom i zawiera pamięć nieulotną. Ogólne zalety powyższych funkcji zostały omówione poniżej.

Należy również wziąć pod uwagę maksymalne napięcie, które potencjometr cyfrowy może wytrzymać. Niskonapięciowe potencjometry cyfrowe są dostępne do pracy z magistralami o napięciu nawet 2,5V (lub ± 2,5V z zasilaniem dwubiegunowym), natomiast urządzenia wysokonapięciowe, takie jak 128-krokowy potencjometr cyfrowy MCP41HV31 firmy Microchip Technology o rezystancji 50kΩ z interfejsem SPI - może pracować z magistralami o napięciu do 36V (± 18V).

Pamięć nieulotna pomaga w resetowaniu zasilania

Podstawowe potencjometry cyfrowe mają wiele zalet, ale mają jedną niezaprzeczalną wadę w porównaniu z potencjometrami: tracą swoje ustawienie po odłączeniu zasilania, a ich pozycja dla resetu w momencie włączenia zasilania (POR) jest ustalana fabrycznie, zwykle w środku zakresu. Niestety, dla wielu zastosowań takie ustawienie POR jest niedopuszczalne. Rozważmy nastawę kalibracji: raz wykonana nastawa powinna być niezmienna aż do momentu jej umyślnej zmiany pomimo odłączenia zasilania sieciowego lub wymiany baterii. Ponadto w wielu zastosowaniach „poprawną” nastawą była nastawa sprzed odłączenia zasilania.

Dlatego jednym z pozostałych powodów pozostania przy potencjometrach było to, że nie tracą one nastawy po zaniku zasilania. Jednakże problem utraty nastawy w potencjometrach cyfrowych został już rozwiązany. Początkowo powszechną praktyką projektową było odczytywanie przez procesor systemowy nastawy potencjometru cyfrowego podczas pracy, a następnie ponowne jej wczytywanie po włączeniu zasilania. Jednak powodowało to usterki przy włączaniu i często było nie do zaakceptowania ze względu na integralność i wydajność systemu.

Aby rozwiązać ten problem, producenci dodali do potencjometrów cyfrowych technologię pamięci nieulotnej (NVM) opartej na pamięci EEPROM. Dzięki pamięci nieulotnej potencjometry cyfrowe mogą zachować swoją ostatnią zaprogramowaną pozycję ślizgacza po wyłączeniu zasilania, podczas gdy wersje jednorazowo programowalne (OTP) pozwalają projektantowi ustawić wstępnie zdefiniowaną wartość pozycji ślizgacza dla resetu w momencie włączenia zasilania (POR).

Pamięć nieulotna (NVM) pozwala na kolejne ulepszenia. Na przykład potencjometr cyfrowy AD5141BCPZ10 firmy Analog Devices ma błąd tolerancji rezystora zapisany w pamięci EEPROM (ilustracja 10). Urządzenie to jest jednokanałowym, 128/256-krokowym potencjometrem cyfrowym wielokrotnego zapisu z pamięcią nieulotną, który obsługuje zarówno interfejsy I2C, jak i SPI. Korzystając z zapisanych wartości tolerancji, projektanci mogą obliczyć rzeczywistą rezystancję całkowitą z dokładnością do 0,01%, aby określić stosunek odcinka „nad ślizgaczem” do odcinka „pod ślizgaczem”. Dokładność ta jest sto razy wyższa niż dokładność 1% w przypadku potencjometrów cyfrowych o jeszcze wyższej dokładności bez pamięci nieulotnej.

Schemat potencjometru cyfrowego AD5141BCPZ10 firmy Analog DevicesIlustracja 10: potencjometr cyfrowy AD5141BCPZ10 firmy Analog Devices zawiera pamięć nieulotną wielokrotnego zapisu (EEPROM), która może być używana do przechowywania żądanych nastaw dla resetu w momencie włączenia zasilania, a także współczynników kalibracji dla własnego układu rezystorów. (Źródło ilustracji: Analog Devices)

Ten tryb ustawiania liniowego wzmocnienia umożliwia niezależne programowanie rezystancji między zaciskami potencjometru cyfrowego poprzez ciąg rezystorów RAW i RWB, co pozwala na bardzo dokładne dopasowanie rezystorów (ilustracja 11). Taka dokładność jest często potrzebna w topologiach wzmacniaczy odwracających, na przykład, gdy wzmocnienie jest określane przez stosunek dwóch rezystorów.

Schemat pamięci nieulotnej w potencjometrze cyfrowymIlustracja 11: pamięć nieulotna (NVM) w potencjometrze cyfrowym może być również używana do przechowywania skalibrowanych rezystancji powyżej i poniżej ślizgacza dla obwodów, które używają precyzyjnych współczynników rezystancji do ustawiania wzmocnienia wzmacniacza. (Źródło ilustracji: Analog Devices)

Uwaga na kaprysy potencjometrów cyfrowych

Potencjometry cyfrowe często zastępują tradycyjne potencjometry, gdy te drugie są mniej pożądane lub niepraktyczne, jednak mają one pewne cechy, które projektanci muszą wziąć pod uwagę. Na przykład metalowy ślizgacz potencjometru styka się z elementem rezystancyjnym z prawie zerową rezystancją zestykową i zwykle ma pomijalny współczynnik temperaturowy. W przypadku potencjometru cyfrowego ślizgaczem jest element CMOS o niewielkiej, ale wciąż znaczącej rezystancji rzędu od kilkudziesięciu do tysiąca omów. Jeżeli przez ślizgacz 1kΩ płynie prąd 1mA, wynikający z tego spadek napięcia 1V na ślizgaczu może ograniczyć zakres dynamiczny sygnału wyjściowego.

Ponadto ta rezystancja ślizgacza jest funkcją zarówno przyłożonego napięcia, jak i temperatury, a więc wprowadza nieliniowość, a tym samym zniekształcenie sygnałów prądu zmiennego w ścieżce sygnału. Typowy współczynnik temperaturowy ślizgacza wynoszący około 300ppm/⁰C może być znaczący i powinien być uwzględniony w tolerancji błędów dla układów o wysokiej precyzji. Modele potencjometrów cyfrowych oferowane są również ze znacznie niższym współczynnikiem.

Podsumowanie

Potencjometr cyfrowy to cyfrowo ustawiany układ scalony, który zastępuje klasyczny potencjometr elektromechaniczny w wielu architekturach systemów i projektach obwodów. Nie tylko zmniejsza rozmiar produktu i prawdopodobieństwo wystąpienia błędów z powodu przypadkowego ruchu, ale także zapewnia kompatybilność z procesorami, a tym samym oprogramowaniem, oferując jednocześnie większą dokładność i wyższą rozdzielczość (w razie potrzeby), a także inne przydatne funkcje.

Potencjometry cyfrowe są dostępne w szerokim zakresie nominalnych wartości rezystancji, wielkości stopni i dokładności, a dodanie pamięci nieulotnej zwiększa ich możliwości i pozwala pokonać ważną barierę w ich przydatności do wielu zastosowań.

Materiały dodatkowe

  1. Układy scalone odpowiedzią na wyzwania związane ze ściemnianiem lamp LED w obwodach sterowanych triakiem
DigiKey logo

Disclaimer: The opinions, beliefs, and viewpoints expressed by the various authors and/or forum participants on this website do not necessarily reflect the opinions, beliefs, and viewpoints of DigiKey or official policies of DigiKey.

Informacje o autorze

Image of Bill Schweber

Bill Schweber

Bill Schweber jest inżynierem elektronikiem, autorem trzech podręczników na temat systemów komunikacji elektronicznej, a także setek artykułów technicznych, kolumn opiniotwórczych oraz informacji o produktach. Dotychczas pracował dla EE Times jako menedżer techniczny wielu witryn internetowych poświęconych różnorodnym tematom oraz jako redaktor naczelny i redaktor działu analogowego w EDN.

W firmie Analog Devices Inc. (wiodącym sprzedawcy układów scalonych z sygnałami mieszanymi i analogowych), Bill pracował w dziale komunikacji marketingowej (public relations). Dzięki temu zna z każdej strony zagadnienia technicznego PR’u, prezentacji produktów firmy, historii oraz komunikacji z mediami, również jako ich odbiorca.

Przed stanowiskiem MarCom w firmie Analog, Bill był redaktorem ich uznanego czasopisma technicznego, a także pracował w zespołach ds. marketingu produktów i projektowania rozwiązań. Wcześniej Bill pracował w firmie Instron Corp., gdzie praktycznie projektował obwody analogowe i zasilające, a także pracował nad integracją systemów sterujących maszyną do prób materiałowych.

Posiada on tytuł MSEE (Univ. of Mass) oraz BSEE (Columbia Univ.), posiada uprawnienia inżynierskie oraz licencję radioamatorską klasy zaawansowanej. Bill także zaplanował, napisał i zaprezentował kursy internetowe na wiele tematów inżynieryjnych, takich jak podstawy tranzystorów MOSFET, dobór przetworników analogowo-cyfrowych oraz sterowanie diodami LED.

Informacje o wydawcy

Północnoamerykańscy redaktorzy DigiKey