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数字电位器

发布时间:2013-08-14

数字电位器也称为非接触式电位器,是一种用数字传感器检测转轴的角度变化,并将这个角度变化用多种信号类型反馈输出的器件。
 
数字电位器与机械式电位器相比,具有可程控改变有效电气角度及输出范围、耐震动、噪声小、寿命长等优点,因而,已在自动检测与控制、智能仪器仪表、船舶设备、风力发电等许多重要领域得到成功应用。
 
数字电位器取消了电阻基片和电刷,是一个半导体集成电路。其优点为:调节精度高;没有噪声,有极长的工作寿命;无机械磨损;用于自动控制系统可以实现对角度位置的精确测量,也可以利用输出反馈信号与角度变化成线性比例的特性,通过驱动转轴实现输出调节功能。
 
数字电位器

数字电位器特性
采用传感器原理生产,具有良好的线性、精度和温度稳定性。
用软件实现功能,可以根据使用要求变化进行定制。
工作方式为非接触,避免传统电位器的磨损,寿命长,可靠性高。
由于取消了传统电位器中的电刷基片,有效行程达到360°,实现无盲区测量。
输出信号类型多(0-5V/0-10V/4-20mA/串行数字信号输出),方便信号采集处理。
可以通过软件实现有效行程和输出信号的变化,满足各种特殊要求。
应用范围广,使用灵活。
 
数字电位器,或digipot,方便了模拟电路的电阻、电压以及电流的数字控制和调整。数字电位器通常用于电源校准、音量控制、亮度控制、增益调节以及光模块的偏置/调制电流调节。数字电位器除基本功能外,还提供许多其它功能,以增强系统性能,简化设计。这些功能包括:不同类型的非易失存储器、过零检测、去抖动按键接口、温度补偿和写保护。这些功能针对不同的应用而设计。
 
基本的数字电位器设计
电位器实际上是一个三端元件,低端VL在内部连接至器件地或作为引脚输出,便于设计。三端数字电位器的结构实质上是一个具有固定端到端电阻的可调节分压电阻。可变电阻是双端电位器,抽头和一个电阻串端点的阻值可变,调节可变电阻数字电位器的抽头位置,可以改变数字电位器的端到端电阻。
(a) 三端数字电位器的结构实质上是一个具有固定端到端电阻的可调节分压电阻。
(b) 可变电阻为双端数字电位器,抽头内部连接到电位器的一端。
 
简单地说,数字电位器是由数字输入控制的模拟输出,类似于数/模转换器(DAC)的定义。与DAC不同的是,DAC提供经过缓冲的输出,而绝大多数数字电位器在没有外部缓冲器的情况下不能驱动低阻负载。
 
对于数字电位器,最大抽头电流范围为几百微安到毫安级。当数字电位器的抽头连接到低阻负载时,无论是可变电阻还是真正的数字电位器,一定要确保在最糟糕的工作条件下抽头电流处于可接受的IWIPER范围。可变电阻的最差负载发生在VW接近VH时。在这个点上,电路中除抽头电阻以外可能没有其它电阻限制电流。但是,有些应用中可能要求很大的抽头电流,这种情况下,需要重点考虑电位器抽头的压降,这个压降限制了数字电位器的输出动态范围。
 
数字电位器原理
上图为数字电位器的框图及原理图

数字电位器原理:
数字电位器一般由角度传感器电路、数据处理电路、信号转换电路组成。角度传感器电路是数字电位器的重要组成部分,它将角度变化量采集转换成随角度变化的模拟信号。数据处理电路是一种特殊的模/数转换电路,转换后的数字量代表0~360°的角度值。信号转换电路根据需要将角度值转换成模拟量(电压/电流)信号或串行数字信号输出。
 
由于数字电位器可代替机械式电位器,所以二者在原理上有相似之处。数字电位器属于集成化的三端可变电阻器件其等效电路。当数字电位器用作分压器时,其高端、低端、滑动端分别用VH、VL、VW表示;而用作可调电阻器时,分别用RH、RL和RW表示。
 
数字电位器的数字控制部分包括加减计数器、译码电路、保存与恢复控制电路和不挥发存储器等4个数字电路模块。利用串入、并出的加/减计数器在输入脉冲和控制信号的控制下可实现加/减计数,计数器把累计的数据直接提供给译码电路控制开关阵列,同时也将数据传送给内部存储器保存。当外部计数脉冲信号停止或片选信号无效后,译码电路的输出端只有一个有效,于是只选择一个MOS管导通。
 
数字控制部分的存储器是一种掉电不挥发存储器,当电路掉电后再次上电时,数字电位器中仍保存着原有的控制数据,其中间抽头到两端点之间的电阻值仍是上一次的调整结果。因此,数字电位器与机械式电位器的使用效果基本相同。但是由于开关的工作采用“先连接后断开”的方式,所以在输入计数有效期间,数字电位器的电阻值与期望值可能会有一定的差别,只有在调整结束后才能达到期望值。
 
 综上所述,本文已为讲解数字电位器,相信大家对数字电位器的认识越来越深入,希望本文能对各位读者有比较大的参考价值

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