所謂數(shù)字電位器是一種代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械電位器(模擬電位器)的新型CMOS數(shù)字、模擬混合信號(hào)處理的集成電路，亦可稱為數(shù)控可編程電阻器，其采用數(shù)控方式調(diào)節(jié)電阻值的，具有使用靈活、調(diào)節(jié)精度高、無觸點(diǎn)、低噪聲等顯著優(yōu)點(diǎn)，可在許多領(lǐng)域取代機(jī)械電位器。數(shù)字電位器一般帶有總線接口，可通過單片機(jī)或邏輯電路進(jìn)行編程，它適合構(gòu)成各種可編程模擬器件，真正實(shí)現(xiàn)了“把模擬器件放到總線上”(即單片機(jī)通過總線控制系統(tǒng)的模擬功能塊)這一全新設(shè)計(jì)理念。那么其的工作原理是如何的?下面一起來看看：
由于數(shù)字電位器可代替機(jī)械式電位器，所以二者在原理上有相似之處。數(shù)字電位器屬于集成化的三端可變電阻器件其等效電路，如圖1所示。當(dāng)數(shù)字電位器用作分壓器時(shí)，其高端、低端、滑動(dòng)端分別用VH、VL、VW表示;而用作可調(diào)電阻器時(shí)，分別用RH、RL和RW表示。
圖1 數(shù)字電位器等效電路
圖2所示為數(shù)字電位器的內(nèi)部簡(jiǎn)化電路，將n個(gè)阻值相同的電阻串聯(lián)，每只電阻的兩端經(jīng)過一個(gè)由MOS管構(gòu)成的模擬開關(guān)相連，作為數(shù)字電位器的抽頭。這種模擬開關(guān)等效于單刀單擲開關(guān)，且在數(shù)字信號(hào)的控制下每次只能有一個(gè)模擬開關(guān)閉合，從而將串聯(lián)電阻的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)連接到滑動(dòng)端。
圖2 數(shù)字電位器內(nèi)部簡(jiǎn)化電路
數(shù)字電位器的原理示意圖如圖3所示。假定數(shù)字電位器為16抽頭，步進(jìn)量為 660Ω,滑動(dòng)端每移動(dòng)一步，輸出電阻就增加660Ω。考慮到滑動(dòng)端無論處于哪一位置，都接著一只模擬開關(guān)，該模擬開關(guān)的電阻值就是滑動(dòng)端電阻，也是數(shù)字電位器的起始電阻。現(xiàn)假定滑動(dòng)端電阻為100Ω，當(dāng)滑動(dòng)端移動(dòng)15步時(shí)就到達(dá)Rh端，此時(shí)Rw端與RL端之間的輸出電阻應(yīng)為100Ω+660Ωx15 =10kΩ。
圖3 原理示意圖
數(shù)字電位器的數(shù)字控制部分包括加減計(jì)數(shù)器、譯碼電路、保存與恢復(fù)控制電路和不揮發(fā)存儲(chǔ)器等4個(gè)數(shù)字電路模塊。利用串入、并出的加/減計(jì)數(shù)器在輸入脈沖和控制信號(hào)的控制下可實(shí)現(xiàn)加/減計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器把累計(jì)的數(shù)據(jù)直接提供給譯碼電路控制開關(guān)陣列，同時(shí)也將數(shù)據(jù)傳送給內(nèi)部存儲(chǔ)器保存。當(dāng)外部計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)停止或片選信號(hào)無效后，譯碼電路的輸出端只有一個(gè)有效，于是只選擇一個(gè)MOS管導(dǎo)通。
數(shù)字控制部分的存儲(chǔ)器是一種掉電不揮發(fā)存儲(chǔ)器，當(dāng)電路掉電后再次上電時(shí)，數(shù)字電位器中仍保存著原有的控制數(shù)據(jù)，其中間抽頭到兩端點(diǎn)之間的電阻值仍是上一次的調(diào)整結(jié)果。因此，數(shù)字電位器與機(jī)械式電位器的使用效果基本相同。但是由于開關(guān)的工作采用“先連接后斷開”的方式，所以在輸入計(jì)數(shù)有效期間，數(shù)字電位器的電阻值與期望值可能會(huì)有一定的差別，只有在調(diào)整結(jié)束后才能達(dá)到期望值。
以上就是數(shù)字電位器的工作原理介紹了。目前數(shù)字電位器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、計(jì)算機(jī)及通信設(shè)備、家用電器、醫(yī)療保健產(chǎn)品、工業(yè)控制等領(lǐng)域。任何需要用電阻來進(jìn)行參數(shù)調(diào)整和控制的場(chǎng)合，都可使用數(shù)字電位器構(gòu)成可編程模擬電路。
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