工程師小課堂：數字電位器常見(jiàn)問(wèn)題及應用經(jīng)驗總結

對于設計人員而言，數字電位器正變得越來(lái)越重要，它們具有很多優(yōu)點(diǎn)，但也存在很多限制。下面比較機械電位器，數字電位器的共同點(diǎn)和區別，并由此幫助讀者了解如何使用數字電位器。

電位器的出現有很長(cháng)的歷史，它以各種方式應用在廣泛的領(lǐng)域，如常數調整和測量領(lǐng)域。最常見(jiàn)的莫過(guò)于設定和微調電阻值來(lái)微調電路，設置電平和調整增益等。電位器也被用來(lái)設計機器人和工業(yè)設備中的位置反饋。針對電位器需要考慮的各個(gè)方面，需針對特定應用的各種需求來(lái)設置。如電位器上的最大電壓，各臂所能提供的最大電流，能允許消耗的最大功率以及最需要考慮的電阻問(wèn)題。從功率到噪聲的各個(gè)方面。單個(gè)電阻的誤差通常有+/-20%到+/-5%，溫度也會(huì )造成電阻值的漂移，所以需要考慮電位器的精度，線(xiàn)性，單調性與否，是否考慮設計中其它因素。比如人耳對聲音的頻率響應將比較重要。斷電與加電時(shí)電阻的變化，成本和體積，還有可靠性如裝配，潮濕等。

在愛(ài)迪生一千多項的發(fā)明當中,電位器總是為人們所遺忘。它是在十九世紀七十年代被發(fā)明并應用在開(kāi)關(guān)中。如圖一所示。

經(jīng)一百年來(lái)，隨著(zhù)材料及外形的改變，機械電位器在一些初級的應用中受到極大的關(guān)注。無(wú)可置疑機械電位器和數字電位器有許多區別，而它們的共性卻令人驚訝。其中最大相同就是它們都具有可調性，能提供大范圍的端到端電阻。

機械電位器可耐上千伏的高壓，數字電位器受制于小體積通常電壓在30伏以?xún)取?u>機械電位器電阻容量也比數字電位器大。然而我們只要稍加考慮就可以解決上述問(wèn)題。機械電位器受振動(dòng)發(fā)生電阻飄移的時(shí)候會(huì )給設計造成問(wèn)題。機械電位器的接觸點(diǎn)因磨損，老化而造成電阻增大或失效，進(jìn)而使機械電位器的性能無(wú)法預知。數字電位器則無(wú)因機械結構造成上述的問(wèn)題，可以經(jīng)上萬(wàn)次開(kāi)關(guān)操作而依然保持一致。

數字電位器通常采用多晶硅或薄膜電阻材料，具有低噪聲，高精度和優(yōu)良的溫度系數。

機械電位器和數字電位器尺寸大小比對如圖二所示。

數字電位器另一個(gè)顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)是可編程性，它可以象EEPROM一樣電壓編程來(lái)調節電阻，可以取代電壓跟隨器，還可以象數模轉換器一樣來(lái)控制或設置電壓電流。數字電位器的主要參數特性如下圖所示。

在使用數字電位器來(lái)設置電壓時(shí)，如需限定電壓輸出范圍，只需在數字電位器的供電回路上串聯(lián)電阻即可。下圖給出將輸出電壓范圍從0到15V改變成6+/-1V，其中只需增加電阻R1和R3。

用電位器來(lái)調整放大器增益的電路得到廣泛應用，如液晶顯示(LCD)中的對比度調節，傳感器校準和數字多媒體播放等。機械電位器因工藝原因，端到端的電阻誤差行業(yè)標準是+/-20%。當電阻值偏大時(shí)，電路分辯率降低。當電阻值偏小時(shí)，電路調節范圍縮小。如下圖所示。此20%誤差帶來(lái)的增益波動(dòng)，在開(kāi)環(huán)應用中因無(wú)補償控制將會(huì )引起嚴重的后果。數字電位器可以將通道電阻的匹配精度做到1%，從而有效解決了電阻誤差帶來(lái)的增益波動(dòng)問(wèn)題。

在數字音頻應用中，數字電位器大量取代了機械電位器是因為數字電位器具有高可靠性，數字控制，易于在線(xiàn)性和對數性間轉換和更好的穩定性。這其中的工程挑戰有：

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