工程師小課堂：數(shù)字電位器常見(jiàn)問(wèn)題及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

對(duì)于設(shè)計(jì)人員而言，數(shù)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(jī)械電位器，數(shù)字電位器的共同點(diǎn)和區(qū)別，并由此幫助讀者了解如何使用數(shù)字電位器。

電位器的出現(xiàn)有很長(zhǎng)的歷史，它以各種方式應(yīng)用在廣泛的領(lǐng)域，如常數(shù)調(diào)整和測(cè)量領(lǐng)域。最常見(jiàn)的莫過(guò)于設(shè)定和微調(diào)電阻值來(lái)微調(diào)電路，設(shè)置電平和調(diào)整增益等。電位器也被用來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)器人和工業(yè)設(shè)備中的位置反饋。針對(duì)電位器需要考慮的各個(gè)方面，需針對(duì)特定應(yīng)用的各種需求來(lái)設(shè)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(diào)性與否，是否考慮設(shè)計(jì)中其它因素。比如人耳對(duì)聲音的頻率響應(yīng)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(xiàng)的發(fā)明當(dāng)中,電位器總是為人們所遺忘。它是在十九世紀(jì)七十年代被發(fā)明并應(yīng)用在開(kāi)關(guān)中。如圖一所示。

經(jīng)一百年來(lái)，隨著材料及外形的改變，機(jī)械電位器在一些初級(jí)的應(yīng)用中受到極大的關(guān)注。無(wú)可置疑機(jī)械電位器和數(shù)字電位器有許多區(qū)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(diào)性，能提供大范圍的端到端電阻。

機(jī)械電位器可耐上千伏的高壓，數(shù)字電位器受制于小體積通常電壓在30伏以?xún)?nèi)。機(jī)械電位器電阻容量也比數(shù)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(jī)械電位器受振動(dòng)發(fā)生電阻飄移的時(shí)候會(huì)給設(shè)計(jì)造成問(wèn)題。機(jī)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(jī)械電位器的性能無(wú)法預(yù)知。數(shù)字電位器則無(wú)因機(jī)械結(jié)構(gòu)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(shù)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(shù)。

機(jī)械電位器和數(shù)字電位器尺寸大小比對(duì)如圖二所示。

數(shù)字電位器另一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是可編程性，它可以象EEPROM一樣電壓編程來(lái)調(diào)節(jié)電阻，可以取代電壓跟隨器，還可以象數(shù)模轉(zhuǎn)換器一樣來(lái)控制或設(shè)置電壓電流。數(shù)字電位器的主要參數(shù)特性如下圖所示。

在使用數(shù)字電位器來(lái)設(shè)置電壓時(shí)，如需限定電壓輸出范圍，只需在數(shù)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(diào)整放大器增益的電路得到廣泛應(yīng)用，如液晶顯示(LCD)中的對(duì)比度調(diào)節(jié)，傳感器校準(zhǔn)和數(shù)字多媒體播放等。機(jī)械電位器因工藝原因，端到端的電阻誤差行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是+/-20%。當(dāng)電阻值偏大時(shí)，電路分辯率降低。當(dāng)電阻值偏小時(shí)，電路調(diào)節(jié)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(yīng)用中因無(wú)補(bǔ)償控制將會(huì)引起嚴(yán)重的后果。數(shù)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(shù)字音頻應(yīng)用中，數(shù)字電位器大量取代了機(jī)械電位器是因?yàn)閿?shù)字電位器具有高可靠性，數(shù)字控制，易于在線(xiàn)性和對(duì)數(shù)性間轉(zhuǎn)換和更好的穩(wěn)定性。這其中的工程挑戰(zhàn)有：

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