Skaitmeniniai potenciometrai: principai, tikslumo kontrolė ir grandinės integracija

Skaitmeniniai potenciometrai sukėlė revoliuciją analoginio signalo valdymą, pasiūlydami tikslų, programuojamą pasipriešinimą kompaktiškais, patvariais formatais.Skirtingai nuo mechaninių versijų, jos užtikrina stabilų našumą vibracijos, užteršimo ir temperatūros pokyčiais - šiuolaikinėmis automatinėmis sistemomis.Integruoti į programuojamus osciliatorius, jie leidžia realiojo laiko dažnio derinimą be rankinio reguliavimo, supaprastinti kalibravimą ir pagerinti signalo ištikimybę.Naudodamiesi SPI/I²C sąsajomis, „Digipots“ įgalina įterptas sistemas, kad būtų galima valdyti analoginį elgesį skaitmeniniu būdu, užpildydami atotrūkį tarp tradicinių rezistorių tinklų ir intelektualios, adaptyvios grandinės dizaino.

Katalogas

Pagrindinis potenciometrų supratimas

Potenciometras veikia pagal kompensacijos sąvoką, leidžiančią sąveikai tarp išmatuotos įtampos ir žinomos įtampos, kuri būtų suderinta su tikslumu.Šie instrumentai, diferencijuojami į AC ir DC tipus, palengvina įtampos, srovės ir atsparumo matavimą.Pažymėtina, kad AC variantas taip pat įvertina magnetizmą.Skaitmeninis potenciometras išsiskiria dėl jo skaitmeninio valdymo mechanizmo, suteikiantis tokias privalumus kaip pritaikomas naudojimas, smulkaus reguliavimo tikslumas, bekontaktis veikimas, sumažintas triukšmas, atsparumas užteršimui ir vibracijai bei minimaliems trukdžiams - visa tai supakuota į kompaktišką, patvarią vienetą, galintį pakeisti įvairių programų mechaninius padalinius.

Dažniausiai skaitmeniniai potenciometrai yra aprūpinti magistralės sąsaja, leidžiančia programuoti per mikrovaldiklį arba loginę grandinę.Šis pritaikomumas leidžia jiems formuotis daugybėje programuojamų analoginių įrenginių, tokių kaip:

- Programuojami stiprintuvai

- Programuojami filtrai

- Programuojami linijiniai stabilizuotos maitinimo šaltiniai

- Tono ir garsumo valdymo grandinės

Ši galimybė yra įtraukta į frazę „Įdėkite analoginius įrenginius į magistralę“, reiškiančią mikrovaldiklio analoginių funkcijų valdymą per magistralės sistemą.Panašumas į mechaninius potenciometrus yra jų bendri principai, nes skaitmeniniai sudaro integruoto trijų galų kintamojo pasipriešinimo įtaiso dalį.Šioje sistemoje įtampos daliklio vaidmenys pažymėti atitinkamai VH, VL ir VW kaip aukštą, žemą ir slenkantį galą;tuo tarpu RH, RL ir RW ​​žymi ekvivalentus reguliuojamo atsparumo pritaikymuose.

Skaitmeninę potenciometro valdymo konfigūraciją sudaro keturi pagrindiniai skaitmeninės grandinės moduliai:

- aukštyn/žemyn

- dekodavimo grandinė

- Išsaugokite ir atkurkite valdymo grandinę

- Nestabili atmintis

Serijinio įvesties ir lygiagrečios išvesties aukštyn/žemyn skaitikliai dinamiškai koreguoja įvesties impulsus ir signalus, tiekdami sukauptus duomenis į dekodavimo grandinę, valdant jungiklio masyvą ir atnaujindami vidinę atmintį.Tik vienas MOS vamzdis suaktyvinamas, kai išorinis skaičiavimo impulsų ar lusto pasirinkimo signalas nutrūksta, užtikrinant supaprastintą funkcionalumą.

Patirgus maitinimo nutraukimą, nestabili atmintis išlaiko savo nustatymus.Atlikus galią, skaitmeninis potenciometras prisimena ankstesnius valdymo duomenis, išsaugodami pasipriešinimo parametrus.Vis dėlto labai svarbu atkreipti dėmesį, kad įvesties skaičiaus svyravimų metu, atsižvelgiant į jungiklio metodą, kuris yra „sujungiamas pirmiausia, tada-disconnect“, pasipriešinimas gali skirtis nuo numatomų verčių, kol baigsis tikslinimas.Taigi, suderinant su mechaninio potenciometro veikimu, kartu parodant jo atskirus atributus.

Programuojamo osciliatoriaus kūrimas naudojant skaitmeninį potenciometrą

Skaitmeniniai potenciometrai (Digipotai) yra lankstūs komponentai, dažnai naudojami signalo filtravimui ar kintamos srovės signalo generavimui.Praktinės grandinės kūrimo metu įprasta susidurti su situacijomis, kai virpesių dažnis turi būti dinamiškai pakoreguotas atsižvelgiant į sistemos reikalavimus.Kai tai atsitiks, būtinas programuojamas dažnio valdymo mechanizmas, ypač kai dizainą reikia atnaujinti arba kalibruoti realiu laiku, fiziškai koreguojant rezistorius.

Grandinės dizaino apžvalga

Osciliatorius yra pagrįstas diodų stabilizuota „Wien“ tilto topologija, galinti generuoti švarias sinuso bangas nuo maždaug 10 kHz iki 200 kHz.Šiame dizaine du skaitmeniniai potenciometrai iš AD5142 lusto pakeičia įprastus fiksuotus rezistorius.„AD5142“ yra du savarankiškai programuojami kanalai su 256 pasipriešinimo etapais ir valdomas per SPI.Taip pat tinkama „i²C“ suderinama versija AD5142A.Abi parinktys palaiko 10 kΩ ir 100 kΩ diapazonus.

Grandinėje naudojamas ADA4610-1 tikslumas OP-AMP, kuris siūlo nuo geležinkelio iki bėgių ir mažų iškraipymų-tai svarbi stabiliai sinuso bangai gaminti.Dvi poros komponentų sudaro grįžtamąjį ryšį:

Teigiamą grįžtamojo ryšio kilpą sudaro R1A, R1B, C1 ir C2.

Neigiamą grįžtamojo ryšio kilpą sudaro R2A, R2B ir du diodai (D1 ir D2) lygiagrečiai.

Šie grįžtamojo ryšio keliai lemia virpesių elgesį.Dažnis pirmiausia priklauso nuo R1a ir R1b pasipriešinimo, o amplitudės stabilumą reguliuoja diodų pagrindu sukurta kilpa.

Dažnio skaičiavimas ir praktinė sąranka

Virpiklių dažnis (F) laikosi šios formulės:

f = 1 / (2πrc)

Kur R žymi veiksmingą programuojamą AD5142 kanalo atsparumą, o C yra jungties kondensatorių vertė (paprastai identiška C1 ir C2).

Skaitmeninio valdymo procese pasipriešinimas koreguojamas siunčiant skaitmeninį kodą į AD5142.Atsparumo formulė yra:

R = (d / 256) × Rab

Čia D yra skaitmeninė įvesties vertė (0–255), o Rab yra bendras pasipriešinimo diapazonas (10 kΩ arba 100 kΩ, atsižvelgiant į atranką).

Rankant praktinį derinimą, svarbu tiksliai suderinti R1A ir R1B, kad dažnio skaičiavimas būtų tikslus.Neatitikimas gali sukelti virpesių iškraipymą ar nestabilumą.

AMPLUDE stabilumo valdymas

Virpėjimas prasideda tada, kai padidėjimo būklė (R2 / R1 ≥ 2).Iš pradžių tai galima pasiekti šiek tiek perkraunant stiprintuvą, tačiau augant signalui, neigiamos grįžtamojo ryšio kilpos diodai pradeda pakaitomis.Tai užfiksuoja padidėjimą ir stabilizuoja amplitudę.

Amplitudė gali būti tiksliai suderinta koreguojant R2, ypač R2B, kuris veikia kartu su diodo priekine įtampa ir srovės charakteristikomis.Tikslas yra pasiekti stabilų smailės išėjimą, neskleidžiant bangos formos.

Jei R2B nustatomas per žemas (pvz., Trumpas), išėjimas stabilizuojasi maždaug ± 0,6 V. Jei jis per didelis, virpesiai gali sumažėti arba visiškai sustoti.Koreguodami tai mažais žingsniais, ypač naudojant 100 kΩ digipotą, realiu laiku stebi ir bangos formos forma, ir amplitudės osciloskopu.

Rezultatų ir dažnio tikslumo pavyzdys

Naudojant 10 kΩ dviejų kanalų „Digipot“, buvo sugeneruoti trys skirtingi dažniai:

khz (pasipriešinimas: 8 kΩ)

khz (pasipriešinimas: 4 kΩ)

102 kHz (pasipriešinimas: 670 Ω)

Visi trys dažniai parodė paklaidos maržą ± 3%.Tačiau esant aukštesniams dažniams, tokiems kaip 200 kHz, klaida padidėjo iki maždaug 6%dėl vidinių skaitmeninio potenciometro pralaidumo apribojimų.

Bandymo metu paaiškėjo, kad viršijant vidinį „Digipot“ pralaidumą, ypač esant mažesniam pasipriešinimo nustatymams, gali pablogėti signalo vientisumas.Prieš baigdami komponentų pasirinkimą, visada kreipkitės į pralaidumo ir pasipriešinimo kreivę duomenų lape.

Sinchronizacijos iššūkiai ir ramunėlių grandinė

Vienas iššūkis naudojant du atskirus skaitmeninius kanalus (R1A ir R1B) yra tuo pačiu metu atnaujinimo palaikymo trūkumas.Kai abu rezistoriai turi keistis vienu metu, nuoseklus programavimas sukelia laikiną disbalansą, dėl kurio gali atsirasti momentinis dažnio dreifas ar trūkumai.

Norėdami to išvengti, apsvarstykite galimybę naudoti skaitmeninį potenciometrą su „Daisy“ grandinės galimybėmis, tokiomis kaip AD5204.Tai leidžia abi atsparumo vertėms atnaujinti viename laikrodžio cikle, išvengiant tarpinių nestabilių būsenų.Ši funkcija yra ypač naudinga programose, kai dažnio šuoliai turi būti sklandūs ir griežtai valdomi.

Kontrastingas skaitmeninis potenciometras su skaitmeniniu ir analoginiu keitikliu

Kai reikia skaitmeniniu būdu organizuoti analoginius išėjimus, jūsų įrankių rinkinyje vaidina du pagrindiniai instrumentai: skaitmeninio potenciometro ir skaitmeninio ir analoginio keitiklio (DAC).Abu naudoja skaitmeninį žavesį šokti su analoginiais signalais, įgalindami niuansuotą kontrolę ir manipuliaciją.Naudodami skaitmeninį potenciometrą, galite pataisyti analoginę įtampą savo širdies turiniui, o DAC atveria vartus, kad būtų galima sureguliuoti tiek srovę, tiek įtampą.

Skaitmeniniai potenciometrai turi analoginių jungčių trigubą: teigiamas kaištis, vidurinis kaištis (analoginis išvestis) ir įžeminimo kaištis - esminiai dalykai, kurie nukreipia srovės srautą.DAC, turintys savo būtinų jungčių rinkinį, gali pasigirti teigiamu kaiščiu, atitinkančiu teigiamą atskaitos įtampą, vidurinį kaištį, kuris atitinka DAC išėjimą, ir žemės smeigtuką, kuris gali patekti į žemę arba suderinti su neigiama atskaitos įtampos galu.

D/a keitiklis

DAC kaip savo šarvą nešioja rezistoriaus stygų struktūrą arba R-2R kopėčių architektūrą.Naudodamas rezistoriaus eilutę, DAC įvestys atlieka jungiklių simfoniją, padalijant etaloninę įtampą per kruopščiai suderintų rezistorių rinkinį.R-2R konfigūracijoje teigiami etaloniniai įtampos šokiai per jungiklius kontroliuojamus rezistorius, kad būtų sukurta srovė, kuri tada randa apmąstymą su išvesties stiprintuvu, paverčiant jį įtampos išėjimu.

Dizaineriai, turintys ranką DAC, turėtų atsižvelgti į specifiką - nuoseklųjį/lygiagrečią prievadą, skiriamąją gebą, įvesties kanalų spektrą ir finansines išlaidas.Sistemos, alkanos greitumo, gali atsiremti į lygiagrečias sąsajas.Išlaidų sąmoningi ar kosminiai scenarijai gali pareikalauti 3 ar 2 laidų serijinio prievado, iš esmės sumažinant kaiščių skaičių, o buvęs šokis iki 26 MHz komunikacijos, o pastarasis-3,4 MHz dažnio.DAC skiriamoji geba tiksliai valo, apibrėžta BIT-18 bitų pavyzdys kiekvienam LSB suteikia subtilų 9,54 μV valdymą, būtiną vairavimui pramoniniams valdikliams, tokiems kaip robotinė ar variklio sistemos.Vis dėlto skaitmeniniai potenciometrai maksimaliai išnaudojo 10 bitų su 1024 žingsniais.DAC, kalbėdamas apie architektūrą, gali priglobti multiplekserius vienos lusto viduje;Štai „Max5733“ su savo 32 DAC, kiekvienas dainuodamas 16 bitų harmonijoje.Priešingai nei skaitmeniniais potenciometrais, kurie uždengia 6 kanalus, apibūdinamus DS3930.

Lankstumas karaliauja aukščiausia, nes DAC šaldo arba nuskendo sroves;Stiprintuvas, P-kanalo MOSFET ir ištraukimo rezistorius MAX5550 leidžia iki 30 mA išėjimo pavaros.„MAX5547“ siūlo 3,6 ma skęsimo potencialą per vidinį stiprintuvą, N-kanalo MOSFET ir išskleidžiamąjį rezistorių.Kai kurie DAC, siekiant papildomo išvesties, įkvepia išorinius stiprintuvus į savo komplektą.Integruoti stiprintuvai paprastai padidina DAC sąnaudas, tačiau, kai naujieji DAC lieknos, finansinis plyšys pamažu mažėja.

Skaitmeninis potenciometras

Skaitmeninis potenciometras formuoja pasipriešinimą per skaitmeninę įvesties magiją.3-galų skaitmeninis rezistorius paveiksle pertvarka į reguliuojamą įtampos daliklį su fiksuotu atsparumu nuo galo iki galo.Šis įrankis, sukonfigūruojamas kaip 2 galų kintamasis rezistorius, jungia jo centrinį čiaupą, kad jis būtų pasukamas tarp aukštų ar žemų galų, arba lieknėja, laimingai plūduriuojantys.Skirtingai nuo DAC, potenciometras jungiasi tiesiogiai H gnybtus su viršūnės arba bazinės įtampos gnybtais.

Rinkdamiesi skaitmeninį potenciometrą, tikrinkite linijinius ir logaritminius koregavimus, čiaupų skaičių, čiaupo lygius, nestabilią atmintį, piniginius aspektus ir valdymo sąsajas, turinčias padidėjimą/mažinimą, mygtuką, SPI ir I2C.Skaitmeninis potenciometras perduodamas per serijinius prievadus, tokius kaip I2C ir SPI, atspindi DAC elgesį ir siūlo 2 laidų padidinimo/sumažinimo valdymą.Vidinis stiprintuvas išskiria D/A keitiklį, patobulindamas jo žavesį mažos varžos vairavimo vaidmenimis.

DAC/potenciometro pasirinkimas

Daugybėje programų pasirinkimas tarp DAC ir potenciometro išlieka akivaizdus.Variklio valdymo sistemos, jutikliai ir robotai dažnai trokšta DAC dėl didelės skiriamosios gebos viliojimo.Didelės spartos domenai, tokie kaip bazinės stotys ir matuokliai, trokšta DAC su lygiagrečiomis sąsajomis greičiui ir tikslumui.Tuo tarpu potenciometrai tobulėja kurdami stiprintuvo grįžtamojo ryšio tinklus per savo linijinę eleganciją ir gerai tarnauja ieškant tobulų tūrio pakeitimų su logaritminiais potenciometrais.

Vis dėlto dažnai kyla iššūkių, paliekant sprendimą dėl netikrumo.Šiandienos programos dviprasmiškai svyruoja tarp DAC ir skaitmeninio potenciometro suderinimo.MAX1553 LED varomo valdymo valdymas gilina šią dilemą, o LED srovė, kurią sukrėtė BRT įvesties nuolatinės srovės įtampa ir srovės požymio atsparumas-bet kuris pasirinkimas gali harmonizuoti šį ansamblį.

Dažnai užduodami klausimai [DUK]

1. Suprasti skaitmeninio potenciometro funkcionalumą

Skaitmeninis potenciometras, kartais vadinamas skaitmeniniu rezistoriumi, imituoja jo mechaninio atitikmens funkciją, tačiau veikia naudojant skaitmeninius signalus ir elektroninius jungiklius.Kai vienas jungiklis uždarytas, jis nustato „valytuvo“ padėtį ir apibrėžia pasipriešinimo vertę, siūlančią tikslumą, kuris sukelia smalsumą ir pasitenkinimą, panašų į sudėtingo galvosūkio sprendimą.

2. Potentiometras: analoginis ar skaitmeninis?

Potenciometras tarnauja kaip tiesmukiška rankenėlė, siūlanti kintamą atsparumą.Šį pasipriešinimą „Arduino“ lenta gali perskaityti kaip analoginį signalą, dažnai diktuojančią mirksinčią šviesos diodą.Tokia paprasta sąveika gali sukelti kūrybiškumo džiaugsmą ir praktinių eksperimentų jaudulį.

3. Tyrinėkite įvairių tipų potenciometrus

- Linijiniai potenciometrai

- Rotaciniai potenciometrai

- Membranos potenciometrai (dažnai vadinami „minkštais vazonais“, prieinamais tiek linijinėmis, tiek sukamosiomis formomis)

4. Potenciometrų pritaikymas kasdieniuose prietaisuose

Potenctiometrai dažnai randa savo vietą elektros įtaisų valdymo srityje, pavyzdžiui, reguliuojant garso įrangos tūrį.Tokiuose prietaisuose kaip vairasvirtės jie veikia kaip pozicijos keitikliai, kviečiantys kontrolės ir tikslumo jausmą, kuris atspindi mūsų įgimtą norą paveikti skaitmeninį pasaulį.

5. Iššūkiai, su kuriais susiduria potenciometrai

Vienas pastebimas trūkumas yra reikalavimas didelę jėgą perkelti slenkančius kontaktus arba „valytuvą“, kuris gali sukelti nusidėvėjimą, primenant neišvengiamą senėjimą.Tai gali apriboti įrenginio eksploatavimo laiką, pralaidumą ir įvesti inercinį pakrovimą, paskatindamas atspindžius, panašius į paties gyvenimo pasipriešinimą.