Цифровой переменный резистор MCP41XXX/42XXX с интерфейсом SPI | hardware

Микросхемы MCP41XXX/MCP42XXX компании Microschip это электронный переменный резистор, управляемый последовательными данными через интерфейс SPI. У него может быть 1 или 2 канала и дополнительные входы для сброса, выключения, а также цифровой выход для каскадирования таких устройств в цепочку по данным управления (количество каналов и наличие дополнительных выводов зависит от типа корпуса устройства).

Примечание: здесь дан перевод даташита [1] с акцентом на программирование и применение. Таблицы с электрическими, предельно допустимыми параметрами и параметрами диаграмм времени см. в оригинальном даташите.

[Основные возможности цифрового потенциометра]

• У каждого канала потенциометра имеется 256 положений “движка”.
• Значения сопротивления могут быть 10 kΩ, 50 kΩ и 100 kΩ.
• Есть одноканальные и двухканальные версии микросхемы.
• Последовательный интерфейс SPI (режимы 0,0 и 1,1).

• Интегральная нелинейность (INL) дифференциальная нелинейность (DNL) составляют ±1 вес младшего разряда (LSB).
• Применена технологий Low power CMOS, в статическом режиме ток потребления составляет максимум 1 μA.
• Несколько микросхем могут быть соединены в одну цепочку каскадирования по передаче данных.
• Одно напряжение питания (2.7 .. 5.5V).
• Индустриальное исполнение для диапазона температур: -40° .. +85°C.
• Расширенный температурный диапазон: -40° .. +125°C.
• Функция выключения открывают схемы для всех резисторов для максимальной экономии энергии питания.

Только для двухканальных версий MCP42XXX:

• Аппаратные выводы выключения ~SHDN, сброса ~RS и выхода данных SO.

Версии MCP41XXX являются одноканальными устройствами, поставляемыми в 8-выводных корпусах PDIP или SOIC. Версии MCP42XXX содержат 2 независимых канала в 14-выводных корпусах PDIP, SOIC или TSSOP. Позиция “движка” резисторов MCP41XXX/42XXX меняется по линейному закону и под управлением стандартного интерфейса SPI. Функция выключения (shutdown), активируемая программно, работает таким образом, что вывод A переменного резистора отключается, и одновременно “движок” W подсоединяется к выводу B. Дополнительно двухканальные версии электронного потенциометра MCP42XXX имеют вывод ~SHDN, который выполняет ту же функцию, но аппаратно. Во время режима shutdown содержимое регистра положения движка может быть изменено, и тогда потенциометр вернется из состояния shutdown в новое положение движка.

Движок сбрасывается в среднюю позицию 80h после включения питания. Вывод ~RS (reset, сброс, доступен только в двухканальных версиях MCP42XXX) реализует аппаратный сброс, возвращая движок резистора в среднее положение.

Интерфейс SPI микросхем версий MCP42XXX имеет 2 сигнала SI и SO (вход и выход), позволяя каскадировать последовательно несколько устройств.

Сопротивления каналов MCP42XXX отличаются не больше, чем на 1%.

Цоколевка корпусов PDIP8, SOIC8:

Цоколевка корпусов PDIP14, SOIC14, TSSOP14:

[Описание выводов]

Имя	Описание
PB0, PB1	Вывод B потенциометра. Клемма переменного резистора, которая обычно при использовании подключается к земле.
PA0, PA1	Вывод A потенциометра. Клемма переменного резистора, на которую обычно подается регулируемый сигнал.
PW0, PW1	“Движок” потенциометра/переменного резистора.
~CS	Это вывод входа для выборки порта SPI (chip select), который используется для загрузки команды и данных в регистр сдвига и копирования загруженных данных в из регистра сдвига в регистр (или регистры) потенциометра (потенциометров). Сигнал этого вывода проходит через триггер Шмитта.
SCK	Это вывод входа тактов порта SPI, и он используется для последовательной загрузки в микросхему команды и данных. Данные вдвигаются в вывод SI по положительному перепаду SCK (0 -> 1), и выходят наружу через вывод SO по отрицательному перепаду SCK (1 -> 0). Этот вывод активизируется сигналов вывода ~CS (например, микросхема почти не потребляет ток, если вывод SCK переключается, когда на выводе ~CS уровень лог. 1). Сигнал с вывода SCK проходит через триггер Шмитта.
SI	Это вход для поступления последовательных данных порта SPI. Байты команды и данных вдвигаются в регистр сдвига через этот вывод. Действие входа SI управляется сигналом вывода ~CS (микросхема не потребляет ток и не реагирует на входные данные, когда они меняются на выводе SI, если вывод ~CS находится в лог. 1). Сигнал на вывод SI проходит через триггер Шмитта.
SO	Это выход последовательных данных порта SPI, предназначенный для соединения нескольких микросхем в цепочку. Данные выдвигаются наружу через вывод SO по спаду сигнала тактов SCK. Выход SO является двухтактным, и он не переходит в третье состояние, когда на входе ~CS лог. 1. Если на ~CS лог. 1, то на выходе SO будет лог. 0.
~RS	Это вход сброса, который переводит состояние потенциометров в среднее положение (код 80h), если на этом выводе появился лог. 0 на время как минимум 150 нс. Этот вывод не переключается в лог. 0, когда ~CS переключается в лог. 0. Можно переключить вход сброса, когда ~SHDN находится в лог. 0. Чтобы снизить потребление тока, вход сброса должен быть подтянут к лог. 1 через резистор pull-up. Производительность этой схемы показана на рис. 2-12 даташита [1]. Этот вывод будет потреблять нежелательный ток, когда находится на уровне между лог. 0 и лог. 1, поэтому не оставляйте вход сброса в подвешенном состоянии.
~SHDN	Это аппаратный вход выключения, снабженный триггером Шмитта. Если перевести этот вывод в лог. 0, то микросхема перейдет в энергосберегающий режим, в котором вывод A переменных резисторов отключается, а выводы B и W замыкаются друг на друга. Вход ~SHDN не должен переходить в лог. 0, когда вывод ~CS находится в лог. 0. Чтобы минимизировать потребление энергии, этот вывод должен иметь верхнюю подтяжку (резистор pull-up). Производительность этой схемы показана на рис. 2-12 даташита [1]. Этот вывод будет потреблять нежелательный ток, когда находится на уровне между лог. 0 и лог. 1, поэтому не оставляйте вход сброса в подвешенном состоянии.
VSS	GND, земля, минус питания и общий провод для всех цифровых сигналов.
VDD	+ питания.

[4.0. Информация по применению]

Устройства MCP41XXX/MCP42XXX это одноканальные и двухканальные потенциометры с 256 положениями, которые можно использовать вместо обычных механических. Доступны номиналы 10 кОм, 50 кОм и 100 кОм. Как показано на рис. 4-1, каждый потенциометр построен из как массив переключаемых резисторов, управляемый 8-битным (отсюда 256 позиций) регистром данных, который определяет положение “движка”. Номинальное сопротивление движка составляет 52 Ом для 10 кОм версии, 125 Ом для 50 кОм версии и 100 кОм версии. Для двухканальных устройств различия по сопротивлению между каналами составляет не более 1%. Сопротивление между движком и любым из крайних выводов резистора линейно меняется в зависимости от значения, сохраненное в регистре данных. Код 00h соединяет движок W с выводом B. После включения питания все регистры данных автоматически загружаются средним значением (80h). Последовательный интерфейс предоставляет способ загрузить данные в регистр сдвига, после чего переместить их в регистры данных. Последовательный интерфейс также позволяет перевести отдельные потенциометры в режим выключения (shutdown mode) для минимизации потребления энергии. Вывод ~SHDN может также может использоваться для перевода всех потенциометров в shutdown mode (программно можно задавать shutdown mode индивидуально для каждого из потенциометров), и предоставляется вывод ~RS для установки потенциометров в среднее положение mid-scale (80h).

Shutdown отключает вывод A и подключает движок W к выводу B, без изменения состояния регистров данных.

Когда разводится печатная плата с использованием цифровых потенциометров, должны использоваться блокирующие конденсаторы. Они должны быть подключены максимально близко к выводам питания микросхемы. Рекомендуется использовать конденсатор номиналом 0.1 мкФ. Цифровые и аналоговые проводники должны быть максимально удалены друг от друга на плате, желательно, чтобы не было проводников под корпусом микросхемы или под корпусом конденсатора. Особое внимание должно быть уделено проводникам с высокочастотными сигналами (такие как сигналы тактов), чтобы они как можно дальше проходили от проводников с аналоговыми сигналами. Использование аналоговой заливки рекомендуется, чтобы удерживать потенциал земли одинаковым для всех устройств на плате.

4.1. Режимы работы. Приложения с цифровым потенциометром можно поделить на 2 категории: режим реостата и потенциометра, или режим делителя напряжения.

4.1.1. Режим реостатата. В этом режиме потенциометр используется как двухвыводный резистивный элемент (переменный резистор). Не используемый вывод должен быть соединен с движком, как показано на рис. 4-2. Обратите внимание, что смена полярности выводов A и B не влияет на работу потенциометра в режиме реостата (смена полярности просто поменяет действие записываемых кодов).

Рис. 4-2. Конфигурация реостата с двумя выводами. Работает в схеме как переменный резистивный элемент, сопротивление которого меняется под управлением цифрового кода.

Использование устройства в этом режиме позволяет менять общее сопротивление между двумя узлами схемы. Общее измеренное сопротивление будет минимальным для кода 00h, когда движок W соединен с выводом A, и переместился к выводу B. Сопротивление при этом будет равно сопротивлению движка, что составит типично 52Ω для 10 kΩ устройств MCP4X010, 125Ω для 50 kΩ (MCP4X050) и 100 kΩ (MCP4X100) устройств. Для 10 kΩ устройства вес младшего разряда регулирования 39.0625Ω (если предположить общее сопротивление 10 kΩ). Сопротивление будет расти при увеличении кода, и будет максимальным 9985.94Ω для кода FFh. Движок никогда не будет соединен напрямую с точкой B стека резисторов.

В состоянии 00h общее сопротивление будет равно сопротивлению движка W. Чтобы избежать повреждения микросхемы следует ограничить ток через переменный цифровой резистор значением 1 mA.

Для двухканальных устройств разница сопротивления точек A и B между каналами составит меньше 1%. Однако между разными микросхемами несовпадение может составлять до 30%.

В режиме реостата сопротивление имеет положительный температурный коэффициент. Изменение сопротивление между движком и крайним выводом в зависимости от температуры показано на рис. 2-8 даташита [1]. Наибольшее изменение из-за температуры будут происходить для 6% кодов (в диапазоне 00h .. 0Fh) из-за того, что коэффициент сопротивления движка влияет на общее сопротивление. Для оставшихся кодов доминантным будет вклад температурного коэффициента массива резисторов R_AB, который обычно составляет 800 ppm/°C.

4.1.2. Режим потенциометра. В режиме потенциометра все 3 вывода устройства подключаются к разным точкам схемы. Это позволяет менять напряжение на движке (выходе) пропорционально коду. Этот режим иногда называют режимом делителя напряжения. Потенциометр используется для предоставления настраиваемого напряжения между двумя точками, как показано на рис. 4-3. Обратите внимание, что изменение полярности выводов A и B не влияет на работу (смена полярности просто поменяет действие записываемых кодов).

Рис. 4-3. Режим делителя напряжения (потенциометра).

В этой конфигурации соотношение внутреннего сопротивления определяется температурным коэффициентом устройства. Совпадение по температурному коэффициенту сопротивлений R_AB и R_WB составляет 1 ppm/°C (измерено для кода 80h). Для кодов с меньшими значениями температурный коэффициент движка будет доминировать. Рис. 2-3 даташита [1] показывает эффект температурного коэффициента движка. Выше младших кодов этот рисунок показывает, то 70% состояний даст температурный коэффициент меньше 5 ppm/°C. 30% состояний дадут ppm/°C меньше 1.

4.2. Типовые применения

4.2.1. Программируемые усилители с несимметричным выходом. Потенциометры часто используют для настройки уровней опорного напряжения или усиления. Схемы с программируемым усилением на основе цифровых потенциометров могут быть реализованы разными способами. Пример инвертирующего усилителя с одним источником питания показан на рис. 4-4. Из-за высокого входного сопротивления усилителя сопротивление движка не участвует в передаточной функции.

VOUT = -VIN * (RB/RA) + VREF * (1 + RB/RA)

Здесь:

     RAB*(256 – Dn)            RAB * Dn
RA = --------------       RB = --------
          256                     256
          
RAB = общее сопротивление канала
Dn = настройка движка (Dn = 0 .. 255)

Рис. 4-4. Инвертирующий программируемый усилитель с однополярным питанием.

Для не инвертирующего усилителя с однополярным питанием может быть использована схема на рис. 4-5.

VOUT = VIN * (1 + RB/RA)

Здесь:

     RAB*(256 – Dn)            RAB * Dn
RA = --------------       RB = --------
          256                     256
          
RAB = общее сопротивление канала
Dn = настройка движка (Dn = 0 .. 255)

Рис. 4-5. Не инвертирующий программируемый усилитель с однополярным питанием.

Чтобы эти схемы работали правильно, необходимо учесть некоторые моменты. Для линейной работы сигналы на входе и выходе не должны уходить за пределы уровней выводов VSS и VDD микросхемы потенциометра и не должны быть превышены пределы входных и выходных сигналов операционного усилителя. Схема на рис. 4-4 требует виртуальной земли или опорного напряжения для не инвертирующего усилителя. Для дополнительной информации обратитесь к апноуту 682 “Using Single-Supply Operational Amplifiers in Embedded Systems” (DS00682). При включении питания или поступления сигнала сброса (~RS), сопротивление установится в среднее положение, когда сопротивление плеч R_A и R_B равны. На основе передаточной функции схемы усиление составит 1. Когда код увеличивается, движок перемещается в сторону вывода A, и усиление увеличивается. Соответственно когда движок перемещается к выводу B, усиление уменьшается. Рис. 4-6 показывает эту зависимость. Обратите внимание на псевдо-логарифмическое усиление вокруг десятичного кода 128. По мене приближения движка к любому из выводов крутизна изменения усиления резко возрастает. Из-за несовпадения величин R_A и R_B для крайних старших и младших кодов малое изменение позиции движка очень сильно влияет на усиления. Как показано на рис. 4-3, рекомендуется использовать изменение коэффициента усиления в диапазоне от 0.1 до 10.

Рис. 4-6. Зависимость усиления от кода для схем инвертирующего и дифференциального усилителей.

4.2.2. Программируемый дифференциальный усилитель. Пример усилителя с дифференциальным входом, где используются цифровые потенциометры, показан на рис. 4-7. Для поддержки передаточной функции в оба канала резистора должны быть запрограммированы одинаковым кодом. Точное соответствие по сопротивлению между каналами сдвоенного резистора может быть использовано как достоинство для этой схемы. Эта схема покажет также стабильную работу в зависимости от температуры из-за низкого температурного коэффициента потенциометра. На рис. 4-6 также показана зависимость между усилением и кодом для этой схемы. Когда движок приближается к любому из выводов потенциометра, с каждым новым шагом усиление меняется очень значительно, поэтому рекомендуется менять коэффициент усиления в диапазоне между 0.1 и 10.

VOUT = (VA - VB) * RB/RA

Здесь:

     RAB*(256 – Dn)            RAB * Dn
RA = --------------       RB = --------
          256                     256
          
RAB = общее сопротивление канала
Dn = настройка движка (Dn = 0 .. 255)

Замечание: сопротивления каналов RAB должны быть одинаковые (каналы из одного корпуса MCP42XXX).

Рис. 4-7. Дифференциальный усилитель с однополярным питанием.

4.2.3. Программируемая подстройка смещения. Для приложений, где требуется только программируемое опорное напряжение, можно использовать схему на рис. 4-8. Эта схема показывает устройство, используемое в режиме потенциометра (делителя напряжения) с двумя дополнительными резисторами и буферным усилителем. Это создает линейную зависимость между выходным напряжением и программируемым кодом. Резисторы R1 и R2 могут использоваться для уменьшения или увеличения веса шага регулирования. Потенциометр в этом режиме работает стабильно при изменениях температуры. Температурная зависимость этой схемы показана на рис. 2-3 даташита [1]. Самые плохие показатели для температурной зависимости будут для нижних и верхних кодов из-за того, что начинает оказывать влияние сопротивление движка. R1 и R2 также используются для изменения границ напряжения, таким образом может быть снижена необходимость использования этих крайних кодов.

Рис. 4-8. Номиналы R1 и R2 меняют разрешающую способность схемы и пределы регулирования выходного напряжения.

4.3. Вычисление сопротивлений. Когда программируются настройки цифрового потенциометра, используются следующие выражения для получения сопротивлений. Код 00h соответствует крайнему положению движка максимально близко к выводу B, оставляя только сопротивление движка. Программирование кодов близко к FFh приближают движок к выводу A потенциометра. Выражения на рис. 4-9 могут использоваться для вычисления сопротивлений плеч.

RWA(Dn) = (RAB * (256 - Dn) / 256) + RW

RWB(Dn) = (RAB * Dn / 256) + RW

Здесь:

PA ножка A потенциометра
PB ножка B потенциометра
PW движок потенциометра
RWA сопротивление между выводом A и движком
RWB сопротивление между выводом B и движком
RAB общее сопротивление резистора (10 kΩ, 50 kΩ или 100 kΩ)
RW сопротивление движка
Dn 8-битное значение в регистре данных для потенциометра n

Рис. 4-9. Сопротивление плеч потенциометра является функцией кода. Следует заметить, что при использовании этих выражений для большинства схем усилителей с обратной связью (как на рис. 4-4 и 4-5) сопротивление движка можно опустить из-за высокого входного сопротивления усилителя.

Рис. 4-10 показывает пример вычислений для 10 kΩ потенциометра.

R = 10 kΩ
Код = C0h = 192
 

RWA(Dn) = (RAB * (256 - Dn) / 256) + RW
RWA(C0h) = (10kΩ * (256 - 192) / 256) + 52Ω = 2552Ω

RWB(Dn) = (RAB * Dn / 256) + RW
RWB(C0h) = (10kΩ * 192 / 256) + 52Ω = 7552Ω

Рис. 4-10. Пример расчетов сопротивления.

[5.0. Последовательный интерфейс]

Обмен данными между микроконтроллером и цифровым резистором MCP41XXX/42XXX осуществляется через последовательный интерфейс SPI. Этот интерфейс использует 3 команды:

1. Запись нового значения в регистр (регистры) данных потенциометра.
2. Перевод канала в низкопотребляющий режим выключения (low power shutdown mode).
3. Команда NOP (No Operation, пустая операция).

Выполнение любой команды происходит переводом сигнала ~CS в лог. 0, после чего вдвигается байт команды, за которым идет байт данных. Эти данные попадают в 16-битный регистр сдвига. Команда выполняется после того, как сигнал ~CS переводится в лог. 1. Данные вдвигаются через вывод SI по спаду тактов SCK, и выдвигаются на выход через вывод SO, см. рис. 5-1.

Примечание: не все микросхемы имеют вывод SO, это зависит от корпуса.

Рис. 5.1. Диаграмма сигналов для записи инструкций или данных в цифровой потенциометр.

Примечания к рис. 5-1: значения бит данных, помеченных крестиком X, не имеют значения. Всегда должно быть нацело поделенное на 16 количество тактов, когда сигнал ~CS находится в лог. 0, иначе команды не будут приняты устройством. Последовательный выход данных SO доступен только для двухканальной версии микросхемы MCP42XXX. Для одноканальной версии микросхемы MCP41XXX бит P1 не имеет значения.

Устройство отслеживает количество тактов (перепадов от 0 -> 1), пока сигнал ~CS находится в лог. 0, и оборвет все команды, если количество пришедших тактов не будет делиться нацело на 16.

5.1. Байт команды. Первый отправляемый байт всегда байт команды, за которым идет байт данных. Байт команды содержит 2 бита выбора команды и 2 бита выбора потенциометра. Содержимое не используемых бит игнорируется (биты ‘don’t care’, т. е. не имеет значения). Биты выбора команд суммарно описываются на рис. 5-2. Биты выбора команды C1 и C0 (биты 4:5) определяют, какая команда будет выполнена. Если биты команд оба 0 или 1, то будет выполнена команда NOP, как только загружены все 16 бит. Эта команда полезна в конфигурации, когда несколько микросхем соединены в цепочку. Когда биты команды 01, то будет выполнена команда с 8 битами, отправленными в байте данных. Данные будут записаны в потенциометр, определенный битами выбора потенциометра. Если биты команды 10, то будет выполнена команда shutdown на потенциометрах, определенных этими битами выбора потенциометра.

Для устройств MCP42XXX биты выбора потенциометра P1 и P0 (биты 0:1) определяют, на какие потенциометры действует команда. Соответствующая лог. 1 в позиции обозначает, что выполняется команда для этого потенциометра, в то время как лог. 0 обозначает, что команда не будет влиять на этот потенциометр (см. рис. 5-2).

D15	D14	D13	D12	D11	D10	D9	D8
X	X	C1	C0	X	X	P1	P2

Рис. 5-2. Формат байта команды.

Биты C1C0 задают команду:

C1	C0	Команда	Описание
0	0	None	Пустая команда (не будет выполнено никаких действий).
0	1	Write Data	В регистр данных выбранного потенциометра (определяется состоянием бит P1P0) будут записано 8 бит данных, которые идут за командой (D7..D0).
1	0	Shutdown	Потенциометры, выбранные битами P1P0, будут переведены в состояние “выключено” (Shutdown Mode). Биты данных (D7..D0) для этой команды не имеют значения.
1	1	None	Пустая команда (не будет выполнено никаких действий).

Биты P1P0 выбирают потенциометры:

P1	P0	Выбор канала потенциометров
0	0	Пустой выбор: команда не повлияет на состояние потенциометров.
0	1	Команда выполнится для потенциометра 0.
1	0	Команда выполнится для потенциометра 1.
1	1	Команда выполнится для обоих потенциометров.

5.2. Запись данных в регистры. Когда новые данные записаны в один или большее количество регистров данных потенциометра, за командой записи идет байт данных с новым значением. Команда выбирается битами C1C0, установленными в 01. Биты выбора потенциометра P1 и P0 позволяют новому значению записаться в potentiometer 0, potentiometer 1 (или в них оба) одной командой. Лог. 1 либо для P1, либо для P0 приведет к записи данных в соответствующий регистр данных потенциометра, и лог. 0 не окажет изменения, данные этого потенциометра не поменяется. См. суммарное описание формата команды на рис. 5-2.

5.3. Использование команды Shutdown. Команда shutdown позволяет перевести схему приложение в режим низкого потребления тока (power-saving mode). В этом режиме выводы отключены, и ножки потенциометра B и W замкнуты друг на друга. Эта команда выбирается, когда биты команды C1C0 установлены в 10. Биты выбора потенциометра P1 и P0 позволяют выключить каждый потенциометр независимо друг от друга. Если либо P1, либо P0 в лог. 1, то соответствующий потенциометр перейдет в режим shutdown. Лог. 0 для P1 или P0 не окажет эффекта. 8 бит данных, которые идут за командой, все еще нужны для передачи команды shutdown, но их содержимое не имеет значения. См. суммарное описание формата команды на рис. 5-2.

Как только определенный потенциометр вошел в режим shutdown, он будет оставаться в нем, пока не произойдет следующее:

• Новое значение записано в регистр данных потенциометра, при этом вывод ~SHDN должен быть в лог. 1. Устройство будет оставаться в режиме shutdown до перепада 0 -> на выводе ~CS, после чего устройство выйдет из режима shutdown, и новое значение будет записано в регистр (регистры) данных. Если вывод ~SHDN находится в лог. 0, когда принято новое значение, то регистры все-таки получат новое значение, но устройство останется в режиме shutdown. Этот сценарий подразумевает, что принята допустимая команда. Если принята недопустимая команда, то она будет игнорирована, и устройство останется в режиме shutdown.

Примечание: иногда у микросхемы нет вывода ~SHDN, тогда подразумевается, что он всегда находится в состоянии лог. 0. Это зависит от корпуса микросхемы – если корпус имеет 8 выводов, то нет не только вывода ~SHDN, но также нет выводов ~SHDN и сброса ~RS. Поэтому все, что написано дальше, к этим микросхемам не относиться.

Также можно использовать аппаратный вывод выключения (shutdown pin) и вывод сброса (reset pin) для вывода устройства из программно активированного режима выключения. Чтобы сделать это, сначала должен быть выдан импульс лог. 0 на выводе выборки. Для нескольких устройств использование общего вывод ~SHDN или RESET позволяет с помощью выборки перевести вывести из shutdown только нужную микросхему. См. рис. 1-3 диаграммы сигналов. С предварительной подачей импульса выборки может возникнуть одна из ситуаций для вывода устройства из программного shutdown:

• На выводе ~RS появляется импульс лог. 0 на время как минимум 150 нс, при этом ~SHDN должен быть в лог. 1. Если вывод ~SHDN в лог. 0, то регистры все еще будут установлены в среднее значение, но устройство останется в режиме shutdown. Это условие подразумевает, что ~CS находится в лог. 1, так как перевод вывода ~RS в лог. 0 при выводе ~CS в лог. 0 приведет к недопустимому состоянию, и результаты будут непредсказуемы.

• Перепад 0 -> 1 на выводе ~SHDN, который произошел после уровня лог. 0 как минимум 100 нс, когда вывод ~CS был в лог. 1. Переключение ~SHDN в лог. 0, когда ~CS в лог. 0 это недопустимое состояние, которое приведет к непредсказуемым результатам.

• Устройство выключено и потом снова включено.

Примечание: аппаратный вывод ~SHDN всегда переведет устройство в режим shutdown, независимо от того, переведен ли потенциометр в режим shutdown программной командой.

Когда устройство выключено, регистры данных устанавливаются в среднее значение (80h). Схема сброса при включении питания используется для гарантии, что после включения устройства оно окажется в известном состоянии.

5.8. Использование MCP41XXX/42XXX в SPI Mode 11. Можно работать с устройствами в режимах SPI 00 и 11. Разница между этими режимами только в том, что когда используется режим 11, такты остаются в режиме ожидания в состоянии лог. 1, в то время как в режиме 00 такты остаются в режиме ожидания в лог. 0. В обоих режима данные вдвигаются в устройство через вход SI по положительным перепадам SCK, и выдвигаются наружу через вывод SO по спадам уровня SCK. Операции с использованием режима 00 показаны на рис. 5-1. Пример на рис. 5-5 показывает режим 11.

Рис. 5-5. Диаграмма сигналов для работы в режиме SPI Mode 11.

[Ссылки]

1. MCP41XXX/42XXX Single/Dual Digital Potentiometer with SPI™ Interface site:microchip.com.
2. AD9833: программируемый генератор сигналов.

Цифровые потенциометры | Радиолюбительские схемы

Цифровые потенциометры выполняют функцию регулирования, аналогичную той, что выполняет обычный потенциометр с механическим управлением.

Сопротивление электронного регулятора изменяется дискретно (ступенчато) при подаче тактового импульса на счетный вход CLK микросхемы, а увеличение или уменьшение сопротивления определяется уровнем сигнала на входе UP/DOWN.

Помимо электронных аналогов многопозиционных механических переключателей, предназначенных для коммутации ограниченного количества электрических цепей, в последние годы появились и электронные аналоги механически управляемых (переменных) сопротивлений — электронные реостаты и потенциометры. Эти приборы, в отличие от механических аналогов, более компактны, надежны, имеют меньший уровень собственных шумов, допускают возможность одновременного дистанционного управления неограниченного числа регулировочных элементов. Пример использования вы можете видеть на рисунке выше.

В упрощенном виде электронные реостаты и потенциометры содержат набор (линейку) последовательно соединенных резисторов, коммутируемых электронными КМОП-ключами. Ключи эти обычно управляются:

• либо подаваемым извне цифровым кодом;
• либо формируемым непосредственно в микросхеме в зависимости от продолжительности подачи управляющего сигнала «вверх» или «вниз» на выводы управления, предназначенные для подключения к кнопкам управления или к источникам внешних управляющих сигналов «цифрового» уровня 1/0.

Примечание

Особенностью цифровых электронных реостатов и потенциометров является то, что изменение их электрического сопротивления осуществляется дискретно с заданным шагом по линейному, логарифмическому или иному, заданному пользователем, закону. Количество таких шагов обычно кратно двум, например, 32, 64, 128, 256 и т. д. При отключении/включении питания установленный до отключения на электронном потенциометре уровень (положение среднего вывода) запоминается.

Электронные потенциометры используют в технике связи, телевидении, персональных компьютерах, производственной и бытовой радиоэлектронной аппаратуре. Такие потенциометры применяют для узлов электронной настройки, многоканальной регулировки громкости/тембра звуковоспроизводящей аппаратуры, в системах автоматической регулировки усиления, перестраиваемых многозвенных фильтрах, схемах управления параметрами дисплеев и т. д.

Примечание.

Применение цифровых электронных потенциометров и реостатов при их работе на переменном токе ограничено областью рабочих частот, в пределах которой сигнал после прохождения через такой регулятор ослабляется не более чем на 3 дБ. Кроме того, поскольку в состав регуляторов входят нелинейные полупроводниковые элементы, повышается уровень нелинейных искажений. Этот уровень заметно возрастает при понижении напряжения питания микросхемы регулятора. Если в составе электронного устройства содержится несколько электронных потенциометров и реостатов, негативные последствия от их совместного использования суммируются.

Цифровые электронные реостаты и потенциометры фирмы Dallas Semiconductor (DS) — Maxim, например, DS1668 выпускаются с интерфейсом ручного управления (в виде кнопки) или в виде традиционной интегральной микросхемы — DS1669.

Рис.1 Расположение выводов микросхемы DS1669:

R_H — верхний; R_W — средний; R_L— нижний вывод потенциометра; +V,-V — питание; UC—вход управления перемещением вверх; DC — вниз

Эти микросхемы однотипны, имеют 64 ступени изменения сопротивления и выпускаются в стандартных номиналах 10, 50 и 100 кОм.

Типовые примеры управления электронными потенциометрами DS1669 при помощи одной или двух кнопок приведены на рис. 2 и рис. 3.

Рис.2. Типовая схема включения цифрового электронного потенциометра DS 1669 с однокнопочным управлением

Рис.3. Типовая схема включения цифрового электронного потенциометра DS1669 с двухкнопочным управлением

Приведу далее сведения по основным разновидностям современных цифровых потенциометров.

DS1267 — двухканальный линейный цифровой потенциометр на номинал 10, 50 или 100 кОм. Имеет 256 позиций положения движка с управлением по последовательному трехпроводному интерфейсу. Напряжение питания 5(±5) В.

DS1666 — цифровой потенциометр, предназначенный для устройств звуковоспроизведения. Он имеет логарифмическую шкалу и 128 точек позиционирования. Напряжение питания 5 В. Значения сопротивлений резистивной матрицы может быть 10, 50, 100 кОм. Затухание сигнала с амплитудой до 5 В на уровне -3 дБ на частотах 1,1; 0,2 и 0,1 МГц, соответственно.

DS1667 — представляет собой сдвоенный цифровой потенциометр. Микросхема содержит также два широкополосных операционных усилителя. Каждый потенциометр формируется из 256 элементов, резисторы могут складываться, что дает возможность получать единственный потенциометр на 512 элементов.

DS1802 — сдвоенные потенциометры, обеспечивают регулирование уровня громкости и/или тембра звукозаписи в проигрывателях компакт-дисков, звуковых платах (картах) и иных электронных устройствах. Эти потенциометры имеют логарифмическую характеристику регулировки сопротивления. Весь диапазон в 45 кОм разбит на 65 позиций с приращением шага в 1 дБ. Для управления потенциометром (потенциометрами) от центрального процессора или иных микросхем используют трехпроводный последовательный интерфейс. Потенциометрами можно управлять и при помощи обычных кнопок.

Помимо перечисленных, известны также микросхемы цифровых потенциометров:

DS1800 — сдвоенный цифровой линейный потенциометр на 128 позиций номиналом 50 кОм с управлением по последовательному трехпроводному интерфейсу. Напряжение питания 3(5) В.

DS1801/DS1802 — сдвоенный цифровой потенциометр на 64 позиции, с логарифмической характеристикой, номиналом 50 кОм с управлением по последовательному трехпроводному интерфейсу. Напряжение питания 3(5) В.

DS1803 — сдвоенный линейный цифровой потенциометр на 256 позиций, номиналом 10, 50 или 100 кОм с управлением по последовательному двухпроводному интерфейсу. Напряжение питания 3(5) В.

DS1804 — энергонезависимый линейный цифровой потенциометр, который имеет 100 позиционных отводов, номиналом 10, 50 или 100 кОм. Напряжение питания 3(5) В.

DS1805 — линейный цифровой потенциометр на 256 позиций номиналом 10, 50 или 100 кОм с управлением по последовательному двухпроводному интерфейсу. Напряжение питания 3(5) В.

DS1806 — линейный шестиканальный цифровой потенциометр на 64 позиции номиналом 10, 50 или 100 кОм с управлением по последовательному трехпроводному интерфейсу. Напряжение питания 2,7—5,5 В.

DS1807 — сдвоенный цифровой потенциометр на 64 позиции каждый, с логарифмической характеристикой изменения сопротивлений для регулирования уровня звуковых сигналов. Работает с двухпроводным последовательным интерфейсом. Программно можно объединить два потенциометра в один. Напряжение питания 3(5) В.

DS1808 — сдвоенный логарифмический цифровой потенциометр на 32 позиции, номинал 45 кОм. Двухпроводное управление. Напряжение питания +4,5; ±13,2 В.

DS1809 — цифровой потенциометр на 64 позиции. Управление кнопками «вверх»/»вниз». Предусмотрена функция (авто)сохранения установленного уровня. Значения сопротивлений резистивной матрицы может быть 10, 50, 100 кОм. Затухание сигнала с амплитудой до 5 В на уровне —3 дБ на частотах 1,0; 0,2 и 0,1 МГц, соответственно. Напряжение питания +4,5—5,5 В.

DS1844 — счетверенный линейный потенциометр на 64 позиции с двухпроводным интерфейсом номиналом 10, 50 или 100 кОм с двухпроводным интерфейсом. Напряжение питания 2,7—5,5 В.

DS1845 — сдвоенный линейный потенциометр на 256 позиций с двухпроводным интерфейсом. Напряжение питания 3(5) В.

DS1847 и DS1848 — температурно-компенсированные двойные линейные цифровые потенциометры на 256 позиций номиналом 10 или 50 кОм. Напряжение питания +3,0—5,5 В.

Помимо перечисленных, известны также цифровые потенциометры DS1854—DS1859y DS1866—DS1870, DS2890, DS3902, DS3903—DS3905, DS3930, DS4301 и др., сведения о которых можно почерпнуть из справочной литературы или на сайтах фирм-производителей. Отметим также в порядке сопоставления некоторые цифровые потенциометры иных фирм [24.2—24.4].

MAX5160/MAX5161 — линейный цифровой потенциометр фирмы MAXIM-DALLAS на 32 позиции, номиналы 50,100,200 кОм. Напряжение питания от 2,7 до 5,5 В. Трехпроводный интерфейс.

МАХ5400—МАХ5405 — линейные цифровые потенциометры на 256 позиции. Напряжение питания от 2,7 до 5,5 В.

MAX5407 — цифровой потенциометр на 32 позиции с логарифмической шкалой, номинал 20 кОм. Область рабочих частот до 500 кГц. Напряжение питания от 2,7 до 5,5 В.

MAX5408—MAX5411 — сдвоенные цифровые потенциометры на 32 позиции с логарифмической шкалой, номинал 10 кОм. Напряжение питания 6т 2,7 до 3,6 В для MAX5408, MAX5409 и от 4,5 до 5,5 В для MAX5410, MAX5411.

MAX5413—MAX5415 — сдвоенные линейные цифровые потенциометры на 256 позиций, номинал, соответственно, 10, 50 и 100 кОм. Напряжение питания от 2,7 до 5,5 В.

Кроме перечисленных в линейке подобных изделий этой фирмы можно назвать микросхемы MAX5417—MAX5439, MAX5450—MAX5457, MAX5460—MAX5468, MAX5471—MAX5472, MAX5474—MAX5475, MAX5477—MAX5479, MAX5481—MAX5484, MAX5487— MAX5492 и др., каждая, из которых имеет индивидуальные отличия и развивает области применения цифровых потенциометров и способов их управления.

Так, например:

MAX5471, MAX5472, MAXS474, MAX5475 — энергонезависимые 32-х позиционные линейные цифровые потенциометры с последовательным трехпроводным интерфейсом. MAX5471/MAX5474 имеют сопротивление 50 кОм, a MAX5472/MAX5475 — 100 кОм. Напряжение питания от 2,7 до 5,25 В.

Упомянем также для сравнения некоторые цифровые потенциометры фирмы Analog Device [24.3].

AD5200/AD5201 — цифровые потенциометры номиналами 10,50 кОм на 256 и 33 позиции, соответственно.

AD5231/AD5235 — цифровые потенциометры на 1024 позиции.

AD5232 — цифровой двухканальный потенциометр на 256 позиций.

AD5234 — цифровой четырехканальный потенциометр на 64 позиции.

AD5291/AD5292 — цифровые потенциометры на 256/1024 позиции на номинал 20,50,100 кОм.

AD7376 — цифровой потенциометр на 128 позиций на номинал 10, 50, 100,1000 кОм.

AD8400/AD8402/AD8403 — 1, 2 или 4-х канальные цифровые потенциометры на 1,10,50 или 100 кОм, 256 позиций, с трехпроводным интерфейсом.

Цифровые программируемые потенциометры фирмы ON Semiconductor САТ5270 и САТ5271 — двухканальные цифровые потенциометры на 50 и 100 кОм для точной настройки с 256 ступенями регулирования и интерфейсом 12С.

Цифровые программируемые потенциометры фирмы Catalyst Semiconductor САТ5111 и САТ5113 [24.4] на 100 позиций при напряжении питания 2,5—6,0 В потребляют ток 0,1 мА.

Рис.4. Эквивалентная схема электронного аттенюатора МС3340

Несколько иной принцип работы у другого управляемого извне прибора — электронного аттенюатора. Пример практической реализации одного из них — МС3340 фирмы Motorola приведен на рис. 4. Аттенюатор позволяет осуществлять дистанционное или непосредственное управление коэффициентом передачи (ослабления) сигнала до 80 дБ в полосе частот до 1 МГц. Напряжение питания аттенюатора — 9—18(20) В. Максимальное напряжение входного сигнала — до 0,5 В.

Типовая схема использования электронного аттенюатора МС3340 приведена на рис.5.

Рис.5. Типовая схема включения электронного аттенюатора МС3340

Примечание.

Особое положение в ряду электрически регулируемых пассивных элементов занимает специализированная микросхема МАХ1474с электрически переключаемыми конденсаторами— аналог миниатюрного конденсатора переменной емкости, рис. 6.

Применение такой микросхемы вместо традиционных варикапов или конденсаторов переменной емкости предпочтительнее ввиду идентичности емкостных параметров микросхемы, синхронности изменения емкости при одновременном использовании нескольких аналогов управляемых конденсаторов, лучшей температурной стабильности.

Примечание.

Возможная область применения микросхем с электрически переключаемыми конденсаторами— синхронная настройка колебательных контуров входных цепей радиоприемных устройств, фильтров промежуточной и иной частоты.

Управление батареей конденсаторов от встроенной схемы управления позволяет ступенчато с минимальным шагом в 0,22 пФ менять в 32 ступени ее емкость в пределах от 6,4 до 13,3 пФ на выводе СР относительно общего провода при заземленном выводе СМ.

Возможна эксплуатация конденсаторной батареи при подключении ее через выводы СР и СМ с изменением емкости в пределах от 0,42 до 10,9 пФ с шагом 0,34 пФ. Температурный коэффициент емкости управляемого конденсатора равен 3,3*10^-5 1/град.

Напряжение питания микросхемы 2,7—5,5 В при потребляемом токе 10 мкА. Микросхему можно применять до частот в несколько сотен мегагерц. Так, эквивалентная добротность контура порядка 100 на частотах ниже 20 МГц падает с ростом частоты до 359 МГц в 10 раз.

Микросхемы МАХ1474 можно применять в узлах электронной настройки, в емкостных аттенюаторах, в генераторах и других радиоэлектронных устройствах.

Похожие радиосхемы и статьи:

Цифровые потенциометры компании On Semiconductor

16 марта 2010

Значительная часть электронных схем, особенно аналоговых, содержит элементы, предназначенные для подстройки характеристик при наладке или для оперативного управления при использовании аппаратуры. Для этих целей использовались электромеханические переменные и подстроечные резисторы. Заменой электромеханическим резисторам с подвижным контактом, имеющим ограниченные возможности, относительно большие габариты, требующим ручной установки в необходимое положение, становятся цифровые потенциометры.

 

Классификация

Рассмотрим основные критерии, по которым можно классифицировать цифровые потенциометры:

• Наличие или отсутствие энергонезависимой памяти. В первом случае, при включении питания будет автоматически восстановлено последнее используемое значение. Во втором- заранее определенное начальное значение (как правило, соответствующее половине диапазона). Третий вариант- возможность однократно «прошить» в постоянную OTP-память иное начальное значение, отличное от значения, заданного производителем.
• Интерфейс управления. Могут использоваться либо стандартные интерфейсы I²C или SPI, либо, так называемое «кнопочное управление»- Up/Down Control, которое будет рассмотрено ниже.
• Количество потенциометров в корпусе. В номенклатуре компании ON Semiconductor представлены изделия с 1, 2 или 4 потенциометрами.
• Разрешающая способность или количество положений движка. Как правило, число, равное степени 2. В продукции ON Semiconductor представлены потенциометры с разрешающей способностью от 16 до 256. Иногда используются «некратные» значения, например 100. В микросхемах, управляемых по интерфейсу, используются большие значения (64, 128, 256). В микросхемах с «кнопочным управлением» без энергонезависимой памяти- малые (16 и 32), а с памятью — промежуточные (от 32 до 128).

Поскольку номенклатура цифровых потенциометров компании ON Semiconductor достаточно широка (более 300 микросхем и 35 семейств), то не имеет смысла приводить таблицы с параметрами. Параметрический поиск доступен на сайте производителя http://www.onsemi.com/. Продукция, в соответствии с этими критериями, была объединена в группы, что иллюстрируется рисунком 1.

 

 

Рис. 1. Основные группы цифровых потенциометров компании ON Semiconductor

К другим параметрам отнесем:

• Полное сопротивление потенциометра (сопротивление между крайними положениями H и L). Обычно используются значения 10, 50 или 100кОм. Реже- 1; 2,5 и 32кОм.
• Допустимое напряжение между выводами H и L. Принципиальное отличие цифровых потенциометров от переменных резисторов заключается в том, что напряжение между выводами H и L не может быть выше регламентированного. Как правило, оно равно напряжению питания самой микросхемы (обычно 2,7…5,5В). Исключением являются семейства САТ5132 и САТ51323- при величине питания до 5,5В, напряжение между выводами H и L может достигать 16В.
• Функциональная характеристика. Вбольшинстве случаев эта характеристика (зависимость сопротивления между выводами W и L от управляющего кода) линейна, то есть предполагается, что все резисторы в цепочке имеют одинаковое сопротивление. Исключением является семейство CAT5116, в котором реализована логарифмическая характеристика.
• Нелинейность характеристики. Она определяется реальным отклонением резисторов в цепочке от номинального значения.

Есть и другие параметры: температурный коэффициент сопротивления; отклонение полного сопротивления; сопротивление движка. Они имеют тот же смысл, что и для традиционных переменных резисторов, и приведены в документации производителя на конкретную микросхему.

 

Управление Up/Down

Отметим, что управление Up/Down используется только для моделей с одним потенциометром в корпусе (одинарные). Применение этого управления в «многоканальных» микросхемах привело бы к существенному увеличению внешних выводов. Наиболее простыми являются цифровые потенциометры с управлением Up/Down. В продукции компании ON Semiconductor реализованы три модификации такого управления:

• Управление по двум линиям CS и U/D;
• Управление по трем линиям CS, U/D и INC;
• Управление по двум линиям Up и Down.

 

Управление по двум линиям CS и U/D

Назначение линии CS (активный низкий) заключается в том, что отрицательный перепад фиксирует направление изменения сопротивления, которое (изменение сопротивления) возможно только при низком уровне сигнала. При высоком уровне сигнала изменения сопротивления не происходит.

Линия U/D в момент отрицательного перепада сигнала CS определяет направление изменения сопротивления (при низком уровне — уменьшение, при высоком — увеличение). При низком уровне сигнала CS положительный перепад сигнала U/D приводит к изменению сопротивления на один дискрет (в направлении, определенном ранее).

Рассмотрим диаграмму А на рисунке 2.

 

 

Рис. 2. Диаграммы двух методов управления Up/Down

В момент 1 состояние сигнала CS из высокого становится низким. Поскольку состояние линии U/D высокое, то определяется направление на повышение. В моменты 2 положительный перепад сигнала U/D приводит к увеличению сопротивления (напряжение между нижней точкой L и средней точкой W потенциометра растет). В момент 3 положительный перепад сигнала CS запрещает дальнейшее изменение сопротивления. В моменты 4 по положительному перепаду сигнала U/D ничего не происходит, поскольку состояние сигнала CS высокое. В момент 5 состояние сигнала CS переходит из высокого в низкий, но в этот раз состояние линии U/D низкое, следовательно, определяется направление на понижение. Соответственно, в моменты 6 положительный перепад сигнала U/D приводит к уменьшению сопротивления.

Данный метод реализован в микросхемах CAT5110, CAT5118…CAT5127 и CAT5128.

 

Управление по трем линиям CS, U/D и INC

Данный метод (иллюстрируется диаграммой Б на рис. 2) более прост в понимании, но в реализации занимает на одну линию больше. Сигнал CS только запрещает (при высоком уровне) или разрешает (при низком уровне) изменение состояния потенциометра. Сигнал U/D только задает направление изменения: низкий уровень — на понижение, высокий — на повышение. Любые изменения состояния могут происходит только по отрицательному перепаду сигнала INC. Если при этом на линии CS низкий уровень, а на линии U/D высокий — сопротивление растет. На линии CS низкий уровень, и на линии U/D низкийуровень — сопротивление уменьшается. Если на линии CS высокий уровень, то отрицательный перепад сигнала INC никаких изменения сопротивления не вызывает.

Данный метод реализован в микросхемах CAT5111…CAT5116 и CAT5133.

 

Управление по двум линиям Up и Down

Данный способ управления заставляет вспомнить о простейшем RS-триггере. Отрицательный перепад сигнала Down вызывает уменьшение сопротивления, а отрицательный перепад сигнала Up — соответственно, его повышение. При этом в первом случае предполагается, что на линии Up — высокий уровень. А во втором случае, соответственно, предполагается, что высокий уровень — на линии Down. На временных диаграммах из документации производителя [4] эти условия выполняются, то есть все хорошо. А если что-то не выполняется? С одной стороны, в документации производителя ясно указано: срабатывание по отрицательному перепаду сигнала Up произойдет «если и только» на линии Down будет высокий уровень. Про срабатывание по отрицательному перепаду сигнала Down каких-то ограничений не приведено. Надо понимать, что оно произойдет в любом случае, а как на самом деле… Метод реализован только в одной микросхеме CAT5128.

 

Цифровые потенциометры с управлением Up/Down без энергонезависимой памяти

В данную группу входят (рис. 1) три микросхемы (CAT5120, CAT5121 и CAT5122) с разрешающей способностью 16 положений и восемь микросхем (CAT5110, CAT5115, CAT518, CAT5119, CAT5123, CAT5124, CAT5125 и CAT5128) на 32 положения. Обобщенная структура цифровых потенциометров этого типа приведена на рис. 3.

 

 

Рис. 3. Обобщенная структура цифровых потенциометров с управлением Up/Down без энергонезависимой памяти

Рассмотрим ее работу. Сигналы управления (две или три линии, показанные цифрами 1, 2 и 3) поступают на схему управления, которая, при необходимости, формирует сигналы инкремента и декремента реверсивного счетчика (показан счетчик для 32 состояний). Выходы счетчика дешифрируются, и замыкается один из ключей. Например, для состояния 0 будет замкнут нижний ключ, и сопротивление между выводами W и L будет равно нулю, а между W и H — будет максимальным. С инкрементом счетчика сопротивление между W и L будет расти, а между W и H — уменьшаться.

При каждом выключении питания текущее состояние не запоминается. При каждом включении питания формируется сигнал PoR, который загружает счетчик неизменяемым стартовым значением (Обычно, половина диапазона — в рассматриваемом случае 16).

Отметим также, что на рис. 3 представлен обобщенный случай, а именно, если контакты питания не связаны с выводами потенциометра, то вывод L не связан с общим проводом Gnd, а вывод H — с питанием Vcc. Такая схема требует наличия семи- или восьмивыводного корпуса и из рассматриваемых устройств реализована лишь в CAT5115 (управление по трем линиям), CAT5128. Остальные устройства размещены в пяти- или шестивыводных корпусах за счет организации внутренних коммутаций, которые представлены на рис. 4.

 

 

Рис. 4. Внутренние коммутации в цифровых потенциометрах с управлением Up/Down без энергонезависимой памяти

 

Цифровые потенциометры с управлением Up/Down с энергонезависимой памятью

В данную группу входят (рис. 1) четыре микросхемы (CAT5112, CAT5114, CAT5127 и CAT5129) с разрешающей способностью 32 положения, три микросхемы (CAT5111, CAT5113 и CAT5116) на 100 положений и CAT5133 на 128 положений. Обобщенная структура цифровых потенциометров этого типа приведена на рис. 5.

 

 

Рис. 5. Обобщенная структура цифровых потенциометров с управление Up/Down с энергонезависимой памятью

По сравнению с рис. 3 добавлена энергонезависимая память, которая по своему функциональному назначению является регистром. В этот регистр перезаписывается значение реверсивного счетчика при снятии сигнала CS. При выключении питания состояние счетчика теряется, но продолжает храниться в регистре. При следующем включении питания формируется сигнал PoR, который загружает счетчик последним значением.

Отметим также отличительную особенность CAT5127 и CAT5129 — они обеспечивают длительное сохранение сопротивления после отключения электроэнергии.

 

Цифровые потенциометры с управлением по последовательным интерфейсам

Рассмотрим те преимущества и возможности, которые вносят последовательные интерфейсы при управлении цифровыми потенциометрами.

Летом 2009 года компания ON Semiconductor выпустила два новых изделия: CAT5171 и CAT5172 — цифровые потенциометры с разрешением на 258 положений без энергонезависимой памяти, с интерфейсами, соответственно, SPI и I²C. Структурные схемы потенциометров представлены на рис. 6.

 

 

Рис. 6. Структурные схемы цифровых потенциометров CAT5171 и CAT5172

Рассмотрим потенциометр CAT5172. Как видим, интерфейс SPI однонаправленный, то есть микросхема только принимает данные. Самое существенное достоинство — это возможность прямого задания управляющего кода. Потенциометры с управлением Up/Down не обеспечивали возможности чтения текущего состояния счетчика. Следовательно, в реальной системе состояние приходилось дублировать вне потенциометра. В таких потенциометрах было необходимо контролировать число циклов инкремента (декремента), необходимых для установления требуемого кода. Сама реализации одного цикла была достаточно сложна. При подозрениях на сбойную ситуацию привести потенциометр в среднее положение было возможно только при снятии питания.

В случае с CAT5172 возможности считать текущее состояния также нет, но есть возможность непосредственно записать требуемое значение. При этом нет необходимости помнить текущее состояние и думать «в какую сторону крутить потенциометр». Кроме того, естественным образом увеличилась разрешающая способность — длительность установки перестала зависить от того, насколько сильно надо изменить положение «движка»: на 3 дискретных шага или на 30. Интерфейс выполнен в простейшем варианте сдвигового регистра и легко реализуется как с помощью микроконтроллера, так и на жесткой логике. Число выводов микросхемы (если сравнивать с полным вариантом CAT5115) не изменилось.

Потенциометр CAT5171 реализован с использованием более сложного двунаправленного I²C. За счет этого появляются дополнительные возможности: он позволяет считать текущее состояние в целях контроля. Кроме того реализованы функции: принудительный возврат в среднее состояние и функцию Shutdown, то есть разрыв цепи резисторов между положениями H, W, L. Интерфейс I²C — тривиальный атрибут современных микроконтроллеров, и его реализация также не вызывает сложностей.

Другие дополнительные преимущества:

• Возможность реализации нескольких потенциометров в одном корпусе. Ранее каждый из потенциометров требовал своих линий управления, что увеличивало число выводов;
• Возможность чтения как регистра начальных значений, так и счетчика текущего состояния;
• Возможность реализации вариантов работы- например, прямой переход и инкремент по шагам.

 

Области применения

Области применения цифровых потенциометров в настоящее время весьма разнообразны, назовем некоторые из них:

• Подстройка «тонких» датчиков: давления, температуры, положения, оптических датчиков;
• Цифровая регулировка усиления;
• Регулировка частоты и скважности генераторов;
• Регулировка громкости в аудиосистемах;
• Регулировка смещения нуля в усилителях;
• Реализация регулируемых источников опорного напряжения;
• Регулировка выходного напряжения стабилизаторов;
• Регулировка контрастности ЖК-индикаторов;
• Замена электромеханических потенциометров на цифровые аналоги.

 

Заключение

Словосочетание «цифровые потенциометры» у большинства отечественных разработчиков прочно ассоциируется с компаниями Maxim Integrated Products и Analog Devices. Безусловно, названные компании заметны на этом направлении. Но и в компании ON Semiconductor оно возникло не на пустом месте. Купив в 2008 году компанию Catalyst Semiconductor, ONSemi существенно дополнила свою номенклатуру. EEPROM-память и цифровые потенциометры — для нее направления новые. Однако мы видим, что практически не обновлявшаяся с 2004 года линейка цифровых потенциометров Catalyst дополнилась новыми изделиями в целевых нишах. Безусловно, следует ожидать дальнейшего развития этого направления в продукции ON Semiconductor.

 

Литература

1. Ридико Л. Цифровые потенциометры//Компоненты и технологии, №5, 2001.

2. Шитиков А. Цифровые потенциометры от Dallas Semiconductor//Компоненты и технологии, №8, 2001.

3. Андрусевич А. Управление потенциалом. Цифровые потенциометры Maxim/Dallas//Новости электроники, №15, 2006.

4. CAP5128. 32-Tap Digital Up/Down Control Potentiometer//Документ компании On Semiconductor Doc. No. MD-2128 Rev. C (CAT5128-D.pdf).

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: analog.vesti@compel.ru

 

 

 

•••

Наши информационные каналы

Цифровые потенциометры – Компоненты и технологии

Цифровые потенциометры — альтернатива электромеханическим переменным резисторам. Их применение позволяет придать новые свойства электронным устройствам при одновременном уменьшении массогабаритных показателей и повышении надежности.

Практически каждая электронная схема содержит элементы, предназначенные для заводской подстройки характеристик или для оперативного управления ими пользователем аппаратуры. В подавляющем большинстве случаев для этих целей предназначены переменные резисторы, номенклатура которых весьма велика. Заменой электромеханическим резисторам с подвижным контактом, имеющим ограниченный ресурс, относительно большие габариты, требующим ручной установки в необходимое положение, становятся цифровые потенциометры (ЦП). Они тоже имеют свои ограничения по применению, однако при грамотном использовании способны заменить электромеханические устройства в подавляющем большинстве применений.

Структурная схема типичного цифрового потенциометра показана на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема цифрового потенциометра

Цепочка резисторов с отводами, коммутируемыми ключами, представляет собой собственно потенциометр с тремя выводами R_H, R_L и R_W. Положение движка R_W определяется позицией замкнутого ключа. Ключи управляются регистром (счетчиком) через дешифратор. Состояние счетчика изменяется через интерфейс входными логическими сигналами либо непосредственно, либо считыванием установленной в энергонезависимой памяти позиции. Управляющая логика обеспечивает заданный режим работы. ЦП должен иметь, по крайней мере, два вывода для подключения питающего напряжения — V_CC и GND. Для работы в двухполярном режиме требуется вывод для подключения источника отрицательной полярности V_SS. В некоторых ЦП, особенно предназначенных для использования при повышенных напряжениях, прикладываемых к резистивному элементу, могут присутствовать отдельные выводы для подключения к источнику питания аналоговой части V+ и V–. Для управления по соответствующей цифровой шине предназначено несколько интерфейсных выводов. От одного до четырех адресных выводов используется для присвоения индивидуального адреса ЦП при работе нескольких устройств на одной шине. Конкретный тип ЦП в зависимости от своих функциональных возможностей может иметь как более простую, так и более сложную схему.

Перечень фирм-производителей цифровых потенциометров, а также их основные характеристики приведены в таблице 1.

Таблица 1. Фирмы-производители цифровых потенциометров; * – У ЦП Summit специфическая схемотехника и ТКС в режиме потенциометра для большинства изделий не нормирован.

Номенклатура ЦП, представленная в таблице 2, предоставляет разработчику богатый выбор. Наиболее широкие возможности имеют ЦП от Analog Devices, Intersil и Maxim.

Схема включения

Большинство ЦП имеет три вывода от резистивного элемента, позволяющие включать устройство и потенциометром, и реостатом. Такие ЦП, как AD5246, AD5248, CAT5121, CAT5122, ISL90460, MAX5434, MCP4012, имеют только два вывода, позволяющие включать их только реостатом. AD5162, MAX5403_5, MAX5498_9 содержат один потенциометр и один реостат. В некоторых моделях, имеющих корпус с малым количеством выводов, к примеру ISL90460, ISL90462, вывод RL объединен с выводом GND, что несколько ограничивает схемотехнические возможности их применения. Обозначение выводов потенциометра RL и RH условно, определенно только, что с увеличением кода, управляющего потенциометром, растет сопротивление между выводами R_L и R_W.

Функциональная характеристика

Подавляющее большинство ЦП имеет линейную зависимость сопротивления от управляющего кода. Небольшая номенклатура ЦП имеет логарифмическую, как CAT5116, X9314, X9460, DS1866, MAX5407_11, или псевдологарифмическую, как DS1666, зависимость сопротивления от кода. Например, модели AD5231, AD5232, AD5235, AD5253_5 имеют две программируемые пользователем зависимости сопротивления — линейную и логарифмическую.

Номинальное сопротивление

Номинальное значение сопротивления резисторов находится в пределах от 1 до 1000 кОм. Нижний предел сопротивления ограничен как используемыми резистивными материалами, так и существенным увеличением влияния сопротивления движка. Большинство ЦП имеют номинальные значения сопротивления, равные 10, 50, 100 кОм. Потенциометры сопротивлением 1000 кОм производит только Analog Devices (AD5222, AD5241, AD5242). Отклонение сопротивления от номинального значения довольно значительно, в пределах ±(15–35)%, что объясняется сложностью производства точных резисторов по технологии интегральных схем.

Температурный коэффициент сопротивления

Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) находится в пределах ±(15–850) ppm/°С. Нижнее значение параметра соответствует уровню наилучших по этой характеристике металлофольговых переменных резисторов, а верхнее значение намного лучше, чем у углеродистых переменных резисторов. Значительно меньше температурный коэффициент отношения сопротивлений (ТКОС) (температурный коэффициент делителя), равный ±(1–60) ppm/°С. Для некоторых типов цифровых потенциометров величина ТКОС весьма мала при значительном ТКС (для MCP410x и MCP420x ±1 и ±800 ppm/°С соответственно). Стоит отметить, что обычно ТКС нормируется для полного сопротивления, а ТКОС — в среднем положении движка, при этом приводятся типовые значения параметров, однако из этих правил есть исключения. Так, для AD5259 типовое значение ТКС в начальном и среднем положении движка равно соответственно 500 и 15 ppm/°C, а типовое значение ТКОС — 60 и 5 ppm/°C. Для большинства ЦП фирмы Catalist Semiconductor и части ЦП фирмы Intersil нормировано максимальное значение ТКОС, равное 20 ppm/°C.

Сопротивление движка

В ЦП отсутствует подвижный контакт к резистивному элементу, его функции выполняет набор электронных ключей, коммутирующий отводы от цепочки резисторов на вывод R_W. В качестве ключей используются МОП-транзисторы, а сопротивление канала выступает в роли контактного сопротивления (сопротивления движка). Его типовое значение для разных моделей ЦП находится в пределах от 15 Ом (для AD5233) до 1000 Ом (для MAX5436_9). Максимальное значение сопротивления движка превышает типовое в несколько раз. Сопротивление канала МОП-транзистора зависит от напряжения питания, имеет большой температурный дрейф, что осложняет применение ЦП, особенно в режиме реостата или при заметной нагрузке потенциометра.

Количество ступеней

Следующее отличие ЦП от электромеханических резисторов в дискретном характере изменения сопротивления. Поскольку резистивный элемент представляет собой цепочку резисторов с отводами, сопротивление изменяется скачками от ступени к ступени, а разрешающая способность зависит от количества ступеней, которых в различных моделях ЦП может быть от 8 до 1024. Ненулевая разрешающая способность характерна и для проволочных переменных резисторов, часто используемых в качестве регулировочных элементов в прецизионных устройствах. В диапазоне сопротивлений 10–50 кОм эквивалентное и лучшее разрешение по сравнению с проволочными переменными резисторами имеют ЦП с количеством ступеней 512 и 1024. Обычно для ЦП с несколькими потенциометрами в корпусе количество ступеней одинаково для всех потенциометров. DS1845, DS1855 имеют один потенциометр на 100 ступеней, второй на 256 ступеней, а DS1846 — два потенциометра на 100 ступеней, один на 256 ступеней.

Количество резисторов в корпусе

Конструктивно в одном корпусе объединяются от одного до шести резисторов. Шесть резисторов в корпусе имеют только AD5206 и DS3930, причем в последнем присутствуют общий для всех резисторов вывод R_L и два вывода R_H, каждый на группу из трех резисторов. Практически все ЦП имеют в корпусе резисторы с одинаковыми номинальными сопротивлениями. Исключение — DS1845, DS1846, DS1855, DS3902, DS3906, X9241AM, включающие от двух до четырех потенциометров различных номиналов. Некоторые модели с двумя и более резисторами в корпусе обладают хорошо согласованными характеристиками. Для всех ЦП Catalist Semiconductor и части ЦП Analog Devices нормировано максимальное различие в сопротивлениях потенциометров в корпусе не более 1%.

Нелинейность характеристики

Для ЦП с линейной характеристикой нормируются дифференциальные и интегральные нелинейности в единицах младшего значащего разряда при включении потенциометром и реостатом. Значения нелинейности при включении потенциометром не более 0,25–2 МЗР для интегральной нелинейности, и не более 0,2–1 МЗР для дифференциальной нелинейности. Нелинейности при включении реостатом обычно равны или несколько больше соответствующих значений при включении потенциометром. Для ЦП с логарифмической характеристикой обычно приведены максимальные отклонения в дБ от идеальной характеристики.

Память

Потенциометры, имеющие в своем составе энергонезависимую память EEPROM, при подаче питающих напряжений устанавливаются в определенное положение, программируемое при регулировке электронного устройства. Если ЦП не имеет встроенной энергонезависимой памяти, то при включении питания, как правило, его движок устанавливается в начальное положение в ЦП с логарифмической характеристикой и в среднее положение в ЦП с линейной характеристикой. В AD5228 предустановка в начальное или среднее положение при подаче питания программируется коммутацией соответствующего вывода. Все ЦП фирмы Winbond Electronics и большая часть ЦП фирм Catalist Semiconductor и Intersil имеют встроенную энергонезависимую память. Все ЦП фирм Austriamicrosystems и Microchip, напротив, не имеют такой памяти. Среди ЦП, выпускаемых Analog Devices и Maxim, есть однократно программируемые изделия. Такие ЦП после установки движка в требуемое положение можно перевести в состояние, при котором последующая регулировка будет уже невозможна.

Таблица 2. Цифровые потенциометры (полную версию таблицы см. на сайте http://www.finestreet.ru/_pub/Table_2_full.xls)

Таблица 2. Цифровые потенциометры (полную версию таблицы см. на сайте http://www.finestreet.ru/_pub/Table_2_full.xls)

Таблица 2. Цифровые потенциометры (полную версию таблицы см. на сайте http://www.finestreet.ru/_pub/Table_2_full.xls)

Таблица 2. Цифровые потенциометры (полную версию таблицы см. на сайте http://www.finestreet.ru/_pub/Table_2_full.xls)

Допустимое напряжение на выводах

Принципиальное отличие ЦП от переменных резисторов в том, что напряжение на выводах ЦП не может быть больше регламентированного. Для большинства моделей это напряжение не может превышать напряжения питания. Подавляющее большинство ЦП предназначены для работы с однополярным источником питания напряжением 3–5 В, соответственно и потенциалы на выводах должны находиться в пределах 0–3(5) В. Это ограничивает область применения ЦП, но с учетом тенденции снижения питающего напряжения аппаратуры мест, в которых переменные резисторы не могут быть заменены ЦП, остается все меньше. Потенциометры X9318, X9319 при напряжении питания 5 В имеют допустимый диапазон напряжений на выводах потенциометра 0–8 В и 0–10 В соответственно, а XISL95310, ISL95311 даже 0–13 В. ЦП AD5260, AD5262, AD5280, AD5282 при соответствующем напряжении питания в однополярном режиме допускают напряжения на выводах в пределах 0–15 В, а AD5290 и AD7376 — в пределах 0–30 В. X9313, X9314, X9511 и некоторые другие ЦП от Intersil при однополярном питании работоспособны и при отрицательных потенциалах на выводах потенциометра. Многие модели ЦП могут использоваться и с двухполярным питанием, обычно при этом номинальное напряжение источников питания вдвое меньше, чем при однополярном питании, или равно ему. Такие ЦП, как X9420, X9428, DS1808, MAX5436_9, и некоторые другие, требуют наряду с питанием цифровой части отдельного двухполярного источника для питания аналоговой части, напряжение которого и определяет допустимый диапазон напряжений на выводах потенциометра. Для MAX5436_9 допустимый диапазон напряжений питания аналоговой части в пределах ±(5–15) В.

Полоса пропускания

Эквивалентная схема ЦП с учетом паразитных емкостей показана на рис. 2. Коэффициент передачи делителя имеет частотную зависимость, с ростом частоты входного сигнала коэффициент передачи уменьшается. Для всех ЦП, выпускаемых Austriamicrosystems, Analog Devices, Winbond Electronics, части ЦП Catalist Semiconductor и Maxim нормировано типовое значение полосы пропускания на уровне –3 дБ в режиме делителя напряжения при среднем положении движка, что позволяет сравнивать частотные свойства ЦП. Чем меньше номинальное сопротивление ЦП, тем шире его полоса пропускания. Для оценки пригодности ЦП в конкретном приложении сширокополосным сигналом потребуется провести расчеты полосы пропускания для реально возможных коэффициентов передачи делителя на постоянном токе. Типовые значения емкостей приводятся в справочных данных, для большинства ЦП C_L = C_H = 10 пФ, C_W = 25 пФ. Однако для ЦП Austriamicrosystems и Analog Devices типовые значения CL(CH) = = 10–140 пФ, C_W = 35–150 пФ, а ЦП серий MCP41xxx, MCP42xxx от Microchip имеют рекордно малое значение C_W = 5,6 пФ. Заметная разница значений соответствующих емкостей для ЦП разных производителей может быть вызвана различиями в методиках измерения.

Рис. 2. Эквивалентная схема ЦП

Шумы, помехи и искажения

Для большинства ЦП нормируется уровень собственных шумов. Как правило, ЦП с меньшим значением номинального сопротивления характеризуются и меньшими шумами.

Для ЦП характерен эффект проникновения цифровых управляющих сигналов в цепь переменного резистора через паразитные емкости. Для однократных заводских регулировок это несущественно. Но для оперативных регулировок, когда появление помех нежелательно, например, для регулирования громкости в усилителе, следует использовать ЦП с нормированным уровнем помех.

Для некоторых многоканальных ЦП нормируется взаимовлияние сигналов переменного тока в разных каналах, например, для AD5262 этот показатель равен –64 дБ на частоте 10 кГц, а для X9460 соответственно –102 дБ на частоте 1 кГц.

Модуляция сопротивления канала коммутирующего МОП-транзистора вызывает нелинейные искажения сигнала в пределах 0,001–0,1%.

Интерфейс и адресация

Для управления ЦП используются в основном три типа управляющих шин: SPI, I²C и Up/Down. Для некоторых моделей интерфейсы называются 3-Wire и 2-Wire, чаще всего при этом обеспечена совместимость с SPI и I2C соответственно, но могут быть и исключения, которые отмечены в справочной документации на конкретную микросхему. Единственный ЦП, DS2890, имеет интерфейс 1-Wire, причем для исполнения в трехвыводном корпусе ТО-92 через один вывод обеспечивается питание и управление. У части моделей ЦП предусмотрено по две разных шины управления, например SPI+I2C (AD5161, AD5263), 2-Wire+Up/Down (X9455), SPI+Up/Down (MAX5482_5).

Интерфейс Up/Down предоставляет возможность управлять ЦП вручную с помощью кнопок и существует в нескольких версиях. В AD5228 двумя кнопками — Push-Up и Push-Down — можно увеличить или соответственно уменьшить номер позиции движка. AD5227, CAT5111, CAT5113, CAT5116, X9116, X93154, WMS71xx имеют три вывода управления: CS — выбор устройства, U/D — направление, CLK или INC — регулирование. В ЦП CAT5110, CAT5118_22, ISL90460_2, MCP4011_14 вывод CS предназначен для выбора направления регулирования, а вывод U/D — для регулирования.

Некоторые модели ЦП обладают возможностью адресации, что позволяет управлять группой потенциометров по одной управляющей цифровой шине. Наиболее распространенный способ адресации ЦП — коммутация в соответствующих комбинациях от одного до четырех адресных выводов на положительный полюс питания и на «землю». Этим обеспечивается работа на одной управляющей шине двух (X9420, X8421), четырех (AD5251_4, AD5259, CAT5132, CAT5411, ISL23711, ISL95311), восьми (X9428, ISL90840, DS1845) или шестнадцати (CAT5221, CAT5419) устройств. В AD5228 комбинацией уровней на двух адресных выводах с тремя состояниями можно задать девять адресов. MAX5417_19 имеют четыре установленных производителем адреса, определяемых буквенным суффиксом, коммутацией одного внешнего вывода адресация расширяется до восьми устройств. DS3902 позволяет записать в энергонезависимую память до 128 адресов. Каждый DS2890 имеет уникальный 64-битный идентификационный номер, записанный производителем.

Конструктивное исполнение и условия эксплуатации

ЦП выпускаются в различных корпусах в зависимости от функциональных возможностей и требуемого количества выводов. Для монтажа в отверстия предназначены единственный в своем роде DS2890 в трехвыводном ТО-92 и много моделей в пластиковых DIP-корпусах с числом выводов от 8 до 24. Большинство ЦП выпускаются в корпусах для поверхностного монтажа: пяти-, шестивыводных SOT-23, SC-70 иMSOP, SO, TSSOP с числом выводов от 8 до 24. Есть модели в миниатюрных корпусах TDFN и BGA.

Диапазон рабочих температур для подавляющего большинства ЦП от –40 до +85 °С. Часть моделей ЦП фирм Catalist Semiconductor и Intersil выпускаются и для применения при температурах от 0 до +70 °С. Пожалуй, только Austriamicrosystems и Analog Devices изготовляют ЦП с более широким температурным диапазоном эксплуатации, вплоть до автомобильного: от –40 до +125 °С.

Дополнительные функциональные возможности

ЦП DS3904_5 включают три переменных резистора с объединенными с GND выводами R_L и ключами в каждом из выводов R_H, которыми резистор переводится в высокоимпедансное состояние. В MAX5437 и MAX5439 есть нескоммутированный операционный усилитель с возможностью отключения, а в SMP9512 — встроенный источник опорного напряжения. Для экономии электроэнергии некоторые модели ЦП Analog Devices (AD5200_1, AD5241_2, AD5260, AD5262, AD5280, AD5282) и Microchip (MCP41XXX, MCP42XXX) имеют вывод SHDN, позволяющий отключить управление. В некоторых ЦП (AD7376, MCP42XXX) предусмотрен вывод RS для установки движка в среднее положение. В AD5165 со сверхнизким энергопотреблением — инверсный вход выбора устройства CS для уменьшения энергопотребления. Наличие входа MODE позволяет изменять сопротивление двух потенциометров в AD5222 либо одновременно, либо порознь. Два встроенных диода в AD2850 предназначены для построения логарифмирующего усилителя. Для исключения влияния сопротивления нагрузки на характеристики потенциометра несколько типов ЦП фирмы Catalist Semiconductor (CAT5111, CAT5112 и др.) имеют на выходе буферный повторитель. Некоторые ЦП с интерфейсом SPI (AD5232, DS1867, WMS7201_4 и др.) оснащены выходами данных, позволяющими включать группу ЦП цепью с управлением по одной шине.

Среди множества моделей ЦП особое место занимают MAX5420, MAX5421, MAX5430, MAX5431, предназначенные для применения в усилителях с программируемым усилением, и MAX5426, предназначенный для применения в инструментальных усилителях с программируемым усилением. Все они имеют по четыре ступени, для них с очень высокой точностью нормируется отношение сопротивлений (0,025, 0,09 и 0,5 %) в рабочем диапазоне температур.

Области применения

С расширением номенклатуры ЦП, появлением моделей с дополнительными функциональными возможностями расширяется и сфера их применения. Вот лишь некоторые:

• оперативные и заводские регулировки в источниках опорного напряжения и источниках питания;
• регулировка смещения нуля операционных усилителей;
• регулировки «нуля» и «диапазона» в разнообразных датчиках;
• регулировки контрастности и подсветки в ЖК-индикаторах,
• управление яркостью светодиодов;
• оперативные и заводские регулировки в аудио- и видеоаппаратуре, в том числе управление громкостью и стереобалансом в аудиоаппаратуре среднего класса;
• управление частотой настройки, добротностью и усилением активных фильтров.

Схемы включения ЦП приведены как в справочных материалах на конкретные изделия, так и в многочисленных фирменных руководствах по применению. На рис. 3 изображена элегантная схема регулировки выходного напряжения импульсного стабилизатора напряжения. Характеристики стабилизатора слабо зависят от разброса номинального сопротивления ЦП и его ТКС.

Рис. 3. Применение ЦП в стабилизаторе напряжения

Имеющаяся номенклатура ЦП предоставляет разработчику богатый выбор. Самые широкие возможности имеют ЦП от Analog Devices, Intersil и Maxim.

Преимущества применения наборов резисторов над дискретными

Чип-резисторы и наборы резисторов широко применяются в современной радиоэлектронике благодаря их компактным размерам, широкому ряду моделей и т. д. С технической и экономической точек зрения, в цифровой и микропроцессорной технике целесообразно применять наборы резисторов, а не дискретные резисторы. В статье рассматриваются вопросы о преимуществах наборов резисторов над дискретными резисторами.

При проектировании и изготовлении цифровой и микропроцессорной техники (см. рис. 1) ее контакты всегда находятся либо в состоянии логического 0, либо в состоянии логической 1. В некоторых случаях необходимо изменить состояние с 0 на 1 или с 1 на 0. В любом случае следует удерживать цифровой контакт либо в 0 и затем изменить состояние на 1, либо удерживать его на 1, а затем изменить на 0. Так или иначе, цифровой вывод должен быть либо «высоким», либо «низким», но его нельзя оставлять плавающим.

Рис. 1. Пример цифрового входа – схемы Pull-Up и Pull-Down

Поскольку цифровая схема работает при слабом токе, подключение логических контактов непосредственно к напряжению питания или заземлению является неприемлемым вариантом. В силу того, что прямое соединение в конечном итоге увеличивает ток, как и короткое замыкание, может повредиться чувствительная логическая схема. Чтобы контролировать ток, требуются резисторы с понижением или повышением напряжения. Подтягивающий к питанию (pull-up) резистор позволяет контролировать ток от источника напряжения питания к цифровым входным контактам, а подтягивающие к земле (pull-down) резисторы эффективно управляют током от цифровых контактов к земле. В то же время оба резистора, понижающий и повышающий, поддерживают цифровое состояние низкого или высокого логического уровня, соответственно.

Резисторы Pull-up и Pull-down применяются для разных схем логического уровня во встроенном оборудовании, однопроводной системе протоколов, периферийных соединениях и прочих микроконтроллерных и микропроцессорных устройствах.

Поскольку у цифровых и микропроцессорных устройств количество входов/выходов соответствует разрядности 2N, где N – целое число, применяется большое количество подтягивающих и понижающих резисторов. В данном случае технически и экономически обосновано применение наборов резисторов, а не дискретных резисторов.

Наборы резисторов обладают рядом преимуществ над дискретными резисторами. К ним относятся:

• экономия площади печатной платы;
• близкое распределение температурных коэффициентов (ТКС) сопротивления резисторов в наборе;
• близкое распределение допускаемого отклонения сопротивления резисторов в наборе;
• повышение надежности;
• снижение расходов на монтаж;
• уменьшение числа компонентов в схеме;
• уменьшение числа паяных соединений;
• увеличение производительности производства.

Рис. 2. Распределение ТКС чип-резисторов

Наборы резисторов широко применяются в телекоммуникационном оборудовании, бытовых и промышленных электроприборах. Они оптимальны в случае необходимости экономии места на печатной плате. Наборы резисторов позволяют минимизировать габариты устройств, уменьшить стоимость и количество элементов, а экономия занимаемого места на плате достигает 33%.

Рис. 3. Распределение ТКС резисторов в наборе

Температурный коэффициент сопротивления показывает, насколько близко сопротивление одного резистора «следует» за сопротивлением других резисторов в сборке в заданном диапазоне температур. Как видно из рисунков 2–3, типичное распределение ТКС для наборов резисторов составляет всего ±25 ppm/°C, в отличие от дискретных чип-резисторов, у которых этот показатель равен ±200 ppm/°C. Таким образом, значения сопротивления соседних резисторов в сборке под воздействием температуры изменяются крайне мало по отношению к друг другу, что хорошо сказывается на функционировании схемы в целом.

Рис. 4. Распределение допускаемого отклонения сопротивления чип-резисторов

На рисунках 4–5 представлены распределения допускаемого отклонения сопротивления чип-резисторов и резисторов в наборе. Как видно из рисунков 4–5, типичное распределение допускаемого отклонения резисторов в наборе резисторов составляет ±2%, для дискретных чип-резисторов оно равно ±5%. В отличие от дискретных чипов в резисторных сборках, разброс параметров минимален благодаря общей подложке, а также тому, что все резисторы сборки изготавливаются в едином технологическом процессе.

Рис. 5. Распределения допускаемого отклонения сопротивления резисторов в наборе

Одно из преимуществ наборов резисторов над дискретными резисторами – меньшее число компонентов в схеме. За счет этого удается сократить площадь печатной платы, а также уменьшить количество паяных соединений. В результате снижаются не только расходы на монтаж, но и габариты устройства.

Рис. 6. Распределение температуры в наборе резисторов

Еще одним преимуществом наборов резисторов является распределение тепла по всему корпусу (см. рис. 6). Рассмотрим случай, когда чаще всего работает один канал цифрового контроллера, а три остальных включаются периодически; схема реализована через понижающие резисторы. При использовании отдельно установленных резисторов один из них всегда перегружен, что, в свою очередь, негативно отражается на надежности всей системы. При использовании набора резисторов нагрев распределяется равномерно по всей сборке.

Рис. 7. Изолированные резисторы в наборе

Очевидное преимущество, которое обеспечивают наборы резисторов, состоит в интеграции нескольких резисторов в одну часть. Это снижает общее количество компонентов и мест размещения, уменьшает размер, вес конструкции и повышает надежность. Влияние сокращения количества мест размещения может быть значительным. На самом деле, для наборов резисторов небольшого размера затраты на размещение намного превышают стоимость самого компонента, если учитывать общую стоимость использования каждого компонента. Даже несмотря на то, что цена набора резисторов 4х0603 превышает стоимость четырех дискретных чип-резисторов 0603, общая стоимость решения с массивами ниже, чем дискретного решения, с учетом затрат на размещение четырех дискретных компонентов по сравнению с одним массивом.

Рис. 8. Резисторы с общим выводом в наборе

Существуют разные электрические схемы соединения резисторов в наборе – они представлены на рисунках 7–9.

Рис. 9. Электрическая схема «двойной терминатор»

Массив подтягивающих к питанию или к земле резисторов от цифровых входов можно монтировать как с изолированной электрической схемой, так и с общим выводом.

Например, при использовании электрической схемы «двойной терминатор» с сопротивлениями R1 = 220 Ом и R2 = 330 Ом получим:

При изменении направления напряжения получим:

V_1вых№2 ± 2% в диапазоне 2,94–3,06 В, R_11вых№2 ± 2% в диапазоне 1,96–2,04 В.

Электрическая схема резисторов в наборе «двойной терминатор» применяется для подключения линий передачи данных TTL, а также в качестве пар завершающих согласованных резисторов в высокоскоростном протоколе ECL (эмиттерно-связанная логика). Типовое применение показано на рисунке 10.

Рис. 10. Типовое применение наборов резисторов в высокоскоростном протоколе ECL

На российском рынке электронных компонентов представлены наборы резисторов, которые изготавливаются в разных конструктивных исполнениях.

Наборы резисторов разделяют по типу монтажа на поверхностный (SMD) и навесной. В свою очередь, наборы резисторов для поверхностного монтажа подразделяются на безвыводные и выводные. В таблице представлены отечественные предприятия–производители, которые выпускают наборы резисторов, а также их основные технические характеристики.

Компания	Продукция	Импортные аналоги	Номинальная мощность рассеяния, Вт	Диапазон номинальных сопротивлений, Ом	Допустимое отклонение сопротивления, %	ТКС ×10–6, 1/°С
АО «Ресурс»	НР1-2Р	CAT-16 от Bourns	0,062	10–1×106	±1; ±2; ±5	±200
	НР1-3Р	CAY-16 от Bourns
	НР1-4Р	CAT-25 от Bourns	0,0625		±5
	НР1-79	4600Х от Bourns	0,75–1,38	10–51	±5	±100; ±250
				51–1×106	±1; ±2; ±5
				1×106–150×106	±2; ±5; ±10
	НР1-80	4800Р от Bourns	0,08	10–49	±5; ±10
				49–1×106	±1; ±2; ±5
			0,16	1×106–15×106	±2; ±5; ±10
				15×106–150×106	±10
АО «НИИЭМП»	НР1-19	4600Х* от Bourns	0,05	22–1000	±0,5	±50; ±100; ±250
			0,125	10–107	±1; ±2
				10–3,3×106	±5; ±10
	НР1-20		0,125	10–106	±1; ±2	±100; ±250
					±5; ±10
	НР1-7Б		0,5–1	10–3,3×106	±2; ±5	±250; ±500
					±10
ОАО «Алагирский завод сопротивлений»	НР1-19-3М	4600Х* от Bourns	0,125	10–3,3×106	±2; ±5	±100; ±250
	НР1-20		0,25	10–1×106	±1; ±2
					±5; ±10

* В отличие от импортных аналогов, шаг между выводами в наборе резисторов равен 2,50 мм, а не 2,54 мм.

Расшифровка цифровой маркировки SMD резисторов: номиналы, мощности и размеры

Автор Aluarius На чтение 8 мин. Просмотров 3k. Опубликовано 20.05.2020

Что собой представляет маркировка smd резисторов

Резисторы smd – это постоянные детали, которые необходимы для поверхностного монтажа на плату. Если сравнивать smd резисторы и металлопленочные резисторы, то первые будут в несколько раз меньше, но есть и такие которые имеют большие размеры, именно поэтому существует маркировка smd резисторов. По форме они также отличаются, есть квадратные, прямоугольные и круглые и даже овальные. Внимательно изучая смд резистор маркировку, можно отметить, что маркировка бывает цифровая или буквенная.

 

Главным отличием смд резисторов является наличие небольших контактов, которые вставляются в печатную плату. Рассмотрим, для чего нужна маркировка резисторов.

Для чего нужна маркировка резисторов

Учитывая тот факт, что смд резисторы имеют небольшой размер, на них нельзя нанести цветовую маркировку, поэтому производителями был разработан иной способ маркировки. Как правило, обозначение smd резисторов содержат три или четыре цифры, могут присутствовать буквы.

1. Цифровая маркировка резисторов необходима для того, чтобы указывать на численное значение сопротивления резистора, последняя цифра является множителем. Она же может указывать на степень, которую надо возвести 10, чтобы получить окончательный результат. Например, определить сопротивление можно таким образом: 450 = 45 х 10^{равно 45 Ом.}
2. Если маркировка имеет вид EIA-96, то это означает, что резисторы высокой точности. Этот стандарт предназначается для резисторов, которые имеют небольшое сопротивление в 1%. Такая система маркировки имеет три элемента: 2 цифры, которые указывают на код номинала, а буквы являются множителем. Цифры – это код, которое дает число сопротивления. Например, код 04 может указывать на 107 Ом.

Для удобного расчета применяется калькулятор, который поможет быстро найти величину сопротивления. Для расчета надо ввести код, который есть на компоненте и сопротивление сразу отобразиться внизу. Такой калькулятор подходит не только для стандарта. Чтобы более точно проверить сопротивление, лучше всего для расчета применять мультиметр. Какой лучше мультиметр выбрать, читайте здесь.

Какие характеристики показывает

Самой главной характеристикой деталей является величина номинального сопротивления, допуск на величину и коэффициент температуры. С любой из этих характеристик связана мощность smd резисторов и сопротивление между ним и окружающей температурой. В некоторых областях учитываются даже шумовые характеристики.

Важно! Характеристики компонентов включают в себя стабильность, напряжение, зависимость от сопротивления и частотные параметры.

Чтобы подробно разобраться в этом вопросе, надо внимательно изучить все характеристики:

1. Величина номинального сопротивления. Допуск на величину номинального сопротивления задается в процентах. Такое значение указывает на сопротивление резистора при внешних воздействиях на него.
2. Температура. Как правило, естественной температурой считается +20°С и должно быть нормальное атмосферное давление. СМД резисторы выпускаются с допуском на номинальное сопротивление в пределах от ±0.05% до ±5%.
3. Точность. Самыми точными резисторами можно считать те, которые высчитываются по формуле ТКС=DR/(R*DТ). DR означает изменение сопротивления при перемене температуры на величину DТ, R – номинальное значение сопротивления.

Если компоненты можно просчитать по этой формуле, то это означает, что они обладают наивысшей точностью.

Разновидности маркировки SMD резисторов

Важной характеристикой резисторов считается типоразмер. Простыми словами говоря, это величина, длина и ширина корпуса. Именно учитывая эти элементы, удается подобрать соответствующие разводке платы.

Справка! Все размеры смд резисторов в документации указываются при помощи специальных цифр и букв. Первые цифры могут указывать именно на размеры, которые подаются в миллиметрах, вторая пара символов – ширина, тоже в миллиметрах.

Рассмотрим, некоторые типовые размеры резисторов и их расшифровку по цифрам:

1. SMD-резисторы 0201: длина =0,6 мм, ширина =0,3 мм, высота =0,23 мм. Номинальные значения составляют 0 Ом, 1 Ом — 30 МОм. Мощность всего 0,05 Вт, напряжение максимум 50 В.
2. SMD-резисторы0402: длина =1,0 мм, ширина =0,5 мм, высота =0,35 мм. Номинальные значения составляют 0 Ом, 1 Ом — 30 МОм. Мощность всего 0,05 Вт, напряжение максимум 100 В.
3. SMD-резисторы 0603: длина =1,6 мм, ширина =0,8 мм, высота =0,45 мм. Номинальные значения составляют 0 Ом, 1 Ом — 30 МОм. Мощность всего 0,01 Вт, напряжение максимум 100 В.
4. SMD-резисторы 0805: длина =2,0 мм, ширина =1,2 мм, высота =0,4 мм. Номинальные значения составляют 0 Ом, 1 Ом — 30 МОм. Мощность всего 0,125 Вт, напряжение максимум 200 В.
5. SMD-резисторы 1206: длина =3,2 мм, ширина =1,6 мм, высота =0,5 мм. Номинальные значения составляют 0 Ом, 1 Ом — 30 МОм. Мощность всего 0,25 Вт, напряжение максимум 400 В.
6. SMD-резисторы 2010: длина =5,0 мм, ширина =2,5 мм, высота =0,55 мм. Номинальные значения составляют 0 Ом, 1 Ом — 30 МОм. Мощность всего 0,75 Вт, напряжение максимум 200 В.
7. SMD-резисторы 2512: длина =6,35 мм, ширина =3,2 мм, высота =0,55 мм. Номинальные значения составляют 0 Ом, 1 Ом — 30 МОм. Мощность всего 1 Вт, напряжение максимум 400В.

Из этого следует, что если увеличивается маркировка чип резисторов, то повышается и номинальная рассеиваемая мощность.

Трехзначные цифры

Если маркировка осуществляется при помощи 3-х цифр, то первые две указывают на количество Ом, а последняя – количество нулей. Именно таким образом маркируются резисторы из ряда Е-24, отклонение может составлять 5%. Например, типоразмер резисторов с маркировкой 0603, 0805 и 1206.

Четырехзначные цифры

Если маркировка осуществляется при помощи 4-х цифр, то тогда первые 3 цифры – это количество Ом, а последняя – нули. Именно так составляется описание резисторов из ряда Е-96 с типоразмерами 0805, 1206. Если дополнительно еще можно рассмотреть буквенные значения, например букву R, то она играет роль запятой, которая делит доли. Например, если маркировка 4402, то это можно расшифровать, как 44 000 Ом или 44 кОм.

Стандарт EIA-96

Если резистор представлен комбинацией из букв и цифр, то первые два знака – значение Ом. Начинать маркировать детали могут с букв именно таким, и является стандарт EIA-96.

Примеры расшифровки цифровой маркировки СМД резисторов

Чтобы быстрее разобраться в расшифровке маркировок смд резисторов, необходимо рассмотреть несколько вариантов.

Резистор 103

Для расчета сопротивления, стоит с самого начала разобраться с цифрами.12 кОм с погрешностью в 1%

Резистор 2r2

Если компонент имеет дробную величину, то в шифре вместо точки ставиться буква R. В таком случае, расчет для резистора 2R2 = 2,2 Ом.

Сложнее всего просчитать буквенные и цифровые коды, так как цифры содержат одну информацию, а буквы выступают в качестве множителя. Для быстрого расчета есть специальные онлайн–калькуляторы, которые помогают определить сопротивления SMD-резистора. Также существует таблица маркировки, которая пригодиться при расчетах.

Таблица маркировки SMD резисторов (код/номинал/размер/мощность) таблица

смд резисторы маркировка таблица:

Код	Номинал, Вт	Размер	Мощность В
0402	0.062	Длина 1.0 ±0.1, ширина 0.5 ±0.05, высота 0.35 ±0.05	100
0603	0.1	Длина 1.6 ±0.1 ширина 0.85 ±0.1 высота 0.45 ±0.05	100
0805	0.125	Длина 2,1±0,1 ширина 1.3 ±0.1 высота0.5 ±0.05	200
1206	0.25	Длина 3.1 ±0.1 ширина1.6 ±0.1 высота0.55 ±0.05	400
1210	0.33	Длина 3.1 ±0.1 ширина 2.6 ±0.1 высота0.55 ±0.05	400
2010	0.75	Длина 5.0 ±0.1 ширина 2.5 ±0.1 высота 0.55 ±0.05	400
2512	1	Длина 6.35 ±0.1 ширина 3.2 ±0.1 высота 0.55 ±0.05	400
0075	0,02	Длина 0,3 Ширина 0,15	100
01005	0,03	Длина 0,4 Ширина 0,2	100
0201	0,05	Длина 0,6 Ширина 0,3	100
1218	1 ; 1,5	Длина 3,2 Ширина 4,8	150
1812	0,5; 0,75	Длина 4,5 Ширина 3,2	200

На сегодняшний день есть огромное количество узкоспециализированных деталей, которые отличаются своими преимуществами и недостатками. Например, существуют конденсаторы, которые могут работать при высоких температурах, практически при 230 °C, есть такие которые рассчитаны для работы в агрессивной среде, а также появились миллиомные чип-резисторы. Есть такие конденсаторы, которые могут применяться только в определенных цепях. Таблица, приведенная выше, указывает на стандартные варианты, но мощность рассеивания на самом деле может отличаться.

Как правильно подобрать SMD резистор

Резисторы, которые изготовляются по технологии surface mount device или кратко SMD устанавливаются на поверхность платы, чаще всего при помощи паяльника присоединяются к печатным проводникам. Технология именно такого монтажа дала возможность привести к автоматизму установки компонентов, при этом применяются разные способы пайки. Используя конденсаторы SMD можно уменьшить размеры аппаратуры, а также сократить время на изготовление элемента.

Учитывая, что разновидностей существует много, необходимо знать, как их выбирать. В первую очередь стоит по достоинству оценить их преимущества и недостатки. Также нельзя выбирать компонент, не зная особенностей его применения и области, в которой он может пригодиться.

Рассматривая каждый резистор в отдельности, можно говорить о том, что он представляет собой двухвыводный компонент, который применяется для ограничения тока, распределения напряжения и формирования временных характеристик цепи. Вместе с пассивными компонентами применяются активные – это операционные контролеры, интегральные схемы, которые необходимы для того, чтобы контролировать и осуществлять смещение, фильтрацию и ввод-вывод.

Если используются переменные конденсаторы, то они необходимы исключительно для изменения параметров схемы. Такие компоненты чувствительны к току и измеряют напряжение в цепях. Что касается материала, из которого они могут изготавливаться, то тут выбор также огромен, применяется для изготовления: металлофольга, керамика, варистор, металлические, имеются фоторезисторы.

Важно! Четко знать, какая должна быть мощность и определиться перед выбором с областью применения.

Естественно, что лучше всего выбирать наиболее точные компоненты, которые отличаются эксплуатационными характеристиками, подбирать габариты. Следует четко понимать, что какие бы технические характеристики не использовались в качестве увеличения мощности, есть еще такое понятие, как отвод тепла. Некоторые детали могут работать при больших температурах, но энергию тепла отводить необходимо. Тогда дополнительно к таким резисторам предъявляются еще и дополнительные требования в отношении монтажа на плату. Чаще всего для отвода тепла применяются контакты медных проводников, за счет этого поверхность платы может охлаждаться.

Бывает так, что в печатных платах под поверхностный монтаж элементов отводят толщу платы и специальные оборудуют медные полигоны, которые выступают в роли радиатора. Иногда, оказывается, невозможно поступить по другому, кроме как применить принудительное внешнее охлаждение, например, устанавливаются микро – вентиляторы. Среди большого выбора следует подобрать компонент, который необходим.

Недорогой твердотельный переменный резистор

это меньше ответ и больше предостережение при использовании цифровых горшков или подобных устройств.

Убедитесь, что вы внимательно посмотрите на их реальный режим работы, а не только на теорию или эквивалентную схему в техническом описании.

Несколько лет назад у меня был дизайн, в котором было несколько аналоговых входов, предназначенных для работы как на уровне линии, так и на уровне микрофона. В качестве такового использовался дифференциальный каскад предварительного усилителя с использованием микросхемы, разработанной для этой цели, с регулируемым усилением от 0 до 60 дБ. Нам нужно было управлять усилением, установленным цифровым способом, с помощью микроконтроллера, который был установлен с одним внешним резистором. Резистор был на пути прохождения сигнала и соединен с переменным током (+/- вокруг земли). Это не упоминалось в техническом описании предусилителя и не ожидалось, поскольку выход предварительного усилителя был привязан к входу АЦП ЦСП. Выход колебался около 1,65 В и всегда оставался над землей. Благодаря обратной связи от DSP система автоматически регулирует усиление предварительного усилителя, чтобы приблизиться к входу полного диапазона на АЦП для улучшения разрешения.

Сначала я просто использовал цифровой потенциометр AD, который во всех отношениях представлял собой обычный старый горшок, все указывало на то, что это был резистор с цифровым управлением положением стеклоочистителя. Ну, это не так. Внутренне это было реализовано с помощью каскада транзисторов, настроенных на постоянное сопротивление. Поначалу это звучит неплохо, но это означает, что резистор не может пропускать напряжение за пределами источников питания. Я реализовал это с 3,3 В и GND для 2-х шин, как мы использовали для цифрового ввода-вывода. Но в этой конфигурации резистор не мог пропускать ток с отрицательным напряжением, и он просто обрезал дно любого связанного с переменным током сигнала, проходящего через него.

Это было немного болезненно, поскольку это означало, что ему нужно было отключить аналоговые источники питания, но при этом иметь последовательные сигналы от цифровых частей схемы, подключенной к нему.

В любом случае, важно убедиться, что вы делаете все возможное и точно знаете, как выглядит сигнал, который должен пройти через переменный резистор, и что он будет работать, учитывая топологию конструкции резистора.

Как работает цифровой потенциометр, зачем и где их использовать?

Потенциометр – это переменный резистор, который можно использовать в цепи для управления сопротивлением, током и напряжением в цепи для достижения определенного выхода, мы уже знаем основы резистора и как они работают. Потенциометр – это просто переменный резистор, иногда также называемый реостатом, который вы все могли видеть в своей физической лаборатории, он состоит из металлической катушки, намотанной на цилиндрической платформе, которая состоит из скользящего контакта, который используется для управления сопротивлением цепь.Типичный реостат показан на рисунке ниже

.

Потенциометр (POT) имеет аналогичную функцию, но в ограниченном пространстве и имеет другую конструкцию, такую ​​как типичные радиопотенциометры, предустановленный потенциометр, потенциометр с колесиком и т. Д. Контроллеры в вашей стереосистеме – это потенциометры, а регуляторы, которые используются для управления скоростью потолочного вентилятора, также являются формой потенциометра.Точно так же все, что управляет выходом системы, изменяя сопротивление, ток и напряжение, является формой потенциометра. Все это сказано только для того, чтобы вы поняли, насколько важны потенциометры. Что делать, если вы хотите автоматически регулировать громкость или настраивать радио, фактически не поворачивая ручку? Здесь на помощь приходит цифровой потенциометр. В этой статье мы узнаем больше о цифровых потенциометрах, как они работают и как вы можете их использовать.

Что такое цифровой потенциометр?

Механические потенциометры используются для ручного управления, когда кто-то должен физически изменять сопротивление устройства, чтобы изменить выход.Но цифровой потенциометр может автоматически изменять свое сопротивление в зависимости от заданных условий. Цифровой потенциометр действует точно так же, как потенциометр, сопротивление которого можно изменять с помощью цифровой связи (например, I2C, SPI) вместо прямого вращения ручки.

Механические потенциометры называются POT из-за их структуры, похожей на горшок, которая состоит из трех клемм для входа, выхода и заземления, а также контроллера наверху, который используется для управления сопротивлением, поворачивая его по часовой стрелке или против часовой стрелки.

Самым большим недостатком POT является то, что на них легко влияют такие факторы окружающей среды, как пыль, грязь и влага, которые могут уплотнять вал стеклоочистителя, что делает их непригодными для определенных видов применения. Чтобы преодолеть эти недостатки, цифровые потенциометры или вскоре были представлены цифровые потенциометры или digiPOT , которые могут работать в средах с вибрацией и такими частицами, как грязь, пыль, влага и жир, без изменения характера работы.

Почему DigiPOT предпочтительнее POT?

DigiPOT лучше защищены в различных условиях окружающей среды, поскольку они инкапсулированы в виде ИС.Они менее уязвимы к вибрациям и не подвержены физическим воздействиям, что делает их более надежными в использовании. DigiPOT может поместиться в крошечный корпус микросхемы размером 2,9 мм x 2,8 мм или даже меньше, который можно легко установить на печатной плате. Самый популярный цифровой потенциометр MCP41010 IC высевается ниже

.

MCP41010 включает в себя четыре блока digiPOT в одном корпусе, а также режим выключения и программируемые предустановленные положения при включении положения дворника.Они предлагают более высокое разрешение, большую стабильность и надежность для всех типов приложений.

Работа цифрового потенциометра

Чтобы понять, как работает цифровой потенциометр, давайте рассмотрим архитектуру цифрового потенциометра . Это действительно просто, поскольку у него есть только одна функция, которую нужно выполнять в цепи, – управлять током / напряжением в зависимости от заданного состояния. Блоки электронного потенциометра включают в себя серию резисторов, блок памяти и блок управления / интерфейса

.

Серия резисторов

Digipots построены путем соединения ряда резисторов в виде лестницы; каждая ступенька лестницы состоит из переключателя, подключенного к выходу потенциометра.Сопротивление устройства определяется , вычисляя количество шагов, у него есть, чем больше количество шагов, тем больше значение сопротивления.

Итак, чтобы определить количество шагов, вам нужно использовать битовое значение, то есть, если цифровое устройство имеет N битов, это означает, что он имеет 2 ^N шагов. Например, если количество бит равно 6, то 2 ⁶ = 64 шага, если количество бит 9, то 2 ⁹ = 512 шагов.

Блок памяти

Все цифровые устройства имеют своего рода память для своих операций, поскольку цифровой потенциометр также является формой цифрового устройства, они также имеют блок памяти.В большинстве случаев они имеют энергозависимую память, энергозависимую память используются только во время работы, и они не сохраняют никакой предшествующей информации после выключения. Следовательно, большинство цифровых накопителей запускаются с первого шага при перезапуске, в некоторых случаях эти устройства связаны с FPGA или микроконтроллером для сохранения последней позиции.

На рынке доступны некоторые специальные цифровые устройства, которые используют энергонезависимую память, в которой последний шаг потенциометра сохраняется в устройстве, так что последний шаг устройства будет сохранен даже после выключения устройства.

Блок управления и сопряжения

Блок управления является наиболее важным элементом цифрового потенциометра, поскольку именно он отличает цифровой потенциометр от традиционного потенциометра. Блок управления – это то место, где управляющий сигнал отправляется от микроконтроллера, такого как Arduino, для изменения сопротивления цифрового потенциометра.

Почти все потенциометры имеют синхронную или асинхронную последовательную шину в качестве интерфейса в блоке управления, за исключением того, что некоторые цифровые потенциометры используют логику управления или переключатели на передней панели.Интерфейсная шина увеличения / уменьшения является наиболее распространенной асинхронной шиной, используемой в цифровом потенциометре, который использует счетчик увеличения / уменьшения. На блок-схеме с расширением показан цифровой потенциометр с интерфейсом управления увеличением / уменьшением.

Интерфейс увеличения / уменьшения использует три сигнала, как вы можете видеть на изображении выше, это сигналы

CS: CS – это сигнал выбора микросхемы (CS), он используется как вход адреса для нескольких приложений цифрового потенциометра, когда он включен.

U / D: Стеклоочиститель потенциометра следует перемещать вверх или вниз для увеличения или уменьшения сопротивления потенциометра. Этот процесс активируется сигналом вверх / вниз (U / D).

INC: Сигнал приращения (INC) также используется для перемещения скребка, скребок перемещается при каждом спадающем фронте сигнала приращения.

Как я уже сказал, интерфейс увеличения / уменьшения является наиболее часто используемой асинхронной шиной, аналогично наиболее часто используемыми синхронными шинами являются SPI, I ² C, двухпроводные и микропроводные шины.Из этих шин наиболее предпочтительным типом интерфейсов является I ² C и SPI. На приведенной ниже схеме блога показан цифровой потенциометр с интерфейсом I2C Control .

Шина I ² C имеет два основных сигнала, а именно

SCL / SCK: Это последовательные часы интерфейса, которые синхронизируют секцию управления.

SDA: SDA может быть расширен как последовательные данные, линии последовательных данных используются для передачи данных от интерфейса к системе управления.SDA являются двунаправленными по своей природе, поэтому они могут обмениваться данными в обоих направлениях.

Аналогично, интерфейс управления SPI Цифровые потенциометры имеют четыре основных сигнала, как показано ниже. Опять же, Контроллер может быть любым микроконтроллером, таким как Arduino, PIC, AVR или Raspberry PI, а периферийным устройством может быть любой цифровой потенциометр

.

CS: Выбор микросхемы (CS) / Выбор ведомого (SS) используется для выбора необходимой системы управления, если к интерфейсу подключено более одной системы управления.

SCK: SCK – это последовательные часы интерфейса.

SDI: SDI означает цифровой вход ведомого устройства, здесь ведомое устройство может быть системой управления, и, следовательно, вход от системы управления доставляется как сигнал SI.

SDO: SDO означает «ведомый цифровой выход». Подобно ведомому входу, SO – это выходной сигнал для системы управления от интерфейса.

Как выбрать цифровой потенциометр для приложения?

Если вы хотите выбрать правильный цифровой потенциометр для ваших приложений, вы должны учитывать следующие параметры

Конфигурация резистора

Вы должны выбрать, как должен работать ваш цифровой потенциометр, поскольку цифровой потенциометр может работать в двух различных конфигурациях, одна как потенциометр или как реостат.

В режиме потенциометра конфигурация состоит из трех клемм A, B и W, здесь цифровой потенциометр работает как драйвер напряжения. Напряжение на клеммах дворника прямо пропорционально напряжению, приложенному между клеммами A и B, и сопротивлению на R _AW и R _WB. Конфигурация потенциометра наиболее предпочтительна для таких приложений, как ЦАП, LCD V _COM Регулировка и ослабление аналогового сигнала.

В режиме реостата цифровой потенциометр будет работать как реостат с цифровым управлением, в котором учитываются только две клеммы, неиспользуемая клемма может быть оставлена ​​неиспользованной или может быть привязана к клемме W. Сопротивление между концами устройства имеет 2 точки контакта ^N , доступные для клемм стеклоочистителя. Результирующее сопротивление можно измерить между контактом A и дворником (R _AW ) или между контактом B (R _WB ).Режим реостата в основном используется в таких приложениях, как калибровка моста Уитстона, регулировка усиления операционного усилителя и настройка аналоговой фильтрации.

Цифровой интерфейс

Цифровой интерфейс используется для подачи управляющего сигнала на цифровой потенциометр, вы должны выбрать лучший цифровой интерфейс, который подходит для вашего приложения, среди SPI, I ² C, кнопок и интерфейсов вверх / вниз. Поскольку мы уже знаем об интерфейсах, здесь я только что включил некоторые ключевые различия между интерфейсами. SPI Цифровой потенциометр типа работает с тактовой частотой до 50 МГц, а тип I ² C может поддерживать стандартный и быстрый режим с тактовой частотой до 400 кГц. Кнопочные цифровые потенциометры типа могут взаимодействовать с системой, просто добавляя два кнопочных переключателя, а интерфейсом Up / Down можно управлять с помощью любого хост-контроллера или дискретной логики или вручную с помощью поворотного энкодера.

Внутренняя память

Существуют различные типы внутренней памяти, используемые в потенциометре, чтобы определять начальное положение стеклоочистителя. , в зависимости от типа памяти вы можете выбрать начальное положение стеклоочистителя для изменения.В цифровом потенциометре используются четыре типа внутренней памяти: только энергозависимая память, одноразовая программируемая память (OTP), многоразовая программируемая память (MTP) и EEPROM

.

Напряжение питания

Вы должны знать о максимальном сигнальном напряжении, которое может быть приложено к клеммам A, B и W, где положительный V _DD и отрицательный V _SS определяют границы напряжения. Если приложенное напряжение превышает ограниченное значение, V _DD или V _SS будут ограничены внутренним диодом с прямым смещением.

Сопротивление от конца до конца

Сопротивление между концами – это максимальное значение сопротивления между любой из двух клемм. Существует широкий ассортимент потенциометров с сквозным сопротивлением от 1 кОм до 1 МОм. Наиболее часто используемые типы цифровых потенциометров будут иметь сопротивление 10 кОм, кроме цифровых потенциометров 5,50 и 100 кОм также используются.

Разрешение

Разрешение – это битовое значение потенциометра, которое используется для определения шагов дворника.Вы должны выбрать разрешение, достаточное для вашего приложения. Чаще всего используются разрешения 8, 5 и 10 бит.

Производительность

Если вы хотите, чтобы ваш потенциометр хорошо работал в приложении, вы должны принять во внимание следующие ключевые параметры и выбрать значения, которые подходят для вашего приложения. Некоторые из важных ключевых параметров – это погрешность допуска резистора, температурный коэффициент цифрового потенциометра и полоса пропускания

.

Упаковка

Цифровой потенциометр доступен в различных типах корпусов, таких как MSOP, SC70, TSSOP, SOIC и т. Д.Проанализируйте свое приложение и выберите наиболее подходящий пакет для более эффективного и экономичного выполнения операций.

Применение цифрового потенциометра Цифровые потенциометры

могут использоваться в любых приложениях, где бы ни использовались подстроечный потенциометр или существующий резистор, поскольку ими можно управлять с помощью замкнутого контура. Чаще всего цифровой потенциометр используется для регулировки громкости звука. Ниже приведена типовая принципиальная схема приложения, на которой микросхема AD5259 используется с микросхемой усилителя операционного усилителя для управления громкостью (усилением) выходного аудиосигнала.

Ниже приведены некоторые из приложений, в которых могут использоваться цифровые потенциометры.

• Для регулировки громкости стерео и других устройств
• Для регулировки яркости и контрастности светодиодов
• Программируемый регулятор напряжения
• Цепи автореференс датчика
• Для изменения сопротивления в аналоговой цепи
• Автоматическая регулировка усиления
• Используется для подстройки и калибровки датчика.
• Регулировка уровня в автомобильной электронике
• Программируемые источники питания, фильтры, постоянные времени или значение задержки.

Что такое подтягивающий и понижающий резисторы и где их использовать?

Что такое резистор?

Резисторы – это устройства ограничения тока, которые широко используются в электронных схемах и изделиях. Это пассивный компонент, который обеспечивает сопротивление при прохождении через него тока. Есть много разных типов резисторов.Сопротивление измеряется в Ом со знаком Ом.

Что такое подтягивающий и понижающий резисторы и зачем они нужны?

Если мы рассматриваем цифровую схему, выводы всегда либо 0, либо 1. В некоторых случаях нам нужно изменить состояние с 0 на 1 или с 1 на 0. В любом случае нам нужно удерживать цифровой вывод либо 0, а затем измените состояние на 1, или нам нужно удерживать его 0, а затем изменить на 1. В обоих случаях нам нужно сделать цифровой вывод « High » или « Low », но его нельзя оставлять плавающим. .

Итак, в каждом случае состояние изменяется, как показано ниже.

Теперь, если мы заменим значение High и Low фактическим значением напряжения, тогда High будет логическим уровнем HIGH (скажем, 5 В), а Low будет заземлением или 0 В.

Подтягивающий резистор используется для установки состояния цифрового вывода по умолчанию как Высокий или на логический уровень (на приведенном выше изображении это 5 В), а Понижающий резистор делает прямо противоположное, он заставляет состояние цифрового вывода по умолчанию – Низкое (0 В).

Но , зачем нам эти резисторы , вместо этого мы могли бы подключить цифровые логические выводы напрямую к напряжению логического уровня или к земле, как показано на рисунке ниже?

Ну, мы не могли этого сделать. Поскольку цифровая схема работает с низким током, подключение логических выводов напрямую к источнику напряжения или к земле не является хорошим выбором. Поскольку прямое соединение в конечном итоге увеличивает ток, как и короткое замыкание, и может повредить чувствительную логическую схему, что не рекомендуется. Для управления током нам нужны подтягивающие или понижающие резисторы . Подтягивающий резистор позволяет управлять потоком тока от источника напряжения питания к контактам цифрового входа, а подтягивающие резисторы могут эффективно управлять потоком тока от цифровых контактов к земле. В то же время оба резистора, подтягивающий и подтягивающий резисторы поддерживают цифровое состояние низкого или высокого уровня.

Где и как использовать подтягивающие и подтягивающие резисторы

Ссылаясь на приведенное выше изображение микроконтроллера, где цифровые логические выводы закорочены с землей и VCC, мы могли бы изменить соединение, используя подтягивающие и понижающие резисторы.

Предположим, нам нужно логическое состояние по умолчанию и мы хотим изменить состояние с помощью какого-либо взаимодействия или внешних периферийных устройств, мы используем подтягивающие или понижающие резисторы.

Подтягивающие резисторы

Если нам нужно высокое состояние по умолчанию и мы хотим изменить состояние на Низкое посредством некоторого внешнего взаимодействия, мы можем использовать Подтягивающий резистор , как на изображении ниже –

Контакт цифрового логического входа P0.5 можно переключать с логической 1 или высокого уровня на логический 0 или низкий с помощью переключателя SW1. Резистор R1 действует как подтягивающий резистор . Он связан с логическим напряжением от источника питания 5В. Таким образом, когда переключатель не нажат, логический входной вывод всегда имеет напряжение по умолчанию 5 В или вывод всегда находится в состоянии высокого уровня, пока переключатель не будет нажат и контакт не замкнут на землю, что делает его логическим низким.

Однако, как мы заявили, контакт не может быть напрямую закорочен на землю или Vcc, так как это в конечном итоге приведет к повреждению цепи из-за состояния короткого замыкания, но в этом случае он снова замыкается на землю с помощью замкнутого переключателя.Но, смотрите внимательно, на самом деле он не замыкается. Потому что, согласно закону сопротивления, из-за подтягивающего сопротивления небольшое количество тока будет течь от источника к резисторам и переключателю, а затем достигнет земли.

Если мы не будем использовать этот подтягивающий резистор, выход будет напрямую закорочен на землю при нажатии переключателя, с другой стороны, когда переключатель будет разомкнут, контакт логического уровня будет плавающим и может вызвать какой-то нежелательный результат.

Понижающий резистор

То же самое и с понижающим резистором . Рассмотрим подключение ниже, где понижающий резистор показан с подключением –

.

На изображении выше происходит прямо противоположное. Понижающий резистор R1 , который соединен с землей или 0В . Таким образом, вывод цифрового логического уровня P0.3 становится нулевым по умолчанию, пока не будет нажат переключатель и вывод логического уровня не станет высоким.В таком случае небольшой ток течет от источника 5 В к земле с использованием замкнутого переключателя и понижающего резистора, что предотвращает замыкание вывода логического уровня с источником 5 В.

Итак, для различных схем логического уровня мы можем использовать резисторы Pull-up и Pull-down. Это наиболее распространено в различном встроенном оборудовании, системе однопроводного протокола, периферийных соединениях в микрочипе, Raspberry Pi, Arduino и различных встроенных секторах, а также для входов CMOS и TTL.

Расчет фактических значений для подтягивающих и понижающих резисторов

Теперь, когда мы знаем, как использовать резисторы Pull-up и Pull-down, вопрос в том, какова будет номинальная стоимость этих резисторов? Хотя во многих схемах цифрового логического уровня мы можем видеть подтягивающие или понижающие резисторы в диапазоне от 2 кОм до 4,7 кОм. Но какова будет реальная стоимость?

Чтобы понять это, нам нужно знать, что такое логическое напряжение? Какое напряжение считается низким логическим значением, а какое – высоким?

Для разных логических уровней разные микроконтроллеры используют разный диапазон для высокого и низкого логического уровня.

Если мы рассмотрим вход уровня транзисторно-транзисторной логики (TTL), то график ниже покажет минимальное логическое напряжение для определения высокого логического уровня и максимальное логическое напряжение для определения логического уровня как 0 или низкий.

Как мы видим, для логики TTL максимальное напряжение для логического 0 составляет 0,8 В . Таким образом, если мы обеспечиваем менее 0,8 В, логический уровень будет принят как 0. С другой стороны, , если мы предоставим более 2 В до максимума 5.25V логика будет принята как High . Но при значениях от 0,8 до 2 В это пустая область, при таком напряжении нельзя гарантировать, что логика будет принята как высокое или низкое. Итак, в целях безопасности, в архитектуре TTL мы принимаем от 0 В до 0,8 В как низкий и от 2 В до 5 В как высокий, что гарантирует, что низкий и высокий уровень будут распознаваться логическими микросхемами при этом предельном напряжении.

Для определения значения используется формула простого закона Ома. По закону Ома формула

  В = I x R 
  R = V / I  

В случае подтягивающего резистора , V будет напряжением источника – минимальное напряжение принимается как высокое.

И ток будет максимальным током, потребляемым логическими выводами.

Итак,

  R  подтяжка  = (V  подача  - V  H (мин) ) / I  раковина   

Где V _supply – напряжение питания, V _{H (min)} – минимально допустимое напряжение как High, а I _сток – максимальный ток, потребляемый цифровым выводом.

То же самое применимо и к понижающему резистору .Но в формуле есть небольшое изменение.

  R  подтягивание  = (V  L (макс) -0) / I  источник   

Где (V _{L (max)} максимальное напряжение принимается как низкий логический уровень, а I _source – это максимальный ток, поступающий с цифрового вывода.

Практический пример

Предположим, у нас есть логическая схема, в которой источник питания – 3,3 В, а допустимое высокое логическое напряжение – 3 В, и мы можем потреблять максимальный ток 30 мкА, тогда мы можем выбрать подтягивающий резистор , используя следующую формулу –

Теперь, если мы рассмотрим тот же пример, приведенный выше, где схема принимает 1 В в качестве максимального логического низкого напряжения и может выдавать ток до 200 мкА, тогда понижающий резистор будет иметь значение

.

Подробнее о подтягивающих и понижающих резисторах

Помимо добавления подтягивающего или понижающего резистора, современный микроконтроллер поддерживает внутренние подтягивающие резисторы для цифровых выводов ввода / вывода, которые присутствуют внутри блока микроконтроллера.Хотя в максимальных случаях это слабое подтягивание, значит, ток очень низкий.

Часто нам нужно подтянуть более 2 или 3 цифровых входов-выходов, в этом случае используется резисторная цепь. Его легко интегрировать и обеспечить меньшее количество выводов.

Он называется сетевым резистором или SIP резистором .

Это символ цепи резистора . Контакт 1 подключен к контактам резистора, этот контакт должен быть подключен к VCC для подтягивания или к земле для подтягивания.Благодаря использованию этого SIP-резистора устраняются отдельные резисторы, что сокращает количество компонентов и пространство на плате. Он доступен в различных значениях от нескольких Ом до килоом.

Повышающий и понижающий резисторы

– Основы схемотехники

Если вы посмотрите любую цифровую электронную схему, вы в основном найдете в них подтягивающие и понижающие резисторы. Они используются для правильного смещения входов цифровых вентилей, чтобы они не перемещались случайным образом при отсутствии входных условий.Для любого микроконтроллера во встроенной системе, такой как Arduino, подтягивающие и понижающие резисторы используют входные и выходные сигналы для связи с внешними аппаратными устройствами, входной выход общего назначения (GPIO). Использование в схеме подтягивающих и понижающих резисторов позволит вам достичь «высокого» или «низкого» состояния. Если вы не реализуете его и к вашим контактам GPIO ничего не подключено, ваша программа будет считывать состояние «плавающего» импеданса.

Подтягивающие резисторы

Подтягивающий резистор используется для создания дополнительной петли над критически важными компонентами, обеспечивая при этом четкое определение напряжения даже при разомкнутом переключателе.Он используется для обеспечения подтягивания провода к высокому логическому уровню при отсутствии входного сигнала. Это не особый резистор. Это простые резисторы с фиксированным значением, подключенные между источником напряжения и соответствующим выводом, который определяет входное или выходное напряжение в отсутствие управляющего сигнала. Когда переключатель разомкнут, напряжение на входе затвора повышается до уровня входного напряжения. Когда переключатель замкнут, входное напряжение на затворе идет прямо на землю.Вам необходимо использовать подтягивающий резистор, когда у вас низкое значение импеданса по умолчанию и вы хотите поднять сигнал на «высокий».

Схема подтягивающего резистора

На приведенном выше рисунке подтягивающий резистор с фиксированным значением использовался для подключения источника напряжения и конкретного вывода в цифровой логической схеме. Подтягивающий резистор соединен с переключателем, чтобы обеспечить активное управление напряжением между землей и VCC, когда переключатель разомкнут. При этом на состояние цепи это никак не повлияет.Если мы не будем использовать подтягивающий резистор, это приведет к короткому замыканию. Это связано с тем, что контакт не может быть напрямую замкнут на землю или VCC, так как это в конечном итоге приведет к повреждению цепи. Следуя принципу закона Ома, при наличии подтягивающего сопротивления небольшой ток будет течь от источника к резисторам и переключателю, прежде чем достигнет земли.

Понижающие резисторы

С другой стороны, понижающий резистор используется для обеспечения того, чтобы входы логических систем устанавливались на ожидаемых логических уровнях всякий раз, когда внешние устройства отключены или имеют высокий импеданс.Это гарантирует, что провод находится на определенном низком логическом уровне, даже когда нет активных соединений с другими устройствами. Понижающий резистор удерживает логический сигнал около нуля вольт (0 В), когда никакое другое активное устройство не подключено. Он снижает входное напряжение до земли, чтобы предотвратить неопределенное состояние на входе. Он должен иметь большее сопротивление, чем полное сопротивление логической схемы. В противном случае он сделает входное напряжение на выводе постоянным логическим низким значением независимо от положения переключателя.Когда переключатель разомкнут, напряжение на входе затвора снижается до уровня земли. Когда переключатель замкнут, входное напряжение на затворе переходит в Vin. Без резистора уровни напряжения фактически колебались бы между двумя напряжениями.

Схема понижающего резистора

Как и подтягивающий резистор на первом рисунке, подтягивающие резисторы в этой схеме также обеспечивают активное управление напряжением между VCC и выводом микроконтроллера, когда переключатель разомкнут.В отличие от подтягивающего резистора, подтягивающий резистор подтягивает вывод к низкому значению, а не к высокому значению. Понижающий резистор, который подключен к земле или 0 В, устанавливает вывод цифрового логического уровня на значение по умолчанию или 0, пока переключатель не будет нажат и вывод логического уровня не станет высоким. Следовательно, небольшое количество тока течет от источника 5 В к земле с использованием замкнутого переключателя и понижающего резистора, предотвращающего короткое замыкание вывода логического уровня с источником 5 В.

Идеальные значения сопротивления для подтягивающих и понижающих резисторов

При выборе номинала подтягивающего резистора необходимо учитывать два момента:

Когда кнопка нажата, входной штифт опускается до низкого уровня.Значение резистора рядом с источником питания определяет, какой ток вы хотите протекать от VCC через кнопку, а затем на землю. Если значение сопротивления слишком низкое, через подтягивающий резистор будет протекать большой ток. Это может привести к ненужному потреблению электроэнергии даже при замкнутом переключателе, поскольку устройство будет нагреваться. Это состояние называется сильным подтягиванием , и его всегда следует избегать, когда требуется низкое энергопотребление.

• Напряжение на контакте при разомкнутом переключателе

Когда кнопка не нажата, входной контакт вытягивается высоко.Значение подтягивающего резистора контролирует напряжение на входном контакте. Когда переключатель разомкнут и высокое значение подтягивающего сопротивления сочетается с большим током утечки из входного контакта, входное напряжение может стать недостаточным. Это называется слабым подтягиванием . Фактическое значение подтягивающего резистора зависит от импеданса входного вывода, который тесно связан с током утечки вывода.

Исходя из двух вышеуказанных условий, для подтягивающих резисторов , , , необходимо использовать резистор, который как минимум в 10 раз меньше, чем значение импеданса входного контакта.Для логических устройств, работающих от 5 В, типичное значение подтягивающего резистора должно быть в пределах 1–5 кОм. С другой стороны, для применений с переключателями и резистивными датчиками типичное значение подтягивающего резистора должно быть в пределах 1-10 кОм.

Для понижающих резисторов он всегда должен иметь большее сопротивление, чем импеданс логической схемы. В противном случае он будет слишком сильно понижать напряжение, и входное напряжение на выводе будет оставаться на постоянном логическом низком уровне независимо от того, включен или выключен переключатель.

Понижающие и повышающие резисторы
Цифровой переменный резистор

с использованием микросхемы NE555 и CD4017 IC

В этом DIY мы разрабатываем проект «Цифровой переменный резистор». Цифровой переменный резистор выполняет ту же функцию, что и типичный «потенциометр», однако вместо механической активности он использует передовые переключатели и сигналы. На принципиальной схеме показан жизненно важный проект схемы цифрового переменного резистора, схема исключительно адаптируема и может быть заменена любым простым переменным резистором.

Схема имеет 10 сопротивлений, которые могут быть выбраны нажатием переключателя S1, каждый раз при нажатии переключателя S1 схема будет выбирать следующие значения резисторов из R6, R8, R10, R12, R14, R16, R18, R20, R22, R24.

Аппаратные компоненты

Аппаратные компоненты для изготовления цифрового переменного резистора перечислены ниже:

S. No	Компонент	Значение	Кол-во
1	IC	NE555, CD4017	1, 1
2							9068 , 10
3	Электролитический конденсатор	10 мкФ	1
4	Керамический конденсатор	0.1 мкФ	1
5	Резистор	1 К, 10 К, 15 К, 2,2 К, 3,3 К, 4,3 К, 5,1 К, 6,2 К, 7,5 К, 8,2 К, 9,1 К, 180R	12, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1
6	Источник постоянного тока	5 В-15 В	1

Принципиальная схема

Работа контура

В этом разделе мы обсудим работу схемы проекта «Цифровой переменный резистор».Цепью также можно управлять с помощью цифрового входа от другого источника. Оценки резисторов R6, R8, R10, R12, R14, R16, R18, R20, R22, R24 могут быть изменены на любое необходимое качество, или переменные резисторы также могут быть использованы вместо этих резисторов для получения тщательно требуемых качеств. Два выхода с пометкой «Подключения переменного резистора» должны быть связаны в месте аналогового переменного резистора.

В схеме используются два ICS, одиннадцать транзисторов и еще несколько неактивных компонентов.Основными частями схемы являются встроенные схемы NE555 и CD4017. Рабочее напряжение может быть от 5 В до 15 В постоянного тока.

Приложения и способы использования Цифровой переменный резистор

используется для:

• Регулировка яркости и контрастности мониторов
• Цифро-аналоговые преобразователи
• Регулировка усиления или мосты Уитстона

Типы, применение, детали »Примечания к электронике

Резисторы

являются одними из наиболее широко используемых компонентов в электронных схемах – существует множество различных типов резисторов, имеющих разные свойства и используемых по-разному в разных схемах.

---

Resistor Tutorial:

Обзор резисторов Углеродный состав Карбоновая пленка Металлооксидная пленка Металлическая пленка Проволочная обмотка SMD резистор MELF резистор Переменные резисторы Светозависимый резистор Термистор Варистор Цветовые коды резисторов Маркировка и коды SMD резисторов Характеристики резистора Где и как купить резисторы Стандартные номиналы резисторов и серия E

---

Резисторы всех типов в большом количестве используются в производстве электронного оборудования.Фактически, резистор, вероятно, является наиболее распространенным типом электронного компонента, используемого в электрических и электронных схемах.

Существует большое количество различных типов резисторов, которые можно купить и использовать. Свойства этих разных резисторов различаются, и это помогает получить резистор правильного типа для любой конкретной конструкции, чтобы гарантировать получение наилучших характеристик.

Хотя многие резисторы будут работать в различных приложениях, тип резистора может быть важен в некоторых случаях.Соответственно, необходимо знать о различных типах резисторов и о том, в каких приложениях можно использовать каждый тип резистора.

Выбор резисторов с постоянными выводами или различных типов

Что такое резистор?

Резисторы

используются практически во всех электронных схемах и многих электрических. Резисторы, как следует из их названия, противостоят току электричества, и эта функция является ключевой для работы большинства цепей.

Примечание о сопротивлении:

Сопротивление – один из ключевых факторов, используемых в электрических и электронных схемах.Сопротивление – это свойство материалов сопротивляться потоку электричества, и оно регулируется законом Ома.

Подробнее о Сопротивление.

Для резисторов используются два основных символа схемы. Самый старый из них до сих пор широко используется в Северной Америке и состоит из зубчатой ​​линии, представляющей провод, используемый в резисторе. Другой символ цепи резистора представляет собой небольшой прямоугольник, который часто называют международным символом резистора, и он более широко используется в Европе и Азии.

Обозначения цепи резистора

Единицей измерения или сопротивления является Ом, Ом, а значения резистора могут быть указаны в единицах Ом – Ом, тысячи Ом или киломов – кОм и миллионы Ом, мегом, МОм. При написании на схемах таких значений, как 10 кОм, можно увидеть, что это означает 10 кОм или 10 кОм. Знак Омега часто опускается, а десятичная точка заменяется множителем: например, 1R5 будет 1,5 Ом, 100R – 100 Ом, 4k7 – 4,7 кОм, 2M2 – 2,2 МОм и т. Д.

Есть много разных типов резисторов.Некоторые из них предназначены для специальных применений, таких как использование в качестве переменных резисторов, а другие используются для ограничения перенапряжения, в то время как другие обеспечивают переменное сопротивление в зависимости от температуры. Все эти характеристики можно использовать.

Однако для постоянных резисторов необходимо учитывать разные характеристики.

Несмотря на то, что фактическое сопротивление компонента имеет первостепенное значение, необходимо учитывать и другие характеристики. Рассеиваемая мощность, шум, индуктивность, термическая стабильность и ряд других характеристик могут влиять на работу цепи, в которой используется резистор.

Различные материалы и структура резистора могут иметь большое влияние. Соответственно, при выборе резистора, который будет использоваться, эти характеристики также должны быть приняты во внимание.

Принципиальное различие типов резисторов

Первые основные категории, к которым могут быть отнесены различные типы резисторов, – фиксированные или переменные. Эти разные типы резисторов используются для разных приложений:

• Фиксированные резисторы: Фиксированные резисторы на сегодняшний день являются наиболее широко используемым типом резисторов.Они используются в электронных схемах для установки правильных условий в цепи. Их значения определяются на этапе проектирования схемы, и их никогда не следует изменять для «настройки» схемы. Существует множество различных типов резисторов, которые можно использовать в различных обстоятельствах, и эти различные типы резисторов более подробно описаны ниже.
• Переменные резисторы: Эти резисторы состоят из фиксированного резисторного элемента и ползунка, который подключается к основному резистивному элементу.Это дает три соединения с компонентом: два – с фиксированным элементом, а третье – с ползунком. Таким образом, компонент действует как переменный делитель потенциала, если используются все три соединения. Можно подключить к ползунку и одним концом, чтобы обеспечить резистор с переменным сопротивлением.
  Потенциометр предварительной настройки углеродной пленки Переменные резисторы и потенциометры широко используются для всех форм управления: – от регуляторов громкости на радиоприемниках и ползунков в аудиомикшерах до множества областей, где требуется переменное сопротивление.
  Потенциометр и переменный резистор Строго говоря, потенциометр – это компонент, в котором есть фиксированный резистор, который имеет ползунок для обеспечения деления потенциала от напряжения вверху. Переменный резистор фактически такой же, но с ползунком, соединенным с одним концом резистора, так что он обеспечивает истинное переменное сопротивление.
  

Типы постоянного резистора

Есть несколько различных типов постоянного резистора:

• Состав углерода: Резистор углеродного состава – это тип резистора, который когда-то был очень распространен – ​​это был основной тип резистора, но теперь редко используется, потому что новые формы резисторов обеспечивают лучшую производительность, они меньше и тоже дешевле.

  Резисторы из углеродного состава получают путем смешивания гранул углерода со связующим, которое затем превращается в небольшой стержень. Этот тип резистора был большим по сегодняшним меркам и имел большой отрицательный температурный коэффициент.
  Резисторы также страдали от больших и беспорядочных необратимых изменений сопротивления в результате нагрева или старения. В дополнение к этому гранулированный характер углерода и связующего приводит к возникновению высокого уровня шума при протекании тока.

  
  
• Углеродная пленка: Этот тип резистора был представлен на заре транзисторной технологии, когда уровни мощности имели тенденцию к снижению.
  Карбоновый пленочный резистор Углеродный пленочный резистор формируется путем «крекинга» углеводорода на керамическом каркасе. Сопротивление полученной осажденной пленки устанавливали путем врезания спирали в пленку. Это сделало эти резисторы очень индуктивными и мало пригодными для многих ВЧ-приложений. Они показали температурный коэффициент от -100 до -900 частей на миллион на градус Цельсия. Углеродная пленка защищена либо конформным эпоксидным покрытием, либо керамической трубкой.
  
• Металлооксидный пленочный резистор: Этот тип резистора в настоящее время является наиболее широко используемой формой резистора.Вместо углеродной пленки в этом типе резисторов используется пленка оксида металла, нанесенная на керамический стержень. Как и в случае с углеродной пленкой, сопротивление можно регулировать, вырезая в пленке спиральную канавку. Пленка снова защищена конформным эпоксидным покрытием. Этот тип резистора имеет температурный коэффициент около + или – 15 частей на миллион на градус Цельсия, что дает ему намного лучшие характеристики по сравнению с любым резистором на основе углерода. Кроме того, этот тип резистора может поставляться с гораздо меньшим допуском, стандартным является 5% или даже 2%, а доступны версии 1%.Они также демонстрируют гораздо более низкий уровень шума, чем углеродные резисторы, однако в основном они были заменены металлическими пленочными резисторами.
  
• Металлический пленочный резистор: Металлический пленочный резистор очень похож на металлооксидный пленочный резистор. Визуально он очень похож, и производительность также сопоставима. Вместо металлооксидной пленки в этом типе резистора используется металлическая пленка, как следует из названия. Могут использоваться такие металлы, как никелевый сплав.
  Металлопленочный резистор с выводами Металлопленочный резистор – это тип, который наиболее широко используется, когда требуется резистор с выводами.
  
• Резистор с проволочной обмоткой: Этот тип резистора обычно предназначен для приложений с большой мощностью. Эти резисторы изготавливаются путем наматывания на каркас провода с более высоким, чем обычно, сопротивлением (провод сопротивления).

  Более дорогие разновидности наматываются на керамический каркас и могут быть покрыты стекловидной или силиконовой эмалью.Этот тип резистора подходит для высоких мощностей и демонстрирует высокий уровень надежности при высоких мощностях наряду со сравнительно низким уровнем температурного коэффициента, хотя это будет зависеть от ряда факторов, включая первый, используемый провод и т. Д. В качестве резисторов с проволочной обмоткой часто предназначены для приложений с высокой мощностью, некоторые разновидности спроектированы таким образом, что их можно установить на радиаторе, чтобы гарантировать, что мощность рассеивается в металлоконструкциях, чтобы ее можно было унести.

  Ввиду того, что они намотаны, они не подходят для работы на частотах выше низких, хотя, если намотать части резистивного провода в разных направлениях, индуктивность можно несколько уменьшить.

  
  
• Резисторы для поверхностного монтажа: Технология поверхностного монтажа, SMT в настоящее время является основным форматом, используемым для электронных компонентов. Их проще использовать в автоматизированном производстве, и они способны обеспечить очень высокий уровень производительности. В резисторах SMT используются технологии, аналогичные другим формам, но в формате для поверхностного монтажа.
  

Другие типы резисторов

Хотя большинство резисторов представляют собой стандартные постоянные резисторы или переменные резисторы, существует ряд других типов резисторов, которые используются в более узких или специализированных приложениях.

• Светозависимый резистор / фоторезистор: Светозависимые резисторы или фоторезисторы изменяют свое сопротивление в зависимости от уровня света. Они используются в ряде сенсорных приложений и во многих случаях представляют собой очень экономичное решение.

  Типичный светодиодный резистор, зависимый от света Светозависимые резисторы имеют задержку во времени, необходимом для реакции на изменение освещенности, но они дешевы и просты в использовании.
  

  
  
• Термистор: Как видно из названия, термисторы являются термочувствительными резисторами.Сопротивление термистора зависит от температуры. Некоторые имеют отрицательный температурный коэффициент, термисторы NTC, другие имеют положительный температурный коэффициент, термисторы PTC.
  
• Варистор: Варисторы доступны в нескольких формах. По сути, эти электронные компоненты изменяют свое сопротивление в зависимости от приложенного напряжения, и в результате они находят применение для защиты от скачков напряжения и перенапряжения. Часто их можно увидеть как Movistors, что является сокращением слов M etal O xide V ar istor .

  Выбор варисторов с выводами Варисторы – это устройства, которые широко используются в удлинителях сети с защитой от перенапряжения или переходных процессов и используются для защиты компьютеров. Следует помнить, что каждый раз, когда варистор получает импульс, его свойства незначительно меняются.
  

  
  

Хотя резисторы можно рассматривать как простые электронные компоненты для использования, существует ряд параметров, которые необходимо учитывать при выборе правильного типа резистора.Важны не только сопротивление, но и параметры. Выдерживаемое напряжение, рассеиваемая мощность и тип самого резистора – все это влияет на производительность. Поскольку доступно множество типов резисторов, необходимо выбирать правильный тип для каждого конкретного применения. Таким образом можно гарантировать лучшую производительность.

Другие электронные компоненты:
резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы ВЧ разъемы Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

Цифровой потенциометр с переменным резистором Программируемый горшок MAX5487

MAX5487 / MAX5488 / MAX5489 двухканальный цифровой потенциометр или цифровой делитель напряжения с интерфейсом шины SPI.

Банкноты

MAX5487 / MAX5488 / MAX5489 – это двухканальные цифровые линейные потенциометры конуса с простым 3-проводным цифровым интерфейсом, совместимым с SPI ™, который обеспечивает выбираемое цифровым способом 8-битное значение сопротивления в диапазоне от 0 до 10 кОм / 50 кОм / 100 кОм. .Энергонезависимая память предназначена для восстановления выбранного значения сопротивления при включении питания.

Типичные области применения – генераторы функций, усилители с программируемым усилением, регулировка громкости, регулировка ЖК-дисплея / дисплея. программируемые фильтры с малым дрейфом, усилители с программируемым усилением с малым дрейфом.

Основные характеристики

• Положение стеклоочистителя сохраняется в энергонезависимой памяти ( EEPROM ) и вызывается при включении питания или по команде
• 3 мм x 3 мм x 0,8 мм, 16-контактный корпус TQFN или 14-контактный корпус TSSOP
• Последовательный интерфейс, совместимый с SPI
• ± 1 LSB INL, ± 0.5 LSB DNL (режим делителя напряжения)
• 256 отводов позиций
• 35ppm / ° C Температурный коэффициент сквозного сопротивления
• Ратиометрический температурный коэффициент 5ppm / ° C Значения сквозного сопротивления
• 10 кОм (MAX5487), 50 кОм (MAX5488) и 100 кОм (MAX5489)
• 200000 циклов хранения стеклоочистителя
• 50-летнее сохранение данных Wiper
• Работа от + 2,7 В до + 5,25 В с однополярным питанием

Пример программы для шины MAX5487 SPI, размещенной на MAX32630FTHR (Mbed Hello World)

Библиотека микропрограмм / программного обеспечения

Исходный код C ++ для MAX5487, MAX5488, MAX5489 DigiPot

max5487 Потенциометр IIO Код Linux

max5487.с

Распиновка: Цифровой потенциометр от MAX5487PMB1 EvKit до MAX32630FTHR

Блок-схема

: цифровой потенциометр

Лист данных для цифрового потенциометра, MAX5487, MAX5488, MAX5489

Рекомендации по применению

Страницы продукта

Где купить

---

ZYHW токовый шунтирующий резистор 100A 75 мВ постоянного тока аналоговый цифровой измеритель аксессуары для интерьера амперметры sinviolencia.lgbt

Измеритель постоянного тока резистора 100А 75мВ шунта

ЗИХВ аналоговый цифровой аналоговый

Один размер подходит для большинства носков с единорогами и других повседневных и модельных носков на.прогулки на снегоступах с семейной гончей. доставим в течении 10 – 0 дней. и другие лодыжки и ботильоны на. Черепахи – это рептилии, для которых характерна особая костная или хрящевая оболочка, образованная из их ребер, которая действует как щит, ZYHW Current Shunt Resistor 100A 75mV DC Analogue Digital Meter , с ирландской льняной пленкой премиум-класса, первые рабочие ботинки вишнево-красного цвета с восемью люверсами был произведен и назван 1460. Все наши продукты производятся в США, они складываются для экономии места, когда они не используются, ZYHW Current Shunt Resistor 100A 75mV DC Analogue Digital Meter .Убедитесь, что он гладкий, без выпуклостей и складок. Если у вас есть какие-нибудь вопросы. *** Вы получите эту картину маслом. Загрузить PDF-файл включает следующее:, ZYHW Current Shunt Resistor 100A 75mV DC Analogue Digital Meter , Все, что собрано профессиональным мастером, Мои обои и фотообои – отличное решение для замены внешний вид существующих стен. с чистым штампованным безелем, окружающим камень. Это идеальный аксессуар для праздничных торжеств и долгожданное дополнение к вашей антикварной коллекции ювелирных изделий, аналогово-цифровой измеритель тока ZYHW, 100 А, 75 мВ постоянного тока, .это креп от среднего до легкого с драпировкой и струящейся жидкостью. Купите TOYOTA PT731-42090 Cargo Cover: Аксессуары для грузового чехла – ✓ Возможна БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА при покупке, отвечающей критериям. Эти шкафы изготовлены в США квалифицированными рабочими. Искусственная кожа отличного качества: изготовлена ​​из высококачественного искусственного полиуретана, токовый шунтирующий резистор ZYHW 100A, 75 мВ постоянного тока, аналоговый цифровой измеритель , ☑️ 【Безопасность и теплый совет】: Лучше полностью зарядить батареи перед первым использованием; Сертификация CE и RoHS.Прочная ручка на верхней части этого кейса для хранения швейных инструментов для удобной переноски, если есть какие-либо проблемы с нашими товарами.

.