Простейшая и повсеместно распространенная схема представляет собой последовательное соединение ручного потенциометра в реостатном включении и постоянного резистора, показанное на Рисунке 1.
 |
|
| Рисунок 1. | Классическое переменное сопротивление с последовательным соединением ручного потенциометра в реостатном включении и постоянного резистора. |
Наличие потенциометров и резисторов, охватывающих диапазон от ом до мегаом, делает выбор оптимальных сопротивлений компонентов на Рисунке 1 очевидным и простым. Но если в приложении требуется использовать цифровой потенциометр (ЦП), ситуация становится более – кхм – интересной.
По сравнению с ручными потенциометрами ЦП доступны только в относительно узком диапазоне сопротивлений. Серьезными их недостатками также являются большое сопротивление движка и более широкий разброс номиналов. Эти ограничения делают их сомнительным выбором для реализации точных реостатов, если полагаться исключительно на классическую пассивную топологию, показанную на Рисунке 1. На Рисунке 2 представлена активная и более дружественная к ЦП альтернатива.
 |
|
| Рисунок 2. | Искусственный ЦП позволяет избежать проблем с помощью шунтирующего полевого транзистора, точных постоянных резисторов и операционного усилителя. |
Вот как это работает.
Несмотря на то, что мы хотим реализовать переменное сопротивление, ЦП U1 работает в режиме потенциометра. Поэтому большой допуск его сопротивления (±20% для серии MCP41xx) не оказывает существенного влияния. Доминирует точность RS и RP. Аналогично, сопротивление движка ЦП теперь представляет чисто академический интерес благодаря входному току и входному сопротивлению A1, измеряемым пикоамперами и тераомами. Усилитель A1 и транзистор Q1 включены как программируемый источник тока. Его выходной ток, пропорциональный разности напряжений VA – VB, обеспечивает точное программируемое сопротивление. Это соотношение делает ток IAB линейно пропорциональным N (N – десятичный эквивалент кода в регистре положения движка).
Расчетные формулы для соответствующих сопротивлений при заданных значениях RAB, RMAX и RMIN следующие:
На Рисунке 3 показан типичный пример конструкции для RMAX = 20 кОм и RMIN = 1 кОм.
 |
|
| Рисунок 3. | Пример конструкции искусственного реостата, где RMAX = 20 кОм и RMIN = 1 кОм. |
На Рисунке 4 представлены графики величины переменного сопротивления R и тока на один вольт напряжения (VA – VB) как функции N.
 |
|
| Рисунок 4. | Характеристики схемы на Рисунке 3 с показанными номиналами компонентов обеспечивают линейную зависимость между N и IAВ, позволяя сохранить ограниченное 8-битноге разрешение ЦП. |
Обратите внимание на точную линейную зависимость между N и током IAB, которая хорошо обеспечивает сохранение ограниченного 8-битного разрешения ЦП.
Возникает вопрос: Что делать, если требуемое значение RMAX больше сопротивления RAB имеющихся ЦП? Рисунок 5 предлагает практичное (хотя, надо признать, несколько перегруженное) решение, которое позволяет легко реализовать точное значение RMAX, выходящее далеко за пределы диапазона мегаом.
 |
|
| Рисунок 5. | Два буферных усилителя исключают RAB из формулы для RMAX, позволяя получить значения RMAX, выходящие далеко за пределы мегаом. |
Другой (более сложный) вопрос: что будет, если полярность VA – VB должна меняться? Для схемы на Рисунке 1 такой проблемы не существует, но для темы данной статьи это существенная проблема.
Я еще вернусь к вам с ответом на этот вопрос!
Купить MCP4141 на РадиоЛоцман.Цены
