数字电位器应用摘要

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1、摘　要：从应用的角度出发，介绍合理设计应用电路和合理选择数字电位器的种类与型号，来克服数字电位器普遍存在的主要缺点的方法。文章具有较强的针对性和可操作性，对数字电位器的应用实践具有指导作用。　　关键词：数字电位器；变阻器；分压器　数字电位器也称为数控电位器，是一种用数字信号控制其阻值改变的器件(集成电路)。　　数字电位器与机械式电位器相比，具有可程控改变阻值、耐震动、噪声小、寿命长、抗环境污染等重要优点，因而，已在自动检测与控制、智能仪器仪表、消费类电子产品等许多重要领域得到成功应用。但是，数字电位器额定阻值误差大、温

2、度系数大、通频带较窄、滑动端允许电流小(一般1～3mA)等，这在很大程度上限制了它的应用。本文从应用的角度出发，讨论克服这些主要特点的方法。1减小额定阻值误差和温度系数的影响　　数字电位器的额定阻值误差大，一般在(20～30)%，主要是由p型硅扩散层的表面电阻率及内部开关的导通电阻等工艺方面的差异引起的。数字电位器的温度系数也大，如MCP4××××系列(Microchip公司)为800ppm/℃，这是半导体器件共有的缺点。但是，每个数字电位器中每一级电阻值的增量一致性很好；在双数字电位器、三数字电位器和四数字电位器中

3、，各个电位器的阻值是精密匹配的(因工艺相同)。据此，合理设汁应用电路和恰当选择数字电位器的型号，可充分利用精密匹配的优点，大大减小额定阻值误差和温度系数造成的影响。　　图1(a)所示的电路是用数字电位器按常规方法构成的可变增益放大器。显然，数字电位器的额定阻值误差和温度系数明显影响放大器增益的准确性和稳定性。将图1(a)的电路设计成图1(b)的形式［1］，将数字电位器MAX5160L用作分压器，为放大器MAX4252提供一定的正反馈。电路增益为Av=(1-Kn)/(Kp-Kn)，其中PKn、Kp分别是负、正反馈系数。

4、Kn=100kΩ/(100kΩ+50kΩ)=2／3，Kp可调。当MAX5160L的滑动端位于左端(Vref端)时，Kp=0，放大器的增益为-0.5；当滑动端位于中点时，Kp=0.5，放大器的增益为-2。故用左端与中点之间的17级可变电阻就可使增益变化±6dB。放大器的增益不再与数字电位器的阻值误差有关，仅受100kΩ／50kΩ电阻的±1％精度和MAX5160L的INL／DNL(最大±4.6％)的限制。　　选择双数字电位器将可变增益差分放大器设计成图1(c)的形式［2］(用单数字电位器作R2，R4为固定电阻)，则可始终保

5、持集成运放的同相端和反相端对外的电阻相等，从而始终保持很高的CMRR，亦即抑制了温漂误差。　　用数字电位器构成分压器时可设计成图2的形式(原理上可以不用R1和R2)。由集成运放构成的电压跟随器起隔离作用，R1和R2为高精度电阻。根据输出电压调节范围的要求，恰当选择R1和R2的阻值，以保证数字电位器的两部分电阻RA和RB之比(RA/RB)有适当的值。这种设计有两个优点：其一，高精度电阻与数字电位器串联可削弱数字电位器温度系数引起的误差；其二，虽然数字电位器的RA和RB的阻值误差和温度系数都大，但两者之比的误差要小得多

6、。因此，这种设计能得到较高精度的分压。顺便指出，少数数字电位器，如MAX5400／5401只有50ppm／℃，它们是低漂移应用的理想选择。2通频带的选择　　数字电位器的通频带一般较窄，如X系列(Xicor公司)有些型号的-3dB带宽只有32～36kHz。主要原因是数字电位器内存在杂散电容，频率响应受RC时间常数的限制。　　测试表明：通频带宽度主要与其额定阻值的大小和滑动端与地之间的滤波电容的容量有关。额定阻值越小，通频带越宽，表1［3］给出了部分X系列数字电位器-3dB带宽的测试结果(滑动端位于中点)。3大电流线性分

7、压器　　受CMOS工艺的限制，数字电位器的滑动端允许通过的电流较小，一般不超过3mA，电流过大会使器件过早失效。实践中可在滑动端后接一电压跟随器(一般由集成运放构成；也有的数字电位器内含电压跟随器，如X9438)，这样既可以扩大电流(通用集成运放的最大输出电流为15mA左右)，又能隔离负载(后级电路)对数字电位器的影响。　　为了得到更大的电流，本人用集成三端稳压器设计了图3所示的大电流线性分压器［4］。LM358为单电源通用集成运放，LM317为正电压可调集成三端稳压器。LM358接成电压跟随器，输出电压跟随分压器的输

8、出电压V0。电压跟随器的输入电阻Ri≥400MΩ（Ri相当于分压器的负载电阻RL），输出电阻R0≤1Ω。满足(RL/R)→∞的条件(R为数字电位器的额定阻值)，故从根本上消除了传感器负载特性的非线性。　　根据LM317的内部电路结构和工作原理可知，稳压电路的输出电压可写为　　即，V′0与分压器的输出电压V0呈线性关系。　　因LM