数字电位器工作原理（元器件12-数字电位器原理及应用电路）

数字电位器也称为非接触式电位器，是一种用数字传感器检测转轴的角度变化，并将这个角度变化用多种信号类型反馈输出。

数字电位器与机械式电位器相比，具有可程控改变有效电气角度及输出范围、耐振动、噪声小、寿命长等优点，因此在自动检测与控制、智能仪器仪表等许多领域得到成功应用。

数字电位器的优点：调节精度高，没有噪声，有极长的工作寿命，无机械磨损。可用于自动控制系统中对角度位置的精确控制，也可利用输出反馈信号与角度变化呈线性比例的特性，通过驱动转轴实现输出调节功能。

数字电位器由电阻器网络和相应的开关组成，下图所示是数字电位器的内部结构

下图为三端数字电位器的结构简化示意图。电阻器网络在之前的文章中已有过介绍，在此不再赘述，开关通常为CMOS开关。

下面以X9511W数字电位器为例来介绍数字电位器的工作原理，X9511W的典型电阻限值为10K欧，其特点如下

1、32个滑动触头，按钮控制，端电压-5V~ 5V；

2、滑动端位置数据可掉电保存10年；

3、低功耗CMOS，最大工作电流3毫安；

4、体积小，8脚SOIC或DIP封装。

下图为X9511W的内部原理图

下图为X9511W的引脚排列图。

x9511W数字电位器内含5位升降计数器，5位EEPROM存储器和存储及调用控制电路。

/PU为计数器输入端，上拉成高电平，当加上一个40毫秒的低电平时，计数器执行加计数，滑动输出端向上移动，Vl与Vw之间的电阻增大，Vh与Vw之间电阻变小，/PD为减计数器输入端，上拉成高电平，当加上一个40毫秒的低电平时，计数器执行减计数，滑动输出端向下移动，Vl与Vw之间的电阻减小，Vh与Vw之间电阻增大，VH、VL分别为高电压端和低电压端，等效于机械电位器的两个固定端，VCC、VSS分别为电源和地，VCC典型值为 5V，/ASE为自动存储方式或通过按键接地实现手动存储，VW为滑动端，相当于机械电位器的可移动端。

低电压脉冲加在/PU或/PD后，相当于对计数器进行加/减操作，计数器的输出被译码而接通一个单节点电子开关，使得电阻阵列的一个点接到滑动输出端，达到数字式调节电位器的目的，滑动端移动时不会超出终端位置，即当计数器达到终端时不会循环回变。

数字电位器的分类见下图

按变化函数分类

可分为线性和非线性两类，由于人耳对音量感受成对数性，所以长将对数变化的数字电位器用于高保真音频设备的音量调节。

按存储器特性分类

数字电位器可分为易失性和非易失性两类，所谓非易失性是指掉电后能保持滑动端位置，并在下次上电时恢复此前所保持的位置，有这种保持功能的数字电位器称为非易失性数字电位器，无保持功能的为易失型数字电位器。

按分辨率分类

可分为高分辨率何地分辨率两类

按接口方式分类

可分为I2C接口，单线接口，二线加/减式接口，二线并行接口、SPI总线接口，Microwire总线接口等。

1、由于数字电位器没有机械触点和活动部件，没有机械电位器中存在的磨损和噪声，使用寿命可达50~100年

2、机械电位器用转轴进行调节，调节次数一般为几百次到几千次，而数字电位器的调节次数（读写次数）可达20万次以上。

3、数字电位器的分辨率高，通常为32级到256级，也可做到1024级，但数字电位器的调节是阶梯式的，数字电位器阻值的变化越小，需要的级数就越多，造成电路复杂、成本增加，而机械式电位器的阻值调节是连续的

4、数字电位器对环境的要求不像机械式电位器那样苛刻，对潮湿和灰尘不敏感

5、数字电位器的数据传输有多种接口方式，而机械式电位器无法实现这一功能。

四、数字电位器应用举例

1、由数字电位器构成的可编程线性稳压器

下图是由DS1809构成的可编程线性稳压器的原理图。该稳压器主要有DS1809和低压差稳压器LP2950-5.0组成，DS1809属于按键式64抽头非易失性数字电位器，LP2950-5.0输出电压为5V，额定输出电流为100毫安，特别适合采用电池供电的系统，如手机，无线控制系统及笔记本电脑。LP2950-5.0具有低静态电流、低压差等特性，在轻载时的压差仅为50毫伏，输出100毫安电流时的压差也只有380毫伏。

2、DS1802构成的音量控制器

下图是DS1802构成的音量控制电路的原理图，电路采用惠斯通电桥连接方式，DS1802数字电位器包含的过零检测功能，可确保在检测到0V或50毫秒延迟时改变抽头位置，从而降低抽头位置瞬时改变时的噪声。DS1802音频电位器包含了两个数控电位器，对数抽头，每级变化1dB，最大衰减量63dB，此外，它还带有静音功能，可将信号衰减90dB，DS1802有四个按键输入，可用于音量/平衡控制，合理利用其过零检测功能，能够实现音量的无缝调节，以得到纯净的信号。

3、电压-电阻转换电路

下图是电压-电阻转换电路，它是由两只MAX5160数字电位器共同来完成的。数字电位器U1和比较器U3构成数字式跟踪-保持电路，U1通过调节内部分压来保证VWIPER跟踪VIN，这样，滑动电阻将于VIN成正比，由于U1和U2的数字输入是连在一起的，因此U2的滑动端位置与U1相同，对应端之间的电阻也相同，从而得到与VIN成正比的电阻，实现了电压到电阻的转换。