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瑞彩祥云

作者:時間:2019-08-07來源:電子産品世界收藏

(dpot)是一種常見組件,采用各種封裝、電阻和分辨率。但是,除了電阻和設置之間的常規線性函數,它並無其他效用。對于需要廣泛的動態增益調整範圍(例如數十倍頻程)的應用來說,這會造成一些問題。

本文引用地址:/article/201908/403464.htm

以一款放大器为例,你使用8位(256中的1个)分辨率電位器,将其增益设置为0至10,000 (80dB)。当電位器设置与电阻(线性锥度)成线性关系时,dpot设置与增益成线性关系。在256个電位器设置中,每个步进都表示约40的增益幅度增加(即增益步进为0、40、80、120、160等)。

對于8或以上的dpot設置(增益>300),這給增益設置提供了不錯的分辨率,可以實現每個步進1dB或更低的增益控制。但是,當設置值低于8時,增益分辨率大幅降低。例如,如果你需要將增益設置爲100或以下,你沒有辦法以任何有意義的精度達到必要的值,你只能選擇80或120左右的值。

如果具備准確、穩定、高分辨率,且帶有對數抽頭的(电阻对数与设置成正比),就很容易安排增益控制電路,在整个调整范围内提供恒定的分辨率(增量单位:dB)。遗憾的是,目前并没有具备出色分辨率(例如,步进小于 6dB)的对数(對數dpot)。

但并非全无用处。图1所示的Design Idea采用普通的线性抽头電位器(例如,ADI提供的价格便宜的双极 AD5200 ),AD5200)实现了相近的对数增益控制。

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图1 线性數字電位器

如果Dx(上方所示)表示游标设置(0 – 255),我们可以采用分段求解的方式,轻松得出放大器增益Vout/Vin与Dx的設計公式。首先,作为Vin的函数,求解游标电压(Vw):

     1. Vw = ?Vin RAB Dx / (255 R1)

接下來,作爲Vw的函數,求解Vout:

2.Vout = ?Vw 255 R2 / (RAB (255 – Dx))

然後,將公式1和2結合在一起:

3.增益 = Vout / Vin = ?Vw 255 R2 / (RAB (255 – Dx)) / (?Vin RAB Dx / (255 R1))

4.增益 = (R2 / R1)(Dx / (255 – Dx))

5.Dx = 255 增益 (R1 / R2) / (1 + 增益 (R1 / R2))

毫無疑問:

6.dB(增益) = 20Log10((R2 / R1)(Dx / (255 – Dx)))

7.增益 = 10dB/20

由此得到:

8.Dx = 255 10dB/20 (R1 / R2) / (1 + 10dB/20 (R1 / R2))

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图2 dB增益(y轴左半段)和增益集分辨率(y轴右半段)与Dx(x轴)之间的关系

認真看看得出的增益公式,可以看到這些有意思的地方:

Dx/(255 - Dx)的近似对数性质。如图2所示,当R2/R1=100,Dx      = 8时,得出的增益=~10dB;Dx = 23时,增益为20dB;Dx      = 128时,增益为40dB;Dx =      232时,增益为60dB;Dx =      247时,增益为70dB。在整个60dB      =1,000至1范围内,增益设置的分辨率仍然不超过1dB,这一点尤其重要。此外,Dx      =0时,增益设置为0,同时Dx      = 255选择开环。

采用電位器遊標作爲輸入端子的策略有效地將遊標觸點移動到放大器A1的饋電回路中(圖1),從而消除了作爲誤差項的影響,提高了增益設置的時間和溫度穩定性。

同時,在A1饋電和A2輸入(圖1)端使用RAB電阻元件可以將RAB公差和溫度系數(tempco)(AD5200中爲+/-30%和500ppm/oC)與靈敏度進行比較,R1和R2是增益集精度的唯一決定因素。

如果需要高于8位(1/256)的分辨率,可以將10位AD5292等部件放入拓撲中,獲得高于4×的增益設置精度。謹記,增益公式中出現255時,要替換爲1023!或者,更概括地說,如果N表示位數:

9.Dx = (2N – 1) 增益      (R1 / R2) / (1 + 增益 (R1 / R2))

—W. Stephen Woodward是EDN最多产、创意最多的Design Ideas作者,也是仪器仪表、傳感器和计量学方面的自由顾问。



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