數(shù)字電位器與機械電位器有什么區(qū)別？

電位器是具有三個引出端、阻值可按某種變化規(guī)律調(diào)節(jié)的電阻元件。電位器通常由電阻體和可移動的電刷組成。當(dāng)電刷沿電阻體移動時，在輸出端即獲得與位移量成一定關(guān)系的電阻值或電壓。

電位器既可作三端元件使用也可作二端元件使用。后者可視作一可變電阻器，由于它在電路中的作用是獲得與輸入電壓（外加電壓）成一定關(guān)系得輸出電壓，因此稱之為電位器。

數(shù)字電位器與機械電位器這兩種電位器有什么區(qū)別？本文通過三個方面對這兩種電位器進(jìn)行了對比。

數(shù)字電位器與機械電位器有什么區(qū)別？----結(jié)構(gòu)

機械電位器

機械電位器由一個很大的電阻元件組成，在外部通過兩個端子相連接。電阻元件的形式多種多樣，根據(jù)所采用的技術(shù)，其封裝方法也不同?？梢詾閱稳蚨嗳?，或者簡單的扁平型封裝。

第三個端子也稱為游標(biāo)，它可在整個電阻元件上移動，來選擇每個外部端子與游標(biāo)之間的電阻大小。在游標(biāo)和電阻元件之間存在著較小的接觸電阻，通常稱之為游標(biāo)電阻（如下圖所示）。

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機械電位器

數(shù)字電位器由一個電阻元件陣列組成，該陣列的終端通過兩個端子（A和B）與外部相連。在兩個無源電阻的結(jié)點處，有一個開關(guān)。這些開關(guān)通過與外部端子（稱之為游標(biāo)或W）結(jié)合的單個觸點互相連接（如下圖所示）。

數(shù)字電位器

由于這些開關(guān)通過互補金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）加工工藝設(shè)計而成，因此允許電流以任意方向流動。這些開關(guān)由一個數(shù)字模塊控制，并且一次只能接通一個開關(guān)。通過與機械電位器進(jìn)行類比，寄生開關(guān)電阻也可稱為游標(biāo)電阻。

機械電位器更容易受到物理環(huán)境變化（比如：振動、沖擊和游標(biāo)污染）的影響，這一切都是由其物理結(jié)構(gòu)所決定的。而擁有整體結(jié)構(gòu)的數(shù)字電位器，在所有上述情況下，都不會受到影響。

數(shù)字電位器與機械電位器技術(shù)有什么區(qū)別？----內(nèi)部結(jié)構(gòu)

機械電位器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)式電位器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-4-1所示，主耍包括由金屬膜或碳膜構(gòu)成的馬鞍形電阻體、滑動臂、滑動端（亦稱觸頭或電刷）、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)柄、焊片等組成。焊片A、C之間的電阻值即為電位器的總阻值。滑動端的一端接焊片B，另一端與電阻體緊密接觸。當(dāng)滑動端位置改變時，A-B和B-C之間的電阻值就發(fā)生變化。有的電位器上還帶有開關(guān)，通過轉(zhuǎn)柄可控制開關(guān)的通斷。普通電位器的旋轉(zhuǎn)角度為270°，不能對電阻值做精細(xì)調(diào)節(jié)。

數(shù)字電位器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

數(shù)字電位器數(shù)字控制部分包括加減計數(shù)器、譯碼電路、保存與恢復(fù)控制電路和非易失性存儲器等4個電路模塊。將n個阻值相同或不同電阻串聯(lián)在UH、UL端之間，每個電阻兩端分別經(jīng)過一個由CMOS管而構(gòu)成模擬開關(guān)連在一起，作為數(shù)字電位器抽頭，在數(shù)字信號控制下每次只能有一個模擬開關(guān)閉合，從而將串聯(lián)電阻的一個節(jié)點連接到滑動端。亦即，當(dāng)外部計數(shù)脈沖信號停止或片選信號無效后，譯碼電路輸出端只有一個有效，故只選擇一個MOS管導(dǎo)通。數(shù)字電位器的內(nèi)部簡化電路，如下圖所示。

數(shù)字電位器與機械電位器技術(shù)有什么區(qū)別？----電阻元件

機械電位器

由于電阻元件采用的可能是各種不同的材料（比如：金屬陶瓷、石墨或?qū)щ娝芰希虼?，電阻的大小就可能為?shù)十歐乃至兆歐，在額定誤差范圍內(nèi)得到保證。

該誤差被稱為電阻容許誤差，根據(jù)電位器材料的質(zhì)量和所采用的不同工藝，它會上下波動。典型值范圍在±30%和±10%之間，更高品質(zhì)電位器的誤差可低至±3%.

另外一種誤差是由于電阻元件的溫度所造成的。該種依賴性可大可小，它取決于材料。最終電阻值會隨溫度而成比例變化。該誤差被稱之為溫度系數(shù)或tempCo.

線繞電阻等較新材料的溫度系數(shù)可低至10ppm/°C.而舊的機械電位器所采用的材料為石墨，但其溫度依賴性高達(dá)500ppm/°C.

存在一些與材料相關(guān)的限制（比如：最大功耗，可小至幾毫瓦，大至數(shù)百瓦）。無論情況如何，電阻終端之間的電壓都與功率成正比。該電壓大小可為數(shù)十伏，也可為數(shù)百伏，甚至上千伏。

一般而言，機械電位器中電壓和電流的額定值雖然較高，但它們與環(huán)境溫度成反比例關(guān)系。設(shè)計者應(yīng)當(dāng)基于最終應(yīng)用中的預(yù)期最高溫度來驗證電位器是否能夠處理最大估計功率。

下表顯示的是機械電位器（根據(jù)所使用的材料進(jìn)行分類）的所有特性，以供快速參考。

機械電位器的材料對比

數(shù)字電位器

ADI公司提供最寬的阻值可選范圍：1k至1M。

電阻容許誤差之前為±20%，但現(xiàn)在已經(jīng)有所下降。ADI公司目前提供容許誤差為±8%的電阻，或經(jīng)校準(zhǔn)后容許誤差為±1%的精密電阻。

另外，具有非易失性EEPROM的數(shù)字電位器通常可存儲容許誤差，這些誤差可通過控制器讀回，并被用于校正外部電阻。

任意給定代碼下的溫度依賴性和溫度系數(shù)，都取決于兩個因素：電阻元件和開關(guān)電阻。開關(guān)電阻較小，但在較低代碼處，所選擇的電阻也很小時，由于阻值非常接近，開關(guān)電阻變得很明顯。開關(guān)電阻的溫度系數(shù)所影響到的代碼數(shù)，直接取決于標(biāo)稱電阻值，該區(qū)域的典型溫度系數(shù)約為600ppm/°C.

電阻元件所采用的主要材料有兩種：多晶硅或薄膜金屬。

多晶硅是一種常用材料，它與石墨類似，對于溫度的依賴性非常高，溫度系數(shù)高達(dá)600ppm/°C.薄膜金屬電阻的溫度系數(shù)則較低，大約為35ppm/°C.ADI公司數(shù)據(jù)手冊中給出了任意給定代碼下的溫度系數(shù)圖表。

由于尺寸較小，數(shù)字電位器的功耗也很小，在數(shù)十毫瓦以內(nèi)。與機械電位器相比，在所有溫度范圍內(nèi)，該功率保持恒定。數(shù)字電位器最大端電壓由供電軌來限定。就不同的數(shù)字電位器而言，其電壓范圍可從2.3V至33V.但是，任何情況下，最大電流通常都不會超過幾毫安。