Rezystancja sterowana elektronicznie, część 4

Ian Bell

Dodaj do źródeł

Kursy

Podstawy elektroniki

26 października 2026

W ostatnich trzech odcinkach omawialiśmy zagadnienia związane z rezystancją sterowaną elektronicznie, skupiając się głównie na wykorzystaniu tranzystorów JFET jako rezystorów sterowanych napięciem. Ten cykl został zainicjowany przez post na forum EEWeb dotyczący elektronicznego sterowania rezystancją, ale nie konkretnie z użyciem tranzystorów JFET. Chociaż takie tranzystory są powszechnie stosowane jako rezystory sterowane elektronicznie i mają duże znaczenie historyczne, nie są one najczęściej stosowanym rozwiązaniem we współczesnych układach elektronicznych. W tym odcinku przyjrzymy się digipotom – potencjometrom cyfrowym – które są układami scalonymi realizującymi funkcję podobną do potencjometrów mechanicznych i trymerów.

Poprzednia część

Spis treści

Następna część Toc right icon

1. Rezystancja sterowana elektronicznie, część 1 2. Rezystancja sterowana elektronicznie, część 2 3. Rezystancja sterowana elektronicznie, część 3 4. Rezystancja sterowana elektronicznie, część 4

Digipoty są dostępne zarówno w wersji reostatu, jak i potencjometru. Wersje potencjometryczne można zazwyczaj używać w trybie reostatu, wykorzystując rezystancję między suwakiem a jednym ze skrajnych zacisków (A lub B). Rezystancja (reostat) lub pozycja suwaka (potencjometr) jest sterowana za pomocą interfejsu cyfrowego. Zazwyczaj digipoty są sterowane przez mikrokontroler, często za pośrednictwem magistrali szeregowej, takiej jak SPI lub I²C, ale dostępne są również prostsze interfejsy umożliwiające zwiększanie lub zmniejszanie nastawy, a także układy z równoległymi wejściami cyfrowymi. Liczba kroków jest zazwyczaj potęgą dwójki, powiązaną z liczbą bitów w cyfrowym układzie sterującym, i mieści się w zakresie od 32 (5-bitowy) do 1024 (10-bitowy), ale dostępne są również elementy o mniejszej liczbie kroków (4 i 16) oraz 100-stopniowe.

Krokowy charakter regulacji potencjometrów cyfrowych różni się od płynnej zmiany ustawień, jaką zapewniają potencjometry mechaniczne ze ścieżką przewodzącą lub rezystory sterowane elektronicznie typu JFET. Potencjometry mechaniczne także nie działają idealnie i w praktyce nie mają nieskończonej liczby stopni regulacji. Ich rzeczywista rozdzielczość i powtarzalność, czyli dokładność, z jaką można ustawić tę samą wartość, mogą wynosić około 0,5% do 1%. Mechaniczne potencjometry wieloobrotowe zapewniają dokładniejszą regulację, jednak są droższe. Potencjometry drutowe mają niższą rozdzielczość, ponieważ zwoje drutu powodują skokową regulację rezystancji. Rozdzielczość potencjometru cyfrowego o N stopniach wynosi 100/N %. Na przykład w przypadku 8-bitowego słowa sterującego wynosi to 100/28 = 100/256 = 0,4%.

Elementy typu digipot

Zanim przejdziemy do dalszego omówienia elementów typu digipot i ich parametrów, warto przyjrzeć się podstawowemu układowi regulacyjnemu z digipotem, ponieważ pozwala to lepiej zrozumieć jego właściwości. Potencjometr składa się z zestawu rezystorów połączonych szeregowo, rozpiętych między punktami A i B. Taki układ jest często nazywany drabinką rezystorową. Całkowita rezystancja między punktami A i B jest stała i nazywana jest rezystancją digipotu. Na rynku dostępne są digipoty o rezystancji od 1 kΩ do 1 MΩ, aczkolwiek najczęściej spotyka się wartości od 5 kΩ do 100 kΩ. Zazwyczaj dany typ układu scalonego jest dostępny w kilku różnych wersjach rezystancyjnych.

Rolę suwaka pełnią przełączniki elektroniczne, z których w danej chwili włączony jest tylko jeden, a wszystkie pozostałe są wyłączone. Połączenia A, B i W odpowiadają standardowemu symbolowi potencjometru.

Przełączniki stanowiące suwak łączą się kolejno z punktami węzłowymi między rezystorami w układzie drabinkowym, dlatego często nazywane są odgałęzieniami. Przełączniki są zazwyczaj realizowane przy użyciu tranzystorów MOSFET.

To, który przełącznik jest włączony, zależy od działania sterujących układów logicznych. W układzie rejestr rezystancji przechowuje liczbę binarną określającą położenie suwaka. Jest ona dekodowana w celu ustalenia, który konkretny przełącznik ma być włączony. Wartość liczby zapisanej w rejestrze jest ustawiana przez użytkownika za pośrednictwem interfejsu, który, jak już wspomniano, może przybierać różne formy. Powszechnie stosowane są standardowe magistrale szeregowe oraz interfejsy umożliwiające zwiększanie lub zmniejszanie nastawy. Układy scalone typu Digipot mogą zawierać wiele potencjometrów w jednym chipie (zazwyczaj 2, 4 lub 6).

Rozdzielczość i charakterystyka regulacji

Liczba rezystorów między punktami A i B określa rozdzielczość potencjometru, a tym samym liczbę bitów w rejestrze rezystancji. Jeśli wszystkie rezystory mają tę samą wartość, zwaną rezystancją skoku, wówczas rezystancja między punktem A lub B a suwakiem będzie zależała liniowo od wartości zapisanej w rejestrze rezystancji. Nazywa się to liniową charakterystyką regulacji.

Możliwy jest również taki dobór wartości rezystorów, aby rezystancja między zaciskami A lub B a suwakiem zmieniała się logarytmicznie wraz ze zmianą wartości zapisanej w rejestrze rezystancji. Nazywa się to logarytmiczną charakterystyką regulacji.

Opisane opcje odpowiadają bezpośrednio liniowym i logarytmicznym potencjometrom mechanicznym. Potencjometry logarytmiczne są często stosowane w sprzęcie akustycznym jako regulatory głośności ze względu na nieliniową reakcję ludzkiego ucha na głośność dźwięku. Zastosowanie potencjometru cyfrowego o logarytmicznej charakterystyce w regulatorze głośności powoduje zmianę poziomu sygnału w stałych krokach decybelowych.

W przypadku potencjometrów cyfrowych o takiej samej rozdzielczości możliwe są różne warianty połączenia punktów węzłowych z suwakiem. Jeśli mamy 7-bitowy rejestr rezystancji, to istnieje 27 = 128 możliwych ustawień suwaka, co oznacza, że można sterować 128 przełącznikami, a tym samym liczba rezystorów jest o jeden mniejsza, czyli wynosi 127.