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记住这四点 对电位器的线性度了如指掌

关键词: 电阻, 规格

问:电位器线性度公差

有四种方法可以说明电位器的线性度。首先,线性度是指输出电压和中轴机械旋转之间的差异。

  1. 绝对线性度 – 电位器的实际电气角度
  2. 独立线性度 – 工业应用中最常规定的线性度,可最小化偏差
  3. 基于零点的线性度 – 这是独立线性度,其中理论参考线的零行程端延伸到了实际电气行程。在此图中,参考线延伸到了实际电气行程。
  4. 端点基线性度 – 这是实际输出从通过最小和最大端点的直线参考线的最大偏差。

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更多参考信息: Bourns®电位器的内容和图片补充

更多 电位器的技术信息, 请查看以下内容:

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30分钟走8步 树莓派巧变Wi-Fi接入点

关键词: 开发工具, 编程, 网络

问:如何在树莓派以及流量测量( NAPT 模式)上构建 Wi-Fi接入点

物联网 ( IoT ) 是一种利用网络上产品的互连性的技术,通过使用传感器和摄像头图像实现数据交换和产品远程控制。随着物联网的采用不断扩大,对网络通信(通常称为流量)有更深入了解的需求日益增长。这些信息对于确定网络的容量和使用情况至关重要,因为一旦知道了流量,以下内容就变得清晰起来:

  • 全面使用所需的通信速度和带宽
  • 商业研究中预估的现收现付网络使用量

流量可以根据传感器和产品规格来计算,但在加密和系统集成期间产生的开销可能会导致这些因素的显著变化。彻底的测量是贴近实际的最佳方式,但如果传感器或摄像头侧没有流量测量机制,甚至可能无法实现。

因此,在本项目中,我们将介绍一个系统,其中 树莓派 用作 Wi-Fi 接入点,在测量流量的同时中继来自传感器和摄像机的流量。

首先,我们必须在树莓上安装‘hostapd‘软件,可以使网络接口卡充当接入点和身份验证服务器,并配置其无线 LAN 接口(wlan0) ,使其被接受为Wi-Fi接入点。确保使用有线 LAN ( eth0 ) 与 Internet 端通信。

通过 Wi-Fi 使用 dnsmasq 进行 IP 地址分配 ( DHCP ) 连接到树莓的产品,和使用 nftables 进行地址转换 ( NAPT ) 通过树莓來通信。 然后我们将使用 pmacct 来测量通过无线 LAN 接口的流量。

通过使用 NAPT,即使许多物联网产品连接到无线网络侧,它们也可以使用分配给有线网络侧的单个 IP地址进行通信,其优点是最大限度地减少对现有环境的影响。

除了 NAPT 模式之外,还有用于构建接入点的桥梁模式,架构几乎相同。

使用树莓派( NAPT模式 )构建 Wi-Fi 接入点的步骤

让我们实际构建它。大概需要30分钟。

我们使用的是树莓派 3 model B+。你可以使用同时具有无线局域网和有线网络的任何型号,但我们推荐model 3或4。

1.树莓派 Imager 编程时的设置

树莓派 Imager 是一个流行的工具,用于安装树莓派操作系统,包括 Lite 版本(64位)。

编程时的设置如下

项目

配置示例

注意

主机名

hostapd-napt

可选

SSH

使能

认证方式可选。公钥认证需要SSH密钥。如果你对此没有准备,请选择密码身份验证。

用户名和密码

FooBar -User name= hostapdPassword = FooBar

可选项。特别对于密码,请指定不可预知的字符串。使用密码生成工具也是有效的。

Wi-Fi

无设置

 

语言环境设置

us – Timezone = Asia/Tokyo Keyboard Layout = us

可选项推荐

2. 从树莓的有线网络检查互联网连接

将电缆插入树莓的有线网络端口( eth0 ),并确保它可以连接到Internet。下面的任务也可以通过 SSH 远程访问来工作。

3. 第一次启动后更新 OS

启动树莓派 OS 后,请首先更新安装软件和库。重启完成更新。

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4. 通过 dhcpcd 禁用 wpa_supplicant 激活并为 wlan0 分配固定 IP 地址

wpa_supplicant 是连接到 Wi-Fi 接入点时通过身份验证( WPA )的软件。在这种情况下,由于树莓本身将是一个 Wi-Fi 接入点,因此该软件在运行时会引起冲突,因此它将被停止。同时,为无线 LAN 接口( wlan0 )分配固定的IP地址。
我们将地址 10.0.2.254 用于 wlan0。基本上,让它保持原样没有问题,但如果它与 eth0 侧的网络冲突,请更改。

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确认
使用以下命令确认上述配置已完成

image

5. hostapd 用于 Wi-F i接入点

hostapd 是一个 Wi-F i接入点服务器软件。该软件允许树莓派的无线局域网接口充当 Wi-F 接入点。
这里设置 SSID = TESTWLAN0, password = Aihei2oB。你可以根据自己的需要修改这些设置。

image

确认
使用以下命令确认上述配置已完成。

image

6. dnsmasq DHCP 服务器

dnsmasq是轻量级的 DNS/DHCP 服务器软件。此时通过DHCP功能为连接到 Wi-Fi 接入点的产品分配 IP 地址。
分配的IP地址范围为 10.0.2.100 ~ 10.0.2.109 之间的10个地址。另外,DNS 服务器分别是 Google 和 Cloudflare 运营的公共 DNS 服务器地址,用于分发。地址和 DNS 服务器的数量都应该保持原样,但是如果你需要更多的 IP 地址或你的组织应该使用的 DNS 服务器地址,请更改它们。

image

确认
使用以下命令确认上述配置已完成。

image

7. nftables 用于 NAPT 网关

nftables是一个 IP 包过滤中间件,它集成了 iptables等。在本例中,它用于在 wlan0 和 eth0 之间的通信中应用地址转 换( NAPT )。我们还启用了net.ipv4.Ip_forward 允许 wlan0 和 eth0 之间的通信。

image

确认
使用以下命令确认上述配置已完成。

image

8. 尝试连接到树莓派内置的 Wi-Fi 接入点

现在你已经构建了树莓派作为 Wi-F i接入点,让我们尝试从智能手机或 PC 连接到使用树莓派构建的 Wi-Fi 接入点。

image

连接后,检查是否可以查看https://ifconfig.io等工具网站。

使用 pmacct 进行流量测量

pmacct 是一款流量测量软件。例如,下面将允许你测量通过配置为 Wi-Fi 接入点的 wlan0 接口的流量(流量)。

image

每隔10秒,将向屏幕输出以下内容。

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从 10.0.2.100 (=检查使用的智能手机)到 1.1.1.1.1 或 8.8.8.8.8 的通信被设置为DNS服务器,此时的通信量以包数和字节数计算。利用这个,就有可能掌握通信量。

这里我们只是在屏幕上显示数据,但pmacct还支持在数据库(如 SQLite )中存储数据。具体操作请参见在SQLite中保存流量测量工具“ pmacct ”的结果。

未来操作-以稳定的树莓派操作为目标

虽然我们能够将树莓派变成 Wi-Fi 接入点,但我们希望快速运行这种事情,并且只在验证期间运行。因此,请考虑“一个仅通过打开和关闭电源来运行的系统”作为稳定运行树莓派的一种方式。

用于检查蜂窝通信流量的 Soraom Peek

除了 Wi-Fi, LTE 和 5G 等蜂窝通信也用于物联网。在这种情况下,请使用 Soracom Peek,它可以在Soracom 平台上捕获 IP 数据包。

Soracom Peek 可以以 SIM (=通信线)或 VPG (=网络)为单位进行捕获,格式为 pcap 格式,可以通过 Wireshark 等标准包分析工具进行分析。

结束的话

估计通信量对于全面使用物联网至关重要。尤其是现在,摄像头的使用往往会增加通信量。通过至少进行一次测量并确认所需的通信速度和带宽,将有可能构建稳定的物联网系统。

这是可以实现的,同时保持低成本,所以一定要利用它。

更多网络的技术信息, 请查看以下内容:

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这些机甲风的连接器很酷很剽悍

作者:Jody Muelaner

关键词:连接器, 工作原理

在工业应用中会用到有各种各样的连接器,他们将电缆上的电力、传感器信号和控制数据通过其连接点送入和带出自动化组件。重型连接器有时在连接器产品名称中缩写为HDC,其组成取决于具体应用,所以有时是相对的。这就是说,加固耐用型工业连接器与那些包含基本以太网和轻载电源的清洁室内自动化应用中使用的轻载RJ和IEC连接器之间有着明显的区别。

重型连接器可以具有更强大的整体坚固性,以及更强的侵入保护性能、更低的可燃性、很宽的工作温度范围、互锁、接地屏蔽,或者仅仅是更可靠的连接和更牢固的连接。

重型电缆密封套与连接器

电缆密封套(有时也称为压线装置)大多是机械部件。当电缆穿过工业控制面板以及其他金属板和硬塑料制成的外壳、连接器和控制器主体的边界时,电缆密封套会环绕包裹电缆。电缆密封套有三个作用。具体作用如下:

  • 固定电缆
  • 防止电缆刮擦和其他磨损
  • 在电缆周围形成密封,以防湿气进入和通过虹吸方式进入外壳内部

电缆密封套采用了具有以下功能的电缆固定方式:防止在电缆被拉扯或者受到其他干扰时电气触头受损。电缆密封套还可以防止电缆护套与外壳上的尖锐孔缘发生摩擦,因为密封套本体会在这些边缘填充并外扩。如果没有电缆密封套,即使是最轻微的移动,电缆也会被外壳上开孔的锋利边缘迅速切开,直至其外部绝缘层被完全锯开…最后导致电缆芯线短路。

与这些电缆密封套(环绕电缆)相反,连接器用于端接电缆——通常可以更方便地断开和重新连接电缆,以及连接多个组件和电缆。一般情况下,这种连接器的重型版本包括一项或多项加固功能。

重型电缆连接器可以采用通用电缆密封套、电缆夹或密封和防扭器件来提供电缆入口保护。无论机械形式如何,这些器件都能固定电缆并防止其从端子上被拉出。电缆入口保护也能像独立的电缆密封套那样防止电缆受到磨损。请注意,片状插件(有多个触指的接头)在中等加固型连接器上很常见,尽管插件需要定期重新拧紧来保证入口保护。对于重型应用来说,密封套可以提供连续密封并夹持电缆,是一种更可靠的常见选择。

一些重型电缆连接器上的保护罩会包围插头的导电体,同时提供绝缘和侵入保护——还有一些锁定或闩锁的套管或杠杆,以保持连接器的两个部分组合在一起。

在许多重型电缆连接器上,公插件包括公插针以及导电线芯与插针接触部分的螺钉或压接端子。在此类连接器中,母头插件包括互补式插口以及导电线芯与插口接触部分的插座或压接端子。

重型电缆连接器的坚固外壳可能是其最显眼的特征——通常包括绝缘和侵入保护功能。其配件可能包括额外的保护罩和针脚代码指南。


重型连接器侵入保护的 IP 代码

对于重型连接器来说,针对液体和固体颗粒进入的保护也是非常规范的。连接器的侵入保护是使用与外壳相同的侵入防护 (IP) 代码来评定的。IP 代码的第一位数字表示针对固体的防护,数值范围从 0(表示没有保护)到 6——表示完全防尘。IP 代码的第二位数字表示针对液体的防护,数值范围从 0(无保护)到 8(在 1 米深处能够连续防水)或者甚至 9K——表示针对高压喷射流的防护。例如,IP67 级连接器可以抵御灰尘的侵入和暂时浸入水中。

专有连接器变型——为什么如此常见?

由于重型连接器对机械闭合和密封功能的强烈依赖,目前市场上的许多选择要么是专利设计,要么是特定应用的连接器变型。例如,整个行业都将 Harting Hank 系列重型矩形连接器用于电源和控制连接。事实上,这个商标的连接器品牌有时被认为是一般重型连接器的代名词。

图 2:Han 系列连接器(有 4 个和 26 个针脚)在某种程度上已成为行业标准——满足从 50V 到 5000V 和 3 A 到 200A 的各种数据和电源连接要求。其锁定方式包括方便单手操作的单杆 Han-Easy 锁,以及锁定更可靠、紧密型更高的、用于电缆到电缆连接的双杆 Han-Easy 锁。然而,另一种加固选项是螺钉锁定,这种锁定方法可以获得最大的紧密性、更小的人为解除锁定风险。(图片源: Harting)


Han 系列连接器的针脚排列在一个矩形护罩内,匹配矩形壳体内的相应插座。连接器通常配备有锁定杆,让安装人员轻松、可靠地闭合连接器:——确保其无法被拉开…即使施加相当大的作用力时也是如此。

护罩(螺栓连接的连接器外壳)在电力电缆端接中最常见,提供顶部进入和侧面进入式配置。外壳可采用螺纹安装、表面贴装或穿板式安装, 便于在仪表或机器上连接。另外,外壳也可以端接电缆,用于电缆之间的连接。护罩和外壳通常由压铸合金制造…但不锈钢和塑料外壳也很常见。一些制造商提供了可配置的连接器,可以在外罩或外壳内连接。这可以让所有不同的模块都有更大的引脚数。这种连接器如 Molex 的 GWconnect HDC 和 TE Connectivity HDC 品牌产品。

用于数据和传感器信号电缆的加固型电缆连接器会略有不同。在这里,M 系列连接器遥遥领先。该系列连接器坚固耐用,可用于电力传输和包括基于以太网的连接在内的各种数据连接。加固型 M 系列连接器在涉及 PROFINET、现场总线和工业以太网的工业网络应用中最为常见,用于连接传感器、交换机和 PLC。

正如 DigiKey 以前的文章所述,M 系列连接器由圆形公头和母头连接器组成,采用标准的公制螺纹套管,包裹并保护内部引脚和插座。标准尺寸包括 5 mm M5、8 mm M8、12 mm M12、16 mm M16 和 23 mm M23 连接器。螺纹套管使得连接非常牢固、可靠,不容易被拉开,并且保证了非常可靠的电气连接,最大限度地减少了信号的不连续性。该套管还使得 M 系列连接器实现了高水平侵入保护,在许多情况下,甚至可以在遭受冲刷和腐蚀的环境中使用。最常见的尺寸是 M8 和 M12 连接器,提供 2、3、4、5、8 或 12 针版本。通常,3 或 4 针 M 系列连接器用于传感器和电源;4 或 8 针 M 系列连接器用于以太网和 PROFINET 设备;4 或 5 针 M 系列连接器用于现场总线、CAN 总线和 DeviceNet 自动化设备。

图 3:M 系列连接器由高强度铝制成,采用棘轮螺丝,可以单手速安全地连接电缆。(图片来源:LEMO)


工业应用中使用的数据连接包括以太网、ModbusTCP/IP、EtherCAT、以太网/IP 和 Profinet…以及各种专有形式。RJ 连接器是所有以太网实施的标准——但没有侵入保护功能,也不具备特别坚固的性能。虽然有一个公头侧塑料凸片卡在插口中,将连接器的两部分固定在一起,但其相当脆弱…甚至适度的拉扯下就能将插头从插口上拔出来。所以,在自动化装置受到运动影响以及被偶然滥用的情况下,M 系列连接器是一个非常不错的选择。

不过,有一点需要注意。虽然标准的 M 系列连接器是工业连接器的合适选择,但要实现可靠的连接和规定的侵入保护等级,取决于技术人员是否正确地拧紧了连接器的螺纹。一些连接器供应商甚至推出可以自动锁定的推入式连接器来解决这一潜在的故障点。其中最成熟的产品也许是 Molex Brad 系列连接器,该产品可以直接替代标准 M12 连接器。这种连接器产品取消了螺纹套管,取而代之的是可靠的按压锁定机构…因此,只需将连接器的两个部分按压在一起,就能确保完美的锁定和可靠的连接,彻底消除了无信号或信号断续的风险。这些连接器有各种配置,包括具有 IP65 防护等级的推入式和拔出式连接器。

图 4:Ultra-Lock 连接器是一种带有 O 圈的推入锁定式选择,可实现万无一失的连接和 IP69K 侵入保护性能。(图片来源:MOLEX)


当用于以太网应用时,M 系列和 Molex Brad 连接器还可以使用以太网供电 (PoE) 标准提供电源,且包括 A 型、B 型和 4PPoE 三种型号,以支持不断变化的带宽和供电水平。

可满足高功率要求的 IEC 电源连接器

国际电工委员会 (IEC) 为民用、商用和工业应用中的电源连接器定义了各种标准。例如,IEC 60320 标准涵盖了电压和电流分别高达 250V 和 16A 的非锁定式连接器。这类连接器包括大型非加固 C13/C14 连接器以及工业应用中电子设备上常见的较大型 C19/C20 耦合器——包括计算机电源和服务器外壳。这类耦合器通常被认为是非重型连接器。

相比之下,IEC 60309 锁定式连接器已经过加固——可用于传输电压和电流分别高达 1000V 和 800A 的工业电缆。所有 IEC 60309 锁定连接器都具有一定程度的入侵保护能力,标准配置可证明具有 IP44 防溅,IP67 防水或 IP66/67 防喷射、防水保护能力。

该标准还允许采用互锁插座:只有在与插头相配的情况下才允许连接器通电…且在切断电源前,无法拔出插头。以下颜色编码表示连接器的允许电压和频率范围。

  • 黄色表示 IEC 60309 电源连接器适用于在 50 Hz 或 60 Hz 下传输 100 V 至 130 V 电压。
  • 蓝色表示 IEC 60309 电源连接器适用于在 50 Hz 或 60 Hz 下承载 200 V 至 250 V 电压。
  • 红色表示 IEC 60309 电源连接器适用于在 50 Hz 或 60 Hz 条件下传输 380 V 至 480 V 电压…通常是三相配置。

图 5:这种采用红色编码的重型连接器满足 IEC 60309 标准要求,提供 380 V 至 480 V 电压。(图片来源:Wikimedia Commons)


结论

重型连接器必须满足各种要求。连接器是否需要抵御冲击负载的挤压——或被拉开?是否需要防尘或防水的侵入防护?连接器需要耐受什么样的温度?重型连接器是否可以安装在具有易燃性问题的环境中?

针脚数量和每个针脚要承载的电压和电流也必须加以考虑——还有电缆进入的方向和电缆保护水平。在自动化机器上,如果电缆及其接头需要移动,必须提供合适的接头和电缆夹…且防扭装置也是审慎的做法。

对于相对较轻但在恶劣环境下工作的电气负载,M 系列连接器及其衍生产品通常是合适的选择。对于较高电力负载,矩形连接器可能是更好的解决方案…特别是这类连接器可以通过不同的电缆入口方向、安装选项和一般的模块化构件进行配置,以满足几乎任何复杂的要求。而且,对于单相或三相 AC 电源的简单电源连接,IEC 60309 锁定式工业连接器是主要的选择(如果不是唯一)。

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用这把钳子需要对齐几组暗号

关键词: 工具, 安装, 连接器

问:使用工程师 PA-09 压接工具压接 JST PH 连接器

关于如何使用工程师 PA-09 压接 JST PH 系列外壳连接头的手动压接说明:

下图为Digi-Key在售的压接工具(Adafruit零件编号350),可用于压接从20到32 AWG电线的许多外壳连接头。

这是常用于单芯灰色袋式锂电池和我们在售的许多电池座的矩形连接器外壳,它也是全球使用最为广泛的连接头外壳。

以下说明适用于JST PH系列,但许多矩形连接器外壳的连接头都非常相似,因此这些说明也适用于许多类型的连接器,只需注意特定连接头的建议电线长度。

说明中使用的零件:

PHR-2

JST 2位外壳零件编号: PHR-2

SPH-002T-P0.5L

JST 24-28 AWG连接头零件编号: SPH-002T-P0.5L 

个人而言,我会多买一些压接端子,以防因任何错误压接而无法通过张力测试。

使用的工具

工程师压接工具零件编号:PA-09——Adafruit零件编号:350

剥线器—— Seeed Technology零件编号: 1404080001

可选:

镊子或精细尖嘴钳,用于将连接头安装在外壳内。

在购买之前,需注意,PA-09压接工具并不是厂商建议用于压接这些连接头的压接工具。

这是一款无棘轮手动压接工具,如果你要装配大量连接头,则不建议使用这款工具,因为大量重复压接这些类型的连接头会使手腕受伤。

这类工具压接起来非常方便,通常适用于电子爱好者或原型制作。

JST建议剥除长度在1.9到2.5mm(即0.075到0.098英寸)之间任意位置的电线。如果你对长度没有什么概念,请注意,它只比25美分硬币稍宽一点。

你也可以增加剥除长度,然后再修剪至所需长度。

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接着,用手指将新剥除的电线拧在一起,以免电线松动。

我们来熟悉一下压接连接头的不同部分的术语

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一只手握住工具,另一只手将压接连接头的线箍部分插入压接工具1.4mm处,并轻轻将连接头夹在工具中。

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确保线箍部分的凸片向上朝着压接工具的数字和心形曲线。

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现在,将已剥除并扭绞的电线插入压接器的钳口内,使绝缘层靠近工具的外缘或与之平齐(注意不要压接线箍部分内的任何绝缘层),然后用力挤压。

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如果用放大镜看,压接的连接头应如下所示:

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你肯定不希望磨损的股线露出来,但如果绝缘层和线箍之间露出一点电线也是有所帮助的,因为这样可以确保绝缘层没有压接在线箍中。

在这种情况下,可以用力拉连接头和电线,以测试机械结合是否牢固。

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如果你正在为不同的连接器压接不同的连接头,并且拉力测试失败了,请试着使用小一点的压接器和新的连接头,看看这样是否可以解决问题。

接着,用压接工具的钳子端部向内夹住较长的绝缘桶凸片。这一步用尖嘴钳更容易,用镊子也可以;你需要将绝缘桶的顶部向内和向下折叠,折叠完毕后再进行压接。

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现在,将绝缘桶凸片插入1.9mm压接钳口中,压接连接头的应变消除部分并挤压。

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理想情况下,最终压接完毕的连接头应如下所示:

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最后,再次进行拉拽测试,如果需要,可以在周围放置目视放大镜以进行检查,观察是否有任何松动的绞线或不正确的压接。

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10倍放大目视放大镜Aven工具零件编号: 26034

连接器外壳的侧面有一些凸起的小孔。将连接头插入外壳时,请确保小型连接头矛状杆正对外壳上的孔,如图所示。

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你也可以使用细绞线,并且在将连接头插入外壳连接器时,可以使用精细尖嘴钳或镊子夹住连接头的背部,以便将其固定住。

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这个高不成低不就的器件默默为你遮风挡雨

关键词: 保护, 工作原理

问:固态继电器过零(触发)

过零型继电器 将在交流电源电压接近0V时接通。过零触发点会在其工作的实际电压方面发生变化。该电压可在0V和±20V之间,具体取决于电路配置的限制。

Panasonic 的AQH1213AX 过零型继电器

这样是为了防止在电源电压中产生噪声。如果继电器在交流波中间接通,电压就会下降,而电流就会突然发生很大的变化,从而导致在电压供电线路中产生噪声。

这样还有助于防止巨大的浪涌电流,因为浪涌电流会损坏某些器件,如电阻加热元件、镇流器、灯和启动时阻抗较低的任何器件。

以下是过零型继电器工作的快速示意图。

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这个器件马甲太多 了解几个要点就不会乱

作者:Ryan Smoot,CUI Devices 技术支持工程师

关键词:传感器, 规格

压力传感器是一个电子元器件,负责监控或检测气体或液体压力(力),并将这些信息转换成可用来监测或调节该力的电信号。要进一步讨论压力传感器,有必要从一些基本定义开始。压力是指气体或液体在单位表面积上施加的力的大小。公式 P=F/A 给出了压力 (P)、力 (F) 和面积 (A) 之间的关系。传统的压力单位是帕斯卡,定义为每平方米一牛顿 (N)。压力也可以描述为阻碍流体膨胀所需的力。

压力传感器采用的技术有许多种(下文将进行讨论),每种技术都将最终决定特定压力传感器的工作方式。尽管当今的很多压力传感器可以与各种液体和气体搭配使用,但有些更粘稠或致密的液体(纸浆、沥青、原油等等)可能需要使用定制的压力传感器。但有一种压力传感器适用于几乎任何场景。

解决命名混乱的问题

基本上,压力传感器、压力换能器和压力变送器的功能大体相当,因此这几个术语经常互换使用。它们之间的主要区别在于输出信号。

压力传感器会感测压力的大小,并产生与所施加力的大小相对应的输出信号。压力换能器将检测到的力转换成连续电压输出 (V),而压力变送器则将检测到的力转换成电流输出 (mA)。

在通常情况下,压力传感器可以使用许多名称,例如压力换能器、压力变送器、压力发送器、压力指示器、压强计和压力计。无论采用哪种名称,使用这些装置的目的都是为了在各种应用中监测和调节压力,也可用来测量其他变量,例如液体/气体流量、高度和水位。

压力测量类型

在压力测量和压力传感器领域,必须了解很多术语,以确保实现最佳的系统性能和测量精度。您的应用所使用的特定压力传感器类型会对这些因素产生重大影响,因为压力通常是相对于某个参考值(例如海平面的大气压力)测得的。

一个关键术语是“量表压力”,即相对于当地环境压力或大气压力测得的压力值。指示的压力不是高于就是低于当地大气压力。

另一个重要术语是“绝对压力”,即相对于零压或真空参考值的测得的压力值。无论在哪个位置测量,使用绝对压力传感器获得的测量结果都是一样的。

“差压”是指系统中的两个不同点之间的压力差,通常用来计算管道内的液体或气体流量。

“真空压力”测量的是相对于环境压力或当地大气压力的负压范围。

最后,“混合压力”是指正负压或真空的测量值,基本上是“量表压力”与“真空压力”的结合体。

图 1:各种压力测量值之间的关系图示。(图片来源:CUI Devices)

常用的压力测量技术

压力的检测、理解和测量,最早可以追溯到 16 世纪晚期伽利略和 17 世纪中叶托里切利的开创性工作。波登管是史上第一款压力计,于 1849 年问世,此后直到 1930 年才诞生第一款电输出压力换能器。随着半导体技术的兴起,用来检测这一基本力的技术大量涌现。下面简要介绍了主要的压力测量技术及其应用:

  • 电容式:检测电容器板之间的膜片受压弯曲引起的电容变化。
  • 感应式:检测与磁芯相连膜片的微小偏转,此偏转会导致磁芯中发生线性运动。这种运动会改变感应电流,并转换成电信号。
  • 光学式:利用光源和传感器进行测量,光源会随着压力增大而逐渐被遮挡,传感器用来产生与光线变化成比例的信号。光纤传感器也可以用来测量由压力引起的光线路径和相位的变化。
  • 压电式:当外部压力作用于石英或陶瓷材料时,这些材料会产生与压缩量成比例的可变电荷。压阻技术利用材料在拉伸时的电阻变化来测量压力。
  • 电位式:利用电阻装置(电位计)和连接到波登管的滑臂进行测量。滑臂随着压力的变化而移动,电位计根据力的大小产生一个相对信号。
  • 谐振式:对带有振弦的膜片施加的力会改变振弦的谐振频率,这会被转化成电信号。
  • 应变计:将施加的力(压力)转换成随施加的力波动的电阻变化。随后即可测量此电阻值。

压力传感器类型

要了解压力传感器,回顾一下可以在设计中使用的各种传感器类型也很重要。下面是基本的压力传感器类型:

  • 膜片传感器:包含受压时会变形的柔性圆形金属薄片。
  • 密封传感器:以海平面的大气压力作为参考压力。
  • 固态传感器:这些传感器没有活动部件,使用半导体开关元件(例如场效应晶体管)来感应压力。
  • 应变计传感器:测量由外力引起的长度变化所产生的电阻,并将其转化成电信号。
  • 薄膜传感器:顾名思义,这些传感器使用含有电阻元件的薄膜,当压力导致薄膜的长度和厚度发生变化时,电阻会随之改变。
  • 真空传感器:用来测量低于大气水平的压力。通常情况下,这些传感器采用压电技术,或者测量特定空间的气体体积。
  • 排气式传感器:测量相对于环境气压的压力。

图 2:使用压电膜片的压力传感器示例。(图片来源:CUI Devices)

最终设计考虑因素

根据上文介绍的压力传感器技术、测量方法和类型,在为特定的设计指定压力传感器时,需要记住下面这些最终选择标准。第一个关键参数是工作压力范围,即制造商为器件正常工作规定的安全压力范围。工作温度范围、传感器在发生故障之前所能承受的最大压力以及输出类型(模拟/数字)也是重要的考虑因素。此外,还应考虑输出水平、精度和漂移、分辨率、电源电压以及一些环境因素,例如温度、湿度、压力、液体接触、辐射以及传感器与任何接收装置之间的物理距离。通过考虑所有这些参数,可以为特定应用选择合适的压力传感器,以满足必要的工作条件和性能要求。

总结

电气工程师必须要了解,测量压力并利用这些数据进行过程控制和监控对很多行业(例如制造业和医疗保健行业)至关重要。为了确保产品和服务的质量和安全性,必须实现准确、可靠的压力感测。随着技术的进步,压力传感器现在有各种类型、技术、尺寸、输出和精度可供选择。要为特定应用选择正确的压力传感器,需要仔细考虑工作参数,例如传感器类型、压力范围、温度范围、最大压力、输出类型、精度、分辨率、电源电压以及环境因素。

幸运的是,CUI Devices 推出了一系列压电式压力传感器,可以满足这些要求。该公司的传感器具有多种压力类型和工作范围可供选择,可实现灵活而准确的测量。

小编的话

如文章所言,我们在使用压力传感器进行系统设计时常常会面临如何选择合适的器件的问题,这需要我们对不同压力测量技术有所了解,而后根据关键工作参数进行选择。相信通过本文详细的分析和介绍,小伙伴们对压力传感器有了更深的理解。您对压力传感器有哪些特别的理解?您在选择和应用压力传感器上有哪些心得、经验和问题?欢迎留言,分享讨论!

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一周新品推荐:Molex接地故障电路断路器和Sanyo Denki防水风扇

重点产品推荐

关键词:断路器,防水风扇

产品一:Molex接地故障电路断路器 (GFCI)

Molex 的 GFCI 产品设计用于极端环境和行业中使用。

Molex 的 Woodhead® Super-Safeway™ 和 Safeway® GFCI 产品可在人员和设备有风险的任何地方实现接地故障保护。

该产品线包括带有 Watertite Extreme® 插头和连接器的电缆分接器,专为在极端条件和最恶劣的环境中工作而设计,以保护工人避免潜在的触电风险。

Molex提供各种插头连接器类型、悬空引线和盒式产品。有多种电气选项可供选择,分别为 15 A、20 A 或 30 A,以及 120 V 或 240 V。

这些接地故障断路器具有 NEMA 3R、4X 和 6P 等级,并通过了 UL 和 CSA 认证,提高了安全性和为用户提供对测试/重置功能的即时访问。这些 GFCI 产品设计用于极端环境和行业。

适用范围

  • 工业
  • 建筑工地
  • 电力维护公司
  • 维修部门
  • 配电
  • 自动售货机
  • 饮水机/饮料机
产品二:Sanyo Denki防水风扇

Sanyo Denki 防水风扇具有IP54、IP55和IP68额定值等多个尺寸的轴向和离心风扇,用于需要防潮和防尘保护的应用。

IP54风扇具有防潮迷宫式结构和保形涂层,而IP55和IP68风扇具有完全密封式的电机和PCB。

这些风扇具有各种防水性,同时还提供高气流性能和 Sanyo Denki 的 L10 长寿命额定值。

产品特性

  • IP54、IP55 或 IP68 级标准
  • 防潮、防尘
  • 高气流

适用范围

  • 室外设备
  • 恶劣环境
  • 食品加工设备
  • 户外照明

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你知道保险丝应该以多快的速度熔断吗?

关键词: 保护, 选料

问:从保险丝的时间与电流特性,如何选择适当的保险丝?

保险丝 是一种常见的温度敏感元件,常用于过载或短路等过流情况,以保护电路。由于电流过大而导致温度过高进而使保险丝熔断, 从而切断电流,避免过流损坏设备。知道了这一点,我们如何确定在特定的电流条件下, 保险丝应该以多快的速度熔断呢?

保险丝的时间与电流(Time-Current)特性可以找到答案。例如,Littelfuse  的 383系列-TR5® 5时滞300V保险丝的时间与电流特性如下。

image

这个时间与电流特性图表显示了保险丝对不同程度的过流状态的反应速度。所有保险丝具有逆时间/电流特性; 随着过流增加,熔断时间减少。简单地说,保险丝熔断得越快,过流问题就越严重。

此外,通常这些图表以对数的方式显示,如上所示。

我们可以利用这些信息来计算我们的保险丝在特定的电流条件下会以多快的速度熔断,以确保它的速度足以保护敏感的、昂贵的电子产品。或者,我们可以利用这些信息来选择一个适当的慢熔断保险丝,使得在受到感应浪涌电流时不会跳闸。

更多不同保险丝的技术信息, 请查看以下内容:

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当心!陶瓷电容的老化隐藏着风险!

关键词: 电容, 规格

问:陶瓷电容老化现象的影响

陶瓷电容 受到与介电晶体结构变化有关的老化现象的影响,这种老化现象表现为介电材料初始烧制后电容和耗散因子的变化。与已建立的模式一致,EIA I类介电材料受影响最小,被广泛认为是不老化的,而EIA II类介电材料受中等程度影响,而EIA III类材料往往受到相当严重的影响。这种老化过程可以通过暴露在高于电介质居里温度的温度下一段足够长的时间来重置(或器件“去老化”),从而使晶体结构重新形成;温度越高,所需的时间就越短。由于许多陶瓷电介质的居里温度低于许多焊接工艺中遇到的温度,因此在组装过程中,器件很可能至少会部分老化。

元件的这种老化行为通常以每十年小时电容的百分比变化来表示,相对于在“最后一次加热”时测量的电容,最后一次元件被加热到其居里温度以上足够长的时间以完全改变其晶体结构。换句话说,一个老化率为(-)5%的电容,在“烤箱新鲜”状态下测量100uF,在离开烤箱1小时、10小时和100小时后,预计将分别测量大约95,90和85uF。

显然,这就产生了一个问题,即元件的标称电容应该是多少,如果该数量不断变化,即使元件在原始包装中未使用也会在架子上使用。工业标准EIA-521和IEC-384-9谈到了这个问题,基本上是说元件应该在最后一次加热后1000小时(约42天) 达到其规定的公差值。接下来的十年小时标记 (10K和100K小时) 分别转化为1年多一点和11年多一点。更复杂的是,老化过程以温度依赖的速度进行;直到电介质的居里温度,器件温度的升高通常会加速老化过程。

由于老化现象可能导致器件出现超出其规定的公差范围,因此产品设计和生产测试人员必须注意这一事实; 测试刚刚回流的组件应预期电容值稍高,并且设计应该有足够的余量,以适应器件老化时的正常操作。功率转换电路就是一个很好的例子,这种效应可能会造成严重的危险,因为陶瓷电容通常最终会对这种电路的控制回路产生强烈影响,无论是作为补偿网络组件还是作为滤波器元件。在组装过程中,在电容老化的影响下看起来稳定的系统可能会随着时间的推移而变得不那么稳定,因为老化导致的电容损失会影响控制回路的动力学。最重要的是,如果随着时间的推移稳定的电容值很重要,则应避免使用明显老化的电容。

更多不同陶瓷电容的技术信息, 请查看以下内容:

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数字电位器很优秀 连这个问题也克服了

作者:Bill Schweber

关键词: 电阻, 工作原理, 规格

几十年来,机械式电位器一直用在从电路微调到音量控制的各种应用中。然而,机械式电位器有其局限性:滑臂可能会磨损,容易受潮,也有可能被意外移出设定位置。此外,随着全球数字化转型,设计者需要一种替代方案,以满足更精确的控制和高可靠性要求,以及能够灵活地通过固件进行远程调节。

数字式电位器 IC 通常被称为数字电位器,是连通数字和模拟电阻世界的桥梁,让上述问题迎刃而解。作为一种兼容微控制器的全电子器件,数字电位器可通过处理器和软件来控制、设置和改变其电阻值或分压比。

数字电位器拥有机械式电位器无法比拟的特点和功能,并且数字电位器不需要滑臂,因此更加坚固可靠。数字电位器可防止被故意或意外调节,从而避免了莫名其妙的性能变化。这种器件的应用不计其数,包括 LED 热稳定、LED 调光、闭环增益控制、音量调节、校准、用于传感器的惠斯通电桥微调、控制电流源和调节可编程模拟滤波器等。

本文将简要介绍电位器及其向数字电位器的演变。然后,以 Analog Devices、Maxim Integrated、Microchip Technology 和 Texas Instruments 的器件为例,介绍数字电位器的操作、基本和高级配置,以及如何解决电路调节问题。本文将展示这些器件的功能、特性、性能和选项如何用于简化电路,使电路与处理器兼容并减少甚至消除对笨重、不太可靠的机械电位器的需求。

首先介绍电位器的基础知识

电位器在电力和电子学的最早期就已经是一个重要的无源电路组件。电位器是一种三端子设备,带有一个可访问的电阻元件,可通过旋转轴上用户可设置的滑动臂实现分压功能。电位器已用于无数的模拟和混合信号电路,能满足各种各样的应用要求(图 1)。

图 1:标准电位器是一个可由用户设置的带转轴可变电阻器。(图片来源:etechnog.com)


当滑臂沿着电阻元件旋转和滑动时,任何一端的触头和可调滑臂之间的电路电阻从零欧姆(标称)到导线或薄膜电阻的全额定值之间变化。大多数电位器的旋转范围约为 270 至 300 度,典型的机械分辨率和重复性约为满量程值的 0.5% 和 1%(分别为 1/200 和 1/100 之间)。

请注意,电位器和其最初的同类器件——变阻器之间有一个轻微但明显的重要区别。电位器是一个作为分压器的三端设备(图 2,左),而变阻器是一个两端可调的电阻,用于控制电流流动。连接电位器通常是为了创建一个变阻器,有三种类似的连接方式,即留出其中的一个端子,不做任何调节,或者直接将其与滑臂连接(图 2,右)。

Potentiometer with end terminals A and B and wiper W
图 2:可以很方便地用三种连接方法中的任何一种来连接带有端子 A 和 B 以及滑臂 W 的电位器(左),将其用作变阻器(右)。(图片来源:Analog Devices)


数字电位器:IC 形式的电位器

全电子数字电位器仿真了机电式电位器的功能,但这是通过一个没有活动部件的集成电路来实现的。数字电位器可接受多种格式的数字代码,并确立一个相应的电阻值。因此,这种器件有时被称为电阻式数模转换器 (RDAC)。

在传统电位器中,可以用手(有时甚至是小型电机)来设定滑臂位置,以此设置分压比。然而,在数字电位器中,计算机控制器通过数字接口与数字电位器 IC 连接,并建立一个与滑臂位置等效的数值(图 3)。

Digipot IC replaces manual setting of the potentiometer wiper
图 3:数字电位器 IC 用一个以数字方式设置的电子开关来模拟机械式滑臂,从而取代了手动设置式电位器。(图片来源:Circuits101,修改版)


数字电位器使用标准的 CMOS 集成电路技术,不需要特殊的制造或处理工艺。表面贴装数字电位器 IC 的尺寸通常为 3×3 mm 或更小,远小于旋钮式电位器或甚至是需要用小型螺丝刀调节的微调电位器;在 PC 板生产方面,这种 IC 的处理方式与任何其他表面贴装技术 (SMT) 集成电路相同。

数字电位器的内部拓扑结构大体上由一个简单的串联电阻串组成,并且在滑臂和这些电阻之间有可数字寻址电子开关。发出数字指令时相应的开关闭合,而其他开关则断开,从而确立所需的滑臂位置。这种拓扑结构实际上有一些不足,包括需要大量的电阻、开关以及较大的芯片尺寸。

为了最大限度地减少这些问题,供应商已经设计了各种巧妙的电阻器和开关布局,在确保具有相同效果的情况下减少电阻和开关的数量。以上每一种拓扑结构都会导致在数字电位器如何确定范围及其二季特性方面的小差异,但对用户来说绝大部分差异都是透明的。在下文中,我们将用“电位器”表示机电式电位器,用“数字电位器”表示全电子式电位器。

数字电位器具有一系列规格、功能

与任何组件一样,在选择数字电位器时也有主要参数和次要参数需要考虑。排名靠前的问题是标称电阻值、分辨率和数字接口的类型,同时需要考虑的因素包括容差和误差源、电压范围、带宽和失真。

• 所需的电阻值,通常称为端到端电阻,由电路的设计考虑事项决定。供应商以 1/2/5 的顺序提供 5 kΩ 和 100kΩ 之间的电阻值,还有一些其他中间值。此外,还有一些具有扩展范围的器件,可低至 1 kΩ 或者高至 1 MΩ。

• 分辨率定义了数字电位器能够提供多少个离散式步进或抽头设定值,范围从 32 到 1024 步,以使设计者能够满足应用需要。请记住,即使是一个中程 256 步(8 位)数字电位器的分辨率也比电位器高。

• 微控制器和数字电位器之间的数字接口采用标准的串行 SPI、I2C 格式,还有地址引脚,这样就可以通过一条总线连接多个设备。微控制器使用一个简单的数据编码方案来指示所需的电阻设置。诸如 Texas Instruments 的 TPL0501 器件便是此类极简型数字电位器。这是一种具有 SPI 接口的 256 抽头数字电位器,非常适合功率耗散和尺寸至关重要的情况(图 4)。该器件采用节省空间的 8 针 SOT-23(1.50 mm × 1.50 mm)和 8 针 UQFN(1.63 mm × 2.90 mm)封装。

TPL0501 digipot from Texas Instruments
图4:像 Texas Instruments 的 TPL0501 这样具有 SPI 接口的基本型数字电位器,对于不需要更多功能的空间和功率受限型应用来说是一种有效的器件。(图片来源:Texas Instruments)


例如,在实际中可将其用于临床级可穿戴医疗设备,如血氧仪和传感器补片。该器件在本例中搭配使用 TI 的 OPA320 运算放大器(图 5)。通过组合这两种器件,可以构建一个分压器,用于控制提供数模转换器 (DAC) 输出的放大器增益。很明显有人会问,为什么不简单地使用一个完整的标准 DAC?具体原因是,这种临床应用需要高精度、轨至轨模拟输出,具有高共模抑制比 (CMRR) 和低噪声。为此,OPA320 的这两个指标在10 kHz 时分别为 114 dB 和 7 nV/√Hz。

TI’s OPA320 precision op-amp
图 5: 数字电位器可与精密运算放大器(如 TI 的 OPA320)配合使用,创建一个其运算放大器输出性能超凡的 DAC。(图片来源:Texas Instruments)


此外,还有一些数字电位器接口变化,可简化其在手动式音量控制器等应用中的使用。另外两个选择是按钮和上/下 (U/D) 接口。使用按钮时,用户可以按下两个按钮中任意一个:一个用于增加电阻,另一个用于减少电阻。请注意,该操作过程中没有处理器参与(图 6)。

Pushbutton interface allows for a processor-free connection
图 6:采用按钮式接口时,允许在两个手动按钮之间进行无处理器连接,因此可以直接增加/减少数字电位器的设置。(图片来源:Analog Devices)


U/D 接口可以用最小的软件开销来实现,并通过一个简单的旋转编码器或与处理器相连的按钮来触发,使用诸如 Microchip Technology 的 MCP4011 等数字电位器来实现。这是一个基本的 64 步(6 位)器件,其电阻值为 2.1 kW、5 kW、10 kW 和 50 kW(图 7)。

MCP4011 digipot from Microchip Technology
图 7:像 Microchip Technology 的 MCP4011 这种具有边沿驱动式 U/D 控制线路和芯片选择的数字电位器,只需主微控制器提供最少的 I/O 和软件资源。(图片来源:Microchip Technology,有修改)


该器件使用单一的高电平或低电平边沿触发,再加上芯片选择,来增加或减少电阻增量(图 8)。这样,就可以简单地实现一个旋钮,看起来就像传统的音量控制器,与电位器没有任何关系,但又有数字电位器的各种优势。

The U/D interface of a digipot (click to enlarge)
图 8:数字电位器的 U/D 接口支持使用来自低分辨率编码器的触发器对电阻值进行边缘触发式增减。(图片来源:Microchip Technology)


数字电位器的容差可能会是一个问题,因为容差通常在额定值的 ±10 和 ±20% 之间,这个范围在许多比率测量或闭环情况下是可以接受的。然而,如果数字电位器与外部分立电阻器或开环应用中的传感器相匹配,容差就可能是一个关键参数。因此,有的标准数字电位器具有更严格的容差,可低至 ±1%。当然,与所有的 IC 一样,电阻温度系数、与温度有关的漂移也可能是一个因素。供应商在他们的规格书中规定了这个数字,这样设计者就可以通过 Spice 等电路模型来评估其影响。其他紧容差选择将在下文将讨论。

尽管在如校准或偏置点设置等静态应用中带宽和失真不是同一个考虑因素,但在音频及相关应用中却是一个问题。特定代码的电阻路径与开关寄生、引脚和电路板电容相结合,会形成一个电阻电容 (RC) 低通滤波器。较小的端对端电阻值产生较高的带宽,1 kΩ 数字电位器的带宽可达约 5 MHz,1 MΩ 数字电位器则低至 5 kHz。

相比之下,总谐波失真 (THD) 很大程度上是由于不同的应用信号水平下电阻的非线性造成的。端对端电阻值较大的数字电位器减少了内部开关电阻相对于总电阻的贡献,从而使 THD 更低。因此,带宽与 THD 的关系是设计者在选择标称数字电位器值时必须优先考虑和权衡的一个因素。典型值范围为从 20 kΩ 数字电位器的 -93dB,到 100 kΩ 数字电位器的 -105dB。

数字电位器的双重、四重和线性与对数变化之比较

除了“免手动”可控性能外,数字电位器更加简单,易于设计导入且成本远低于电位器。数字电位器的其他功能:

• 在两个电阻值必须独立调节时,双重数字电位器便很有用,而且当二者必须为同一数值则优势更加明显。虽然可以使用两个独立的数字电位器 IC,但双重器件还有可以跟踪电阻值的优势,尽管会存在容差和漂移;也可以使用四重数字电位器。

• 线性与对数 (log) 设置:虽然调节和校准应用通常要求数字编码和合成电阻值之间是线性关系,但对数关系有利于许多音频应用,可以更好地适应音频情况下所需的分贝调节。

为满足这一需求,设计人员可以使用对数型数字电位器,如 Maxim Integrated Products 的 DS1881E-050+。这种双通道器件采用 5 V 单电源供电,其端到端电阻为 45 kΩ,具有 I2C 接口和地址引脚,允许在总线上连接多达八个器件。在两个通道中,每个通道的电阻值都可独立设置,并且为用户提供了多个可选的配置设定值;基本配置为 63 步,每步衰减 1 dB,从 0 dB 到 -62 dB,以及静音功能(图 9)。

Maxim DS1881E-050+ dual-channel digipot (click to enlarge)
图 9:Maxim DS1881E-050+ 双通道数码相机设计用于音频信号路径,在 63dB 范围内增益设置为 1dB/步。(图片来源:Maxim Integrated Products)


DS1881E-050+ 能够最大限度地减少串扰,且两个通道提供 0.5 dB 通道间匹配,以最大限度地减少它们之间的音量差异。该器件还实现了可防止出现可闻咔哒声的过零电阻切换,并包括非易失性存储器;其一般效用将在下文讨论。

数字电位器能够应对的最大电压也是一个考虑因素。低电压数字电位器可在低至 +2.5 V(或 ±2.5 V 双极)电源轨上工作,而更高电压的数字电位器,如 Microchip Technology 的 MCP41HV31——一款 50 kΩ、128 个抽头的 SPI 接口器件,可在高达 36 V(±18 V)的电源轨上工作。

非易失性存储器协助电源复位

基本的数字电位器有很多优点,但与电位器相比有一个不足无法避免:数字电位器的设置在断电后会丢失,而且其上电复位 (POR) 位置是由自身设计设定的,通常在中程部分。不幸的是,对于许多应用来说,这种 POR 设置不可接受。考虑校准设置:一旦确定就应该保留,直到有意去调节,即使是切断线路电源或更换电池也是如此;此外,在许多应用中,“正确”设置是在断电时最后使用的设置。

因此,电位器还能继续使用的原因之一是,它们的设置在电源复位时不会丢失;不过数字电位器已经消除了这一缺陷。最初常见的设计是让系统处理器在运行期间回读数字电位器的设置,然后在上电时重新加载。然而,这样做造成会开机故障,对系统的完整性和性能来说往往是不可接受的。

为解决这一问题,供应商在数字电位器中使用基于 EEPROM 的非易失性存储器 (NVM) 技术。有了 NVM,数字电位器在电源关闭时可保留其最后设置的滑臂位置,而一次性可编程 (OTP) 版本则允许设计者将滑臂的上电复位 (POR) 位置设置为预先定义的值。

NVM 增强了其他方面的性能。例如,Analog Devices 的 AD5141BCPZ10 电阻容差误差存储在其 EEPROM 存储器中(图 10)。该器件是一款单通道、128/256 位、可重写的非易失性数字电位器,支持 I2C 和 SPI 接口。使用已保存的容差值,设计者可以计算出端到端电阻的实际值,精确度为 0.01%,从而定义“滑臂上方”部分和“滑臂下方”部分的数字电位器分段比率。这种精度比没有采用 NVM 的数字电位器的 1% 精度高一百倍。

AD5141BCPZ10 digipot from Analog Devices
图 10:Analog Devices 的 AD5141BCPZ10 数字电位器集成了可重写的非易失性存储器 (EEPROM),可用于保存所需的上电复位设置,以及自身电阻器阵列的校准系数。(图片来源:Analog Devices)


这种线性增益设置模式允许通过 RAW 和 RWB 电阻串对数字电位器端子之间的电阻值进行独立设置,可实现高精确度电阻匹配(图 11)。例如,反相放大器拓扑结构经常需要如此之高的精度,在这种拓扑结构中,增益是由两个电阻的比率决定的。


NVM in a digipot
图 11:对于使用精确的电阻比来设置放大器增益的电路来说,数字电位器中的 NVM 也可以用来保存滑臂上方和下方的校准电阻值。(图片来源:Analog Devices)


警惕数字电位器的特异性

虽然在传统设备不太理想或不实用的情况下,数字电位器被广泛用于取代传统器件,但他们确实有一些需要引起设计者注意的特性。例如,电位器的金属滑臂与电阻元件接触时接触电阻几乎为零,且温度系数通常可以忽略。然而,对数字电位器来说,滑臂则是一个 CMOS 元件,其电阻虽小,但意义大,具体为几十欧到 1 kΩ 范围内。如果 1 mA 电流通过 1kΩ 的滑臂,那么滑臂上产生的 1 V 电压降可能会限制输出信号的动态范围。

此外,该滑臂的电阻是所施加电压和温度的函数,所以导致了非线性,从而使信号路径中的交流信号失真。滑臂的典型温度系数约为百万分之 300 每摄氏度 (ppm/⁰C),这可能很重要,在进行高精度设计时应将其考虑在误差预算中。数字电位器型号也具有更低的系数。

结语

数字电位器是一种数字设置的 IC,在许多系统结构和电路设计中取代了经典的机电式电位器。数字电位器不仅减少了产品尺寸和因意外移动而出错的可能性,而且还增加了与处理器的兼容性,从而增加了软件的兼容性,还具有更高的精度和分辨率(如果需要)以及其他的有用功能。

如图所示,数字电位器具有广泛的标称电阻值、步长和精度,而增加的非易失性存储器又扩展了其功能,并克服了在许多应用中使用时的一个重要障碍。

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