Was ist ein digitales Potentiometer?
Ein digitales Potentiometer ist ein integrierter Schaltkreis, der das Gleitelement (Schleifer) eines variablen Widerstands digital steuert, der ursprünglich analog gesteuert wurde.
Im Vergleich zu analogen variablen Widerständen haben digitale Potentiometer keine mechanisch beweglichen Gleitteile und sind daher strukturell robuster und weniger störanfällig, was eine langfristige Nutzung und hohe Zuverlässigkeit ermöglicht. Wenn sie in einer analogen Schaltung in Kombination mit einem Mikrocontroller oder einem ähnlichen Gerät eingesetzt werden, kann die Stromstärke automatisch eingestellt und gleichzeitig der Widerstandswert frei gesteuert werden.
Anwendungen von digitalen Potentiometern
Digitalpotentiometer werden für Lautstärkeanwendungen in Audiogeräten und für Steuerungsanwendungen in digitalisierten Haushaltsgeräten verwendet, z. B. für AI-Lautsprecher und zum Dimmen von LEDs. Da sie als digitalisierte variable Widerstände bezeichnet werden können, werden sie als Alternative zu analogen Schaltungen mit verschiebbaren Teilen verwendet.
Sie ermöglichen beispielsweise die digitale Steuerung von Dingen, die früher über physische Drehregler gesteuert wurden, wie die Einstellung der Lautstärke von Audiogeräten oder der Helligkeit und des Kontrasts eines Displays. Da das Internet der Dinge bei Haushaltsgeräten in den letzten Jahren immer weiter fortgeschritten ist, wird die digitale Steuerung analoger Werte aufgrund ihrer Kompatibilität mit KI-Lautsprechern immer gefragter.
Funktionsweise von digitalen Potentiometern
Das Prinzip des digitalen Potentiometers liegt in der Funktionsweise des variablen Widerstands, wobei der bisher mechanisch analog betriebene Schiebeelementteil (Schleifer) des variablen Widerstands durch eine Kombination aus digitalen Schaltungen und Widerständen geschaltet und gesteuert wird.
Der analoge Schaltungsteil besteht aus in Reihe geschalteten Festwiderständen, deren Anschlusspunkte durch COMS-Transistoren geschaltet werden. Dadurch kann der variable Widerstand entsprechend den Signalen des digitalen Schaltungsteils Widerstandswerte umschalten.
Der digitale Schaltungsteil besteht aus einem Vorwärts-Abwärts-Zähler, einem nichtflüchtigen Speicher wie einem EFPROM und einem Decoder.
Diese Informationen werden vom Decoder ausgelesen, der den dem Wert entsprechenden CMOS-Transistor einschaltet. Der Wert des pseudovariablen Widerstands kann über einen digitalen Eingang eingestellt werden. Die externe Eingabe wird in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt, so dass die Information auch nach dem Ausschalten der Schaltung erhalten bleibt.
Weitere Informationen zu digitalen Potentiometern
1. Als Ersatz für analoge Verstelltrimmer
Heutzutage wird die analoge mechanische Einstellung durch eine digitale Steuerung mittels Programmierung ersetzt, wie dies bei digitalen Geräten und elektronischen Internet-der-Dinge-Geräten der Fall ist. Bei der analogen Einstellung ist der letzte Schritt in der Produktionslinie die manuelle Einstellung vor dem Versand, aber mit digitalen Potentiometern kann eine automatische Einstellung durch Mikrocomputersteuerung und andere Mittel erreicht werden.
Auch eine automatische Kalibrierung ist möglich, was zu einer höheren Präzision der Geräte beiträgt. Im Gegensatz zu mechanischen analogen Trimmern ist eine Verstellung durch Außenstehende, die den digitalen Steuercode nicht kennen, nicht möglich, was auch in Bezug auf die Sicherheit von Vorteil ist.
Aufgrund dieser hohen Zuverlässigkeitsgarantien werden digitale Potentiometer heute aktiv in Unterhaltungsgeräten eingesetzt, bei denen die Lautstärke und der LED-Kontrast des Bildschirms wichtig sind.
2. Digitale Steuerungsmethoden für digitale Potentiometer
Zu den Steuerschnittstellen für digitale Potentiometer gehören in der Regel die SPI-Schnittstelle (Serial Peripheral Interface), die I2C-Schnittstelle und die UP/DOWN-Schnittstelle. Bei Anwendungen, bei denen das digitale Potentiometer D/A-Wandler-ähnlich kontinuierlich verändert werden soll, ist außerdem die Taktfrequenz bei der digitalen Ansteuerung zu beachten.
Diese beträgt in der Regel bis zu 3 MHz, es ist jedoch wichtig, die Produktspezifikationen im Vorfeld zu prüfen. Anwendungssoftware für diese Steuerungen ist in der Regel beim Hersteller erhältlich und bei Bedarf wird auch technische Unterstützung geleistet.
Darüber hinaus sind in einigen Fällen Entwicklungs-Support-Kits einschließlich GUI (Graphical User Interface) für Benutzer erhältlich, die ihre eigene Programmiersoftware entwickeln wollen.