Цифровой потенциометра микросхемах CD4516 и CD4093
Михаил Шустов, Радиолоцман №1-2/2024, ст.51
Представлена схема электронного цифрового потенциометра, выполненного на микросхемах CD4516 и CD4093. Нажатием на одну из двух кнопок управления цифровой потенциометр способен за 16 ступеней повышать/понижать коэффициент передачи сигнала.
Резисторы с механически или электрически управляемым сопротивлением находят широкое применение в различных электронных конструкциях (фильтры, усилители, регуляторы и т. п.). В бытовой технике получили распространение цифровые потенциометры, выполненные на основе специализированных микросхем и имеющие, чаще всего, 16 градаций ступенчато управляемого сопротивления. Цифровой потенциометр, Рисунок 1, предназначен для ступенчатой регулировки коэффициента передачи сигнала. Работает он следующим образом. При включении устройства за счет цепочки C1R4 счетчик импульсов микросхемы CD4516 устанавливается в исходное положение. На элементах «2И-НЕ» DD1.1 и DD1.2 микросхемы CD4093 выполнен RS-триггер, задающий направление счета четырехразрядного двоичного реверсивного счетчика импульсов DD2 микросхемы CD4516. На элементе DD1.4 собран тактовый генератор импульсов, частота работы которого определяет скорость переключения выходных каналов счетчика импульсов. К выходам счетчика DD2 подключена резистивно-диодная матрица, которая при переключении выходов счетчика обеспечивает ступенчатую регулировку эквивалентного сопротивления цифрового потенциометра при прохождении сигнала от входа к выходу.
Если ни одна из кнопок SB1 или SB2 не нажата, микросхема счетчика DD2 находится в статическом состоянии. При нажатии на любую из кнопок SB1 или SB2 происходит переключение состояния RS-триггера на элементах DD1.1 и DD1.2. Одновременно на управляющем входе генератора на элементе DD1.4 появляется уровень «лог. 1», разрешающей работу тактового генератора. Частота генерации (скорость переключения счетчика) определяется постоянной времени частотозадающей цепочки C3R5. При необходимости эту постоянную времени можно откорректировать под потребности пользователя выбором номиналов RC-цепочки.
При кратковременном нажатии на кнопку SB1 формируется импульс, меняющий состояние счетчика DD2 на одну единицу (шаг ступеньки приращения напряжения в точке А резистивно-диодной матрицы). При продолжительном нажатии на кнопку SB1 происходит генерация импульсов до тех пор, пока на всех выходах счетчика DD2 не появится уровень «лог. 1». В результате на выходе P (вывод 7 микросхемы DD2) уровень «лог. 1» сменится на «лог. 0», напряжение на управляющем входе генератора импульсов DD1.4 снизится до нуля, генерация импульсов прекратится.
При нажатии на кнопку SB2 счет импульсов происходит в обратном порядке. При продолжительном нажатии на эту кнопку генерация импульса продолжается до тех пор, пока на выходе P микросхемы DD2 не появляться уровень логического нуля, который запретит работу генератора импульсов. Вместо кнопок SB1 и SB2 может быть использован рычажковый переключатель с подвижной контактной группой, имеющий нейтральное положение.
К выходу счетчика DD2 подключена резистивно-диодная матрица, которая при последовательном переключении выходов счетчика импульсов позволяет обеспечить ступенчатые прирост/понижение напряжения в точке А резистивной матрицы. В итоге происходит перераспределение сопротивлений делителя напряжения на резисторах R7-R13, в итоге коэффициент передачи цифрового потенциометра меняется в пределах до 9 раз. Конденсатор C6 предназначен для устранения иглообразных импульсов, возникающих при переключении выходов счетчика. Коэффициент нелинейных искажений при прохождении сигнала через электронный потенциометр не превышает десятых долей процента.
На Рисунке 2 показана зависимость изменения постоянного напряжения UA на резисторе R13 при различных состояниях выходов счетчика DD2, а также приведена зависимость изменения уровня выходного сигнала при подаче на вход устройства синусоидального сигнала частотой 1 кГц и амплитудой 10 мВ.
Для формирования иного закона изменения сопротивления резистивного делителя могут быть выбраны резисторы других номиналов, что позволит реализовать необходимый пользователю закон изменения коэффициента передачи цифрового потенциометра. При указанных на схеме номиналах нижняя граница полосы пропускания цифрового потенциометра начинается от 20 Гц на уровне -3 дБ.
Для одновременной регулировки нескольких узлов аппаратуры количество регулируемых электронных цифровых потенциометров можно кратно нарастить без изменения основной схемы. Для этого достаточно подключить к выходам счетчиков микросхемы DD2 дополнительные резистивно-диодные матрицы, Рисунок 3. Это позволит синхронно управлять несколькими электронными потенциометрами, причем не обязательно, чтобы параметры резисторов матрицы были идентичны приведенным на Рисунке 1.
Материалы по теме
