摘要：数字电位器亦称数控可编程电阻器或数控电位器。它是采用CMOS工艺制成的数字-模拟混合信号处理集成电路，是一种颇具发展前景的新型电子器件。详细阐述了基于数字电位器的可编程线性稳压器、开关式稳压器的电路设计原理、设计要点及使用注意事项。
关键词：数字电位器；可编程稳压器；调节范围；低压差稳压器

O 引言
    可调式线性稳压器和开关式稳压器都是通过手动调节电阻值来改变输出电压的，不仅调节精度低，而且使用不够方便。数字电位器(Digital Polentiometer)亦称数控电阻器(Digitally con-trolled Potentiometers)，可简称为DCP。利用数字电位器代替可凋电阻，可构成由计算机控制的可编程稳压器。

l 可编程线性稳压器的设计
1.1 三端可调式线性稳压器的基本应用
    三端可调式线性稳压器属于第二代二端线性稳压器。它既保留了第一代三端同定式线性稳压器7800、7900系列产品结构简单的优点，又克服了电压不可调整的缺点，并且在电压稳定度上比前者提高了一个数量级。适合制作实验室电源及多种供电方式的直流稳压器。典型产品有LM317，其主要技术指标为U1=2～40V，Uo=1.25～37 V，IOM=1.5A。其电压调整率SV=0.02％，负载调整率S1=O.1％。
    LM317的基本应用电路如图1所示。R1、R2为取样电阻。LM317的最小负载电流，IL=5 mA，若要留出余量，亦可取IL=10mA。R1的阻值有两种取法：

    (1)当IL=5mA时，R1=1.25V/5mA≈240Ω，此时R2可选6.8kΩ的可调电阻；
    (2)当IL=10mA时，R1=1.25V/10mA≈120Ω。
    R2可选3.4kΩ可调电阻。
    调整R2时均可获得1.25～37V的稳压输出。C2可滤除R2两端的纹波，使之不能经放大后从Uo端输出。D2为保护二极管，一旦U1发生短路故障，由D2给C2提供泄放回路，避免C2经过LM317内部放电而损坏芯片。C1能防止输出端产生自激振荡。当稳压器的输出端接大容量负载电容CL时，D1可起到保护作用，一旦稳压器的输入端发生短路，CL上积存的电荷便经过D1对地放电。输出电压的计算公式为

   
    显然，当R2=0时，Uo=1.25V；当R2/R1=28.6时，Uo=37V。该电路的缺点是输出电压值必须靠手动调整，不仅调整精度低，而且使用不够方便。
1.2 由数字电位器和LM317构成的可编程线性稳压器
1.2.1 电路设计方案
    由数字电位器和TM317联合构成可编程线性稳压器时有3种电路设计方案。第一种方案是用数字电位器(DCP)来代替图1中的R2，电路如图2(a)所示。此时DCP就作为LM317的调整电阻，DCP工作在可调电阻器模式。设调整后的电阻值为RDCP，单片机通过改变RDCF值，即可设定稳压器的输出电压。第二种方案是用RDCP同时代替R1、R2，这样可节省一只电阻元件，其简化电路如图2(b)所示，其他部分与图2(a)相同。第三种方案是将数字电位器串联在R1、R2中间，简化电路如图 2(c)所示，该电路适合在小范围内对输出电压进行精细调节。

1.2.2 设计要点及使用注意事项
    (1)稳压器的电压调节范围 在用数字电位器代替可变电阻时，线性稳压器的调节范围会变窄。普通数字电位器的电源电压范围一般为2.5～5.5 V(或3～6V)，典型值为5 V，因此RDCP上的压降不得超过5 V，此时Uo的调整范围就被限制在l.25～6.25V。如果RDCP上的压降超过5V，就必须采用高压数字电位器，例如MAX5436～MAX5439均属于高压数字电位器。其最高电压可达30V。当输入电捱U1=+25V、R1=240Ω、RDCP=0～398kΩ时，输出电压Uo可在+1.25～22v范围内变化。
    (2)稳压器的空载稳压特性 由数字电位器构成可编程线性稳压器时，应考虑LM317的空载稳压特性。为使LM317达到最佳稳压性能，空载时的最小负载电流至少应等于5 mA。因此，应选择最大工作电流为5 mA的数字电位器，例如X9313WP型32抽头数字电位器。数宁电位器的阻值选10kΩ为宜，从中很容易获得RDCF=6.8kΩ的电阻调整范围。数字电位器的抽头数应根据所要求的电压分辨力来选择。普通数字电位器的最大工作电流一般仪为1 mA，无法承受5 mA的工作电流。这就要求必须按比例增加RDCP的电阻值，但这会使稳压性能降低。其理由如下：LM317的静态电流IADJ=50μA，在正常情况下取IL=5mA时，IADJ在RDCP上形成的压降URDCP=IADJRDCP。将RDCP调整到1.008 kΩ时，U。=6.5V，此时URDCP=O.05V，该电压与IL在RDCP上形成的压降相叠加，最终仅会使Uo升高0.05V。而当IL’=IL/5=lmA时，必须将R1和RDCP的电阻值扩大到原来的5倍，变成R1’=5R1，RDCP’=5RDCP；将RDCP’调整到5.04kΩ时，Uo=6.5V，此时IADJ在RDCP’上形成的压降也扩大到5倍，会使Uo升高O.25V。综上所述，Uo随RDCP的电阻值而变化是造成稳压性能降低的主要原因。
    为使普通数字电位器也能满足空载稳压特性的要求，有以下3种解决方法。
    (1)将几只电阻值相同的数字电位器进行并联，以扩展工作电流，并联后的总电阻值必须符合调整要求。此方法的缺点是需要使用多个数字电位器，会造成资源浪费。
    (2)在LM317的输出端接一只假负载RL。这种方法的缺点是RL与R1、RDCP并联之后不仅会降低电源效率，还改变了调整RDCP的线性度。
    (3)更好的方法是采用基准电压源，经过数字电位器分压后直接给LM317的ADJ端提供一个基准电压UBEF。基准电压源具有电压稳定度高，不受环境温度变化的影响，能通过外部元件作精细调整，获得高准确度的电压值、使用灵活、方便等优点。由LM336-5.0型5V基准电压源、10kΩ数字电位器和缓冲器构成的可编程线性稳压器电路如图3所示。

    设计可编程精密稳压器时，还应考虑数字电位器滑动端电阻、阻值偏差、电阻温度系数等因素的影响，上述误差均可通过软件进行修正。

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