数字电位器与机械电位器有什么区别？

电位器是具有三个引出端、阻值可按某种变化规律调节的电阻元件。电位器通常由电阻体和可移动的电刷组成。当电刷沿电阻体移动时，在输出端即获得与位移量成一定关系的电阻值或电压。

电位器既可作三端元件使用也可作二端元件使用。后者可视作一可变电阻器，由于它在电路中的作用是获得与输入电压（外加电压）成一定关系得输出电压，因此称之为电位器。

数字电位器与机械电位器这两种电位器有什么区别？本文通过三个方面对这两种电位器进行了对比。

数字电位器与机械电位器有什么区别？----结构

机械电位器

机械电位器由一个很大的电阻元件组成，在外部通过两个端子相连接。电阻元件的形式多种多样，根据所采用的技术，其封装方法也不同。可以为单圈或多圈，或者简单的扁平型封装。

第三个端子也称为游标，它可在整个电阻元件上移动，来选择每个外部端子与游标之间的电阻大小。在游标和电阻元件之间存在着较小的接触电阻，通常称之为游标电阻（如下图所示）。

 

机械电位器

数字电位器由一个电阻元件阵列组成，该阵列的终端通过两个端子（A和B）与外部相连。在两个无源电阻的结点处，有一个开关。这些开关通过与外部端子（称之为游标或W）结合的单个触点互相连接（如下图所示）。

数字电位器

由于这些开关通过互补金属氧化物半导体（CMOS）加工工艺设计而成，因此允许电流以任意方向流动。这些开关由一个数字模块控制，并且一次只能接通一个开关。通过与机械电位器进行类比，寄生开关电阻也可称为游标电阻。

机械电位器更容易受到物理环境变化（比如：振动、冲击和游标污染）的影响，这一切都是由其物理结构所决定的。而拥有整体结构的数字电位器，在所有上述情况下，都不会受到影响。

数字电位器与机械电位器技术有什么区别？----内部结构

机械电位器的内部结构

旋转式电位器的内部结构如图2-4-1所示，主耍包括由金属膜或碳膜构成的马鞍形电阻体、滑动臂、滑动端（亦称触头或电刷）、转轴、转柄、焊片等组成。焊片A、C之间的电阻值即为电位器的总阻值。滑动端的一端接焊片B，另一端与电阻体紧密接触。当滑动端位置改变时，A-B和B-C之间的电阻值就发生变化。有的电位器上还带有开关，通过转柄可控制开关的通断。普通电位器的旋转角度为270°，不能对电阻值做精细调节。

数字电位器的内部结构

数字电位器数字控制部分包括加减计数器、译码电路、保存与恢复控制电路和非易失性存储器等4个电路模块。将n个阻值相同或不同电阻串联在UH、UL端之间，每个电阻两端分别经过一个由CMOS管而构成模拟开关连在一起，作为数字电位器抽头，在数字信号控制下每次只能有一个模拟开关闭合，从而将串联电阻的一个节点连接到滑动端。亦即，当外部计数脉冲信号停止或片选信号无效后，译码电路输出端只有一个有效，故只选择一个MOS管导通。数字电位器的内部简化电路，如下图所示。

数字电位器与机械电位器技术有什么区别？----电阻元件

机械电位器

由于电阻元件采用的可能是各种不同的材料（比如：金属陶瓷、石墨或导电塑料），因此，电阻的大小就可能为数十欧乃至兆欧，在额定误差范围内得到保证。

该误差被称为电阻容许误差，根据电位器材料的质量和所采用的不同工艺，它会上下波动。典型值范围在±30%和±10%之间，更高品质电位器的误差可低至±3%.

另外一种误差是由于电阻元件的温度所造成的。该种依赖性可大可小，它取决于材料。最终电阻值会随温度而成比例变化。该误差被称之为温度系数或tempCo.

线绕电阻等较新材料的温度系数可低至10ppm/°C.而旧的机械电位器所采用的材料为石墨，但其温度依赖性高达500ppm/°C.

存在一些与材料相关的限制（比如：最大功耗，可小至几毫瓦，大至数百瓦）。无论情况如何，电阻终端之间的电压都与功率成正比。该电压大小可为数十伏，也可为数百伏，甚至上千伏。

一般而言，机械电位器中电压和电流的额定值虽然较高，但它们与环境温度成反比例关系。设计者应当基于最终应用中的预期最高温度来验证电位器是否能够处理最大估计功率。

下表显示的是机械电位器（根据所使用的材料进行分类）的所有特性，以供快速参考。

机械电位器的材料对比

数字电位器

ADI公司提供最宽的阻值可选范围：1k至1M。

电阻容许误差之前为±20%，但现在已经有所下降。ADI公司目前提供容许误差为±8%的电阻，或经校准后容许误差为±1%的精密电阻。

另外，具有非易失性EEPROM的数字电位器通常可存储容许误差，这些误差可通过控制器读回，并被用于校正外部电阻。

任意给定代码下的温度依赖性和温度系数，都取决于两个因素：电阻元件和开关电阻。开关电阻较小，但在较低代码处，所选择的电阻也很小时，由于阻值非常接近，开关电阻变得很明显。开关电阻的温度系数所影响到的代码数，直接取决于标称电阻值，该区域的典型温度系数约为600ppm/°C.

电阻元件所采用的主要材料有两种：多晶硅或薄膜金属。

多晶硅是一种常用材料，它与石墨类似，对于温度的依赖性非常高，温度系数高达600ppm/°C.薄膜金属电阻的温度系数则较低，大约为35ppm/°C.ADI公司数据手册中给出了任意给定代码下的温度系数图表。

由于尺寸较小，数字电位器的功耗也很小，在数十毫瓦以内。与机械电位器相比，在所有温度范围内，该功率保持恒定。数字电位器最大端电压由供电轨来限定。就不同的数字电位器而言，其电压范围可从2.3V至33V.但是，任何情况下，最大电流通常都不会超过几毫安。