【導讀】X9C102,X9C103,X9C104是美國Xicor公司的高精度數(shù)字電位器，電位器的阻值和型號的后綴數(shù)字相同，分別是1k(102), 10k(103),100k(104)等。
X9C104最小應用板外形
這類器件具有數(shù)字設(shè)置以及掉電保存設(shè)置的功能，可以替代一般的電位器對模擬電路的一些參數(shù)進行修改，使得電路能夠的一些參數(shù)能夠比較容易進行修改。
X9C104的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)
如果使用X9CXXX系列的電位器處理直流或者低頻交流信號，它的精度和線性特性還是非常好的。
下圖顯示了對于X9C104的一百個中間抽頭位置所對應的電阻測量值繪制的曲線，看可以看出電位器的精度還是非常高的。
對于X9C104中間抽頭對電阻測量值
使用X9C104對于直流電壓或者低頻交流信號進行分壓，分壓輸出與X9C104的中間抽頭的位置之間也具有非常好的線性性質(zhì)。
下圖顯示了對于10Hz低頻交流信號進行分壓輸出的效果，即輸出信號隨著電位器中間抽頭位置變化而基本上線性增加。
對于10Hz低頻信號的分壓輸出與抽頭位置之間的關(guān)系
但是，如果信號的頻率繼續(xù)增加，數(shù)字電位器的分壓比就與電位器中間抽頭的位置的關(guān)系就逐漸不是線性關(guān)系了。
下圖顯示了頻率為20Hz的時候，輸出信號的幅值與電位器中間抽頭位置之間的關(guān)系：
對于20Hz低頻信號的分壓輸出與抽頭位置之間的關(guān)系
輸出電壓與中間抽頭位置之間就不再是線性變化，反映了數(shù)字電位器的分壓比與中間抽頭位置關(guān)系也發(fā)生了變化。
上面特性顯示了數(shù)字電位器與實際機械電位器之間的區(qū)別。
如果繼續(xù)增加信號的頻率，這種非線性就會變得越來也明顯。下面分表顯示了頻率為50，100, 200,1000,2000,5000,10000等不同頻率下，實際測量的數(shù)據(jù)結(jié)果。
對于50.18Hz信號的分壓輸出與抽頭位置之間的關(guān)系
對于100.2Hz信號的分壓輸出與抽頭位置之間的關(guān)系
對于200.8Hz信號的分壓輸出與抽頭位置之間的關(guān)系
對于505.3Hz信號的分壓輸出與抽頭位置之間的關(guān)系
對于1000.4Hz信號的分壓輸出與抽頭位置之間的關(guān)系
對于2000.2Hz信號的分壓輸出與抽頭位置之間的關(guān)系
對于5004.7Hz信號的分壓輸出與抽頭位置之間的關(guān)系
對于10047Hz信號的分壓輸出與抽頭位置之間的關(guān)系
從上面測量不同頻率下數(shù)字電位器分壓效果來看，頻率越高，輸出分壓比與電位器活動端位置之間就越發(fā)呈現(xiàn)非線性。
仔細觀察輸入輸出之間的波形也會看到它們之間存在著相位差。這說明，數(shù)字電位器中除了電阻之外，還存在著比較多的寄生電容，它們影響了X9C104器件在高頻下的性能。
下面是將上面不同頻率下的分壓比與電位器活動端位置之間的關(guān)系繪制在同一張圖表中。
不同頻率下數(shù)字電位器的分壓比與電位器活動端位置之間的關(guān)系
為了分析這些寄生電容對于X9C104的影響，下面假設(shè)器件的活動端對地和電源之間分別具有寄生電容C1,C2，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：
數(shù)字電位器中的寄生電容簡化結(jié)構(gòu)
為了分析方便，這里假設(shè)寄生電容C1,C2是固定值，與活動端的位置沒有關(guān)系。
在此情況下，可以得出對不同頻率下，輸入輸出之間的關(guān)系表達式：
數(shù)字電位器等效電路輸入輸出之間的表達式
上面公式中r表示電位器的分壓比，因此r*R代表中間抽頭到地之間的電阻值。符號//表示并聯(lián)關(guān)系，從而簡化了表達式的書寫。
上面的電容參數(shù)可以使用手持RLC表進行測量。如下是測到的一組測量近似關(guān)系：
使用上述參數(shù)，假設(shè)所使用的輸入電壓UI=2.2V，可以計算出輸出電壓在頻率分別是10,20,50,100,200,500,1000,2000,5000,10000Hz下的電壓曲線，對比前面測量的結(jié)果，可以看出它們之間是非常接近的。這說明上面假設(shè)的寄生電容電路具有很大的合理性。
使用前面假設(shè)的寄生電容參數(shù)，繪制的輸出電壓與分壓比r之間的曲線
如果數(shù)字電位器應用在交流信號電路中，則需要考慮到寄生電容對于電路的影響。
為了降低寄生電容的影響，除了考慮電路的拓撲結(jié)構(gòu)，電路的工作頻率之外，也可以使用X9C102這類總阻值小的電位器，這可以降低寄生電容對于電路阻抗的影響。
作者：卓晴，來源：TsinghuaJoking
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