Цепь потенциометра грубой и точной настройки?

Это лучше..

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Преимущества:

• Низкая чувствительность к потенциометру и температуре (можно использовать прецизионные резисторы для R2/R3)
• Довольно линейный и почти постоянный диапазон точной настройки в мВ
• Довольно постоянный (+/-0,5%) и предсказуемый выходной импеданс (минимум 9,09K, максимум 9,195)
• Низкая чувствительность к CRV (изменение контактного сопротивления) горшков (1% CRV в R1 дает 0,05% отклонение).

Эта схема потребляет 20 мА или около того от шины 5 В. Если это проблема, вы можете увеличить R4 10: 1, увеличить R4 и R1 еще на 10: 1 за счет небольшого снижения производительности или масштабировать все значение за счет выходного сопротивления.

Ваша схема № 1 имеет выходное сопротивление от 0 Ом до 27,5 кОм, в зависимости от настроек потенциометра.

Тонкая и грубая настройка только уводит вас далеко вперед, вы также можете рассмотреть переключаемый делитель напряжения для «грубой» настройки. Ожидать, что «грубая» регулировка останется стабильной в пределах 0,2%, может быть слишком много, если только это не очень хороший потенциометр.

Обратите внимание, что ваш токопроводящий пластиковый горшок вообще не указывает температурный коэффициент - это потому, что токопроводящие пластиковые горшки, как правило, ужасны - обычно может быть +/- 1000 частей на миллион / ° C, поэтому использование их в качестве реостата, а не делителя напряжения не такое уж большое идея. Вы уменьшили его на 5:1 из-за соотношения банков, но это все еще довольно плохо. Схема, которую я представил, обычно была бы примерно в 5 раз лучше с приличными резисторами для R2/R3, потому что потенциометры используются исключительно как делители напряжения.

Редактировать: в качестве хорошего приближения для R4 << R3 и R1 << R2 (вы можете сделать точную математику в Matlab, принимая во внимание сопротивление горшка, если хотите), выходное напряжение:

$V_{OUT} = 5.0 (\frac {\alpha \cdot 9.09K}{10K} + \frac {\beta \cdot 9.09K}{100K})$

Где 0$\le \alpha\le 1$это положение R1 и 0$\le \beta \le 1$это положение R4

Таким образом, диапазон R1 составляет 4,545 В, а диапазон R4 — 0,4545 В. Если вы отцентрируете оба горшка, вы получите 2,500 В. Если вы можете установить R4 на 1% от полной шкалы (разумно), это разрешение 4,5 мВ.

+1 для Спехро Пефхани. Это очень элегантная схема. Что касается того, как это работает, я это вижу так:

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Асимметрия делителя напряжения (несимметричная, поскольку R3 > R2) делает один из потенциометров грубым, а другой — мелким. Поскольку R2 < R3, выходное напряжение будет в основном зависеть от V1, а V4 может выполнять точную настройку.

Предупреждение здесь, конечно, заключается в том, что выходное сопротивление потенциометров изменяется в зависимости от положения дворника, поэтому применение теоремы Тевенина на первом шаге действительно правильно только тогда, когда потенциометры находятся в своих средних точках — когда потенциометр перемещается в крайние положения. выходное сопротивление приближается к 0 Ом. Однако, поскольку R2 и R3 намного больше, чем любой из потенциометров, эта изменчивость относительно незначительна как с точки зрения нелинейности, так и с точки зрения изменения выходного сопротивления схемы в целом.

Рад, что наткнулся на этот ответ. Благодаря ответу Спехро Пефханиса я задумался и подсчитал более общий подход, которым я хотел бы поделиться.

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

$m$обозначает коэффициент масштабирования, который в представленном случае равен 10:1,$m=10$

$Z_{out_{MAX}} = \frac{m}{m+1}\cdot \left(R_s +\frac{R_p}{4}\right)$

$Z_{out_{min}} = \frac{m}{m+1} \cdot R_s$

$Z_{out_{MAX}}$достигается Когда оба ползунка потенциометра находятся в среднем положении$\alpha = \beta = 0.5$

$Z_{out_{min}}$достигается, когда оба потенциометра находятся в крайнем положении.

Интересно отметить, что в этой конфигурации отклонение импеданса, разброс определяется исключительно потенциометрами.$\Delta_{Z_{out}} = Z_{out_{MAX}} -Z_{out_{min}} = \frac{m}{m+1}\cdot \frac{R_p}{4}$

Если вы считаете$Z_{load} >>> Z_{out}$затем:$\frac{V_{out}}{V_{in}}=\frac{m}{m+1}\cdot\left(\alpha +\frac{\beta}{m}\right)$

$Z_{in} \approx R_{p1} // R_{p2}$, где Rp1 и Rp2 — потенциометры, представленные на схеме Rp и m·Rp.

Входной импеданс цепи относительно постоянен и лишь незначительно меняется при изменении положения ползунка или даже при разных нагрузках.

Незначительный$\Delta_{Z_{out}}$, Улучшения дисперсии импеданса:

Как можно продемонстрировать, соотношение мелкой и грубой очистки определяется выражением$m , R_{s2} = m \cdot R_{s1}$, Размах импеданса определяется исключительно потенциометрами$R_{p2} = m \cdot R_{p1}$

Представленные формулы масштабируют потенциометры с отношением$m$хотя они и не должны быть. Как первоначально представил Спехро, они могут иметь одинаковую «ценность». Отсутствие масштабирования значений увеличивает входную нагрузку, но может немного улучшить дисперсию импеданса. На сколько можно аппроксимировать следующим образом.

Позволять$f(x) = \Delta_{Z_{out}} = \frac{x}{x+1}\cdot \frac{R_p}{4}$

$f'(x) = \frac{R_p}{4\left(1+x\right)^2}$

оценить оба$f(m)$и$f'(m)$мы можем определить линейную функцию:

$g(k) = k\cdot f'(m) + b$

где b находится путем решения$g(m) = f(m)$. Теперь у нас будет линейная функция$g(k)$который будет аппроксимировать дисперсию импеданса с учетом коэффициента k между потенциометрами$R_{p2} = k\cdot R_{p1}$при сохранении коэффициента$m$для грубой/тонкой пропорции.

Для примера, предоставленного Спехро,$m=10, R_p = 0.5 k\Omega$

$g(k) = \frac{k}{968} + \frac{100}{968}$

улучшение от использования двух$500 \Omega$горшки,$g(1) \approx 104 \Omega$вместо$500 \Omega$и$5k \Omega$горшок,$g(10) \approx 114 \Omega$представляет собой улучшение качания импеданса$\approx 10\Omega$

На самом деле, если вы хотите иметь входное сопротивление примерно$\approx 250\Omega$вы можете добиться более жесткого колебания импеданса, используя$250 \Omega$и$2k5 \Omega$горшки, которые уменьшили бы изменение импеданса до$\Delta_{Z_{out}} \approx 57\Omega$

Некоторые формулы для той же схемы, но с резисторами и потенциометрами, которые не связаны коэффициентом

Выходное сопротивление можно рассчитать следующим образом:

$Z_{out} = \left(R_{p1}+R_{s1}\right) //\left(R_{p2}+R_{s2}\right)= \frac{\left(R_{p1}+R_{s1}\right)\cdot\left(R_{p2}+R_{s2}\right)}{R_{p1}+R_{s1}+R_{p2}+R_{s2}}$

Где :$R_{p1} = R_{p1_{Total}}\cdot(1-\alpha)\alpha$, существование$\alpha$положение дворников$\{0..1\}$

$Z_{out_{MAX}} = \frac{\left(R_{p1T}+4R_{s1}\right)\left(R_{p2T}+4R_{s2}\right)}{4\left(R_{p1T}+4R_{s1}+R_{p2T}+4R_{s2}\right)}$Когда оба дворника потенциометра находятся в среднем положении$\alpha = 0.5$

$Z_{out_{min}} = \frac{R_{s1}R_{s2}}{R_{s1}+R_{s2}}$

Если вы считаете$Z_{load} >>> Z_{out}$затем:$\frac{V_{out}}{V_{in}}=\frac{\alpha R_{s2}+\beta R_{s1}}{R_{s1}+R_{s2}}$

Просто подумал, что могу поделиться своим исследованием и обобщением ответа.

У вас правильный подход, и ваши цифры, вероятно, хороши с точностью до 5 или около того. Для пластикового горшка разрешение 1% кажется разумным, хотя это зависит от деталей конструкции. Для горшков, на которые вы ссылаетесь, проблема заключается в том, что длина рычага от вала до контакта элемента довольно мала, а подшипник максимально дешев, поэтому может быть некоторый люфт именно там, где происходит контакт элемента. Вероятно, это проявляется в увеличении гистерезиса (сопротивление на x градусов при вращении по часовой стрелке отличается от сопротивления при вращении против часовой стрелки).

Обратите внимание, что разрешение наихудшее для потенциометров с проволочной обмоткой, поскольку контакт проскальзывает по внешней стороне длинной спирали провода, поэтому вы получаете эффект ступенек с фиксированным размером шага.

Есть в основном 3 подхода к получению лучшего разрешения от банка. Во-первых, перейдите к более гладкому элементу с меньшим размером внутреннего зерна. Проводящий пластик лучше всего, и горшки, которые вы связываете, используют его. Во-вторых, сделайте горшок больше. Это позволяет более точно контролировать, где именно контакт соприкасается с элементом, хотя также требует большей точности в подшипнике и конструкции рычага стеклоочистителя, чтобы он не изгибался при движении. Наконец, вы можете перейти к многооборотным банкам, 10-оборотные устройства являются нормой, хотя я сталкивался с 5-оборотными и 20-оборотными моделями. В этом подходе резистивный элемент образует спираль из n витков, а контактный рычаг смещается вертикально вдоль оси вала по мере необходимости. С более длинным резистивным элементом возможно более точное размещение ползунка и, следовательно, лучшее разрешение.

Что касается вашего анализа, то он правильный. Величина нелинейности напрямую связана с соотношением двух сопротивлений. Большее отношение дает лучшую линейность (хотя это сокращает диапазон точной настройки и требует большей точности грубой настройки).

Наконец, если вы требуете абсолютной (и, возможно, необоснованной) линейности, вы вообще не будете собирать банки. Вы соединяете их концы параллельно и подключаете каждый проводник к усилителю с разным коэффициентом усиления, а затем суммируете два результата в конечном усилителе.

Я сделал это с двумя последовательными потенциометрами, каждый из которых подключен как переменный R (один конец к вайперу), с операционным усилителем на выходе, иногда переменный R находится в каскаде усиления. (Но мне нравится схема Спехро! Еще одно преимущество, которое он забыл упомянуть, ~ постоянный входной импеданс.)