在概念上，运算放大器和机械电位器可以很容易地组合成一个可调增益放大器，在许多需要电子调节的应用中很有用。然而，由于电位器的分辨率有限，温度系数差，电阻随时间漂移高，远程调节困难，这种组合往往是不可实现的。现在，具有非易失性存储器(1)的AD523x系列数字电位器可以取代机械电位器，并使这些电路变得实用(图1)。

AD523x数字电位器提供了广泛的功能，但控制它们相对简单。一个包含16条指令的菜单提供了诸如设置“雨刷”位置、存储雨刷设置、返回雨刷位置、递增/递减1和递增/递减6 dB(对数锥度调整)等功能。写保护引脚提供存储器保护，另外的非易失性存储器可用于存储用户信息。AD523x系列产品提供1至4通道、64至1024位置分辨率和10至250千米终端电阻。

为了操作，用户必须提供电源和数字控制(通过3线SPI串行通信)，以实现这些数字电位器的灵活性和可靠性。这些部件将使用单个电源，但交流或双极操作需要双电源。微控制器或DSP通常可用于生成控制信号，但非易失性存储器使用户能够在工厂中对设备进行永久编程，而无需在现场重新调整设置。这样就可以用个人电脑控制这些设备，使用诸如Visual Basic、C或LabView之类的程序。因此，除非需要动态调整，否则在这些应用中不需要包括控制器。AD5232和AD5235的评估板可供选择，可以轻松设置并使用个人计算机进行初步评估。

基本可编程放大器

在图1的电路中，增益(负)简单地表示为两个端子电阻之比，输出电压为:

		（1）
		（2）

地点:

R(AB) =标称端到端终端电阻
R(WB) =终端电阻，W到B;
R(wb) = R(ab) × d /2(n
) R(WA) =终端电阻，W到A;
R(wa) = R(ab) - R(wb) = R(ab) × (1 - d /2(n))
D =二进制字的进制10的等量制
N =位数

增益表达式暗示了平衡的准对数特性。这种反相配置是有用的，因为它可以提供从非常小到非常大的范围内的增益，统一接近半尺度(MSB)。由于电阻器是在单个单片芯片上制造的，因此电阻比固有地匹配，并且如果使用AD5235，电路可以产生低至50 ppm/°C的温度系数。接地+输入最大限度地减少了共模输入误差。该电路是适用于许多应用的基本构建块，特别是在存在小信号和需要高增益的地方。

线性阶跃调节的双极可编程增益放大器

在图1的基本电路中，无论电路是否提供增益或衰减，输出总是相对于输入反转。随着电位器的增加，增益的变化是非线性的。虽然这在某些情况下是有用的，但其他应用可能需要双极增益和/或简单的线性关系。例如，电机需要在正反方向上自由旋转，热电冷却器根据电流的方向加热或冷却激光，LCD面板需要双极电压来控制对比度和亮度。在大多数情况下，要创建具有任意端点和线性阶跃调整的双极驱动器，可以应用双数字电位器，如AD5232，如图2所示。输出Vo现在可以线性编程，放大+ V(i)和- K × V(i)之间的电压，其中K是U1 (Eq. 1)的两个终端电阻之比。A2为V(W2)提供缓冲放大，最大限度地减少刮水电阻的影响。

图2中的传递函数为:

（3）

在更简单(和更常见)的情况下，K = 1，在位置U2中使用单个数字锅，例如AD5231, U1被一对匹配的电阻取代，在数字锅的末端施加V(i)和- V(i)。关系将是

（4）

表1是调整D的结果，A2配置为单位增益从动器(R(1)=∞，R(2)=0)，增益为2 (R(1)= R(2))，增益为10 (R(2) = 9 × R(1))。结果是一个具有线性可编程增益和256步分辨率的双极放大器。

表1。电路增益与D。

如图2所示，如果需要严格的温度系数匹配和非常高的增益，R1/R2和/或R3/R4可以选择性地用数字电位器代替。如果使用分立电阻，电阻匹配是必不可少的。

数字电位器的刮擦电阻是内部固态开关的导通电阻，通常为50至100欧姆。与标称电阻R(AB)相比，这是相对较小的，但是雨刷电阻在工作温度范围内大约翻倍，当设备被编程为在低值下工作时，它可能成为主要的误差来源。电位器的刷端应始终连接到高阻抗节点，如运放的输入端，如上述电路所示。OP1177系列是行业标准OP07的第四代，因其低偏置和低偏置电流特性而被选中。这最大限度地减少了雨刷电阻对分压比在分接点的影响。

图2中的电路也可以作为a /D转换器的可编程增益放大器(PGA)。A/D转换器通常需要处理从几毫伏到几伏特的动态输入范围。例如，使用内部基准时，AD7723 16位、1.2 msps 西格马 - 得尔塔 ADC的输入电压限制为±2 V。PGA可以作为前端信号调理装置，将毫伏级信号缩放到转换器的输入范围。

如果输入电压范围高于±2.7 V，由于AD523x电位器的最大电压限制为5.5 V，因此需要与U1串联分立电阻。图3显示了在高压PGA应用中使用串联电阻的配置图2。如前所述，电阻匹配是必不可少的。

通过配置本文所示的AD523x非易失性存储器数字电位器和运算放大器，用户可以轻松设计出具有高分辨率可编程性、双极可控性和线性/对数阶跃调节能力的多功能放大器。

此外，用户可能会注意到，数字电位器不仅可以取代一些机械对应物，还可以取代一些成本敏感应用中的非精密D/A转换器。

参考电路

塞尔吉奥·佛朗哥，设计与运算放大器和集成电路，第二版。McGraw Hill, 1998。

Devices, Inc.的工程人员，Daniel H. Sheingold编，-数字转换手册，第三版。Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1986。

数字电位器选择指南

注:

1. 术语非易失性存储器和E2MEM可以互换使用

2. 在Visual Basic中编写的源代码可以在个人计算机上运行。详情请与作者联系。