Schaltung für ein Grob- und Feineinstellpotentiometer?

Ich habe versucht, eine Schaltung für einen Grob- und Feineinstellungsteiler (zwei Potentiometer) zu finden, aber ich verstehe das nicht und / oder sie haben keine lineare Reaktion.

Problem: Ich möchte eine einstellbare Spannung von 0 - 5 V mit zwei Potentiometern haben, eines zur Grobeinstellung und das andere zur Feineinstellung (10 mV, wenn möglich).

Aus den Datenblättern, die ich mir angesehen habe (z. B. diese ), scheinen sie nicht die Auflösung der möglichen Inkremente des Topfes anzugeben.

Hier sind drei Schaltkreise, die ich derzeit habe:

Die Feineinstellung des dritten Schaltkreises nimmt ab, wenn die Grobeinstellung höher eingestellt wird. Daher halte ich dies nicht für eine gute Idee (es sei denn, ein Logarithmus-Topf wird verwendet ... noch keine Ahnung, wie diese funktionieren).

Da der erste und der zweite sehr ähnlich sind, werde ich den ersten betrachten.

Ich nahm eine Auflösung von 5 Grad von 300 Grad an, da ich hierzu keine Informationen finden konnte.

Das gibt mir:

• 0,83 kOhm / Einstellung mit dem 50K-Pot und einer Auflösung von 166 mV
• 0,167 kOhm / Einstellung mit dem 10K Pot

Die Gleichung, die ich erhalte, lautet:

Wenn ich dies in Matlab für die 0V-Kursanpassung zeichne, erhalte ich die folgende Kurve:

Am unteren Ende des Topfes gibt es eine Auflösung von 33 mV und am oberen Ende des Topfes gibt es eine Auflösung von 24,7 mV.

Für meine Bewerbung ist dies ausreichend. Ich bin mir jedoch nicht sicher, ob es einen besseren (und linearen) Ansatz für eine Fein- und Kursanpassung gibt.

Das ist besser..

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Vorteile sind:

• Geringe Empfindlichkeit gegenüber Topftoleranz und Tempco (Sie können Präzisionswiderstände für R2 / R3 verwenden)
• Ziemlich linearer und nahezu konstanter Feineinstellbereich in mV
• Ziemlich konstant (+/- 0,5%) und vorhersagbare Ausgangsimpedanz (Minimum 9,09 K, Maximum 9,195)
• Geringe Empfindlichkeit gegenüber CRV (Kontaktwiderstandsvariation) von Töpfen (1% CRV in R1 führt zu 0,05% Variation).

Diese Schaltung zieht ungefähr 20 mA von der 5-V-Schiene. Wenn dies ein Problem ist, können Sie R4 um 10: 1 erhöhen, sowohl R4 als auch R1 auf Kosten einer gewissen Leistung um weitere 10: 1 erhöhen oder den gesamten Wert auf Kosten der Ausgangsimpedanz skalieren.

Ihre Schaltung Nr. 1 hat abhängig von den Poti-Einstellungen eine Ausgangsimpedanz von 0 Ohm bis 27,5 K.

Fein und grob bringt Sie nur so weit, Sie könnten auch einen geschalteten Spannungsteiler für die "Grob" -Einstellung in Betracht ziehen. Die Erwartung, dass die "Grob" -Einstellung innerhalb von 0,2% stabil bleibt, ist möglicherweise zu viel verlangt, es sei denn, es handelt sich um ein sehr schönes Potentiometer.

Beachten Sie, dass Ihr leitfähiger Kunststofftopf überhaupt keinen Temperaturkoeffizienten angibt - das liegt daran, dass leitfähige Kunststofftöpfe im Allgemeinen schrecklich sind - vielleicht +/- 1000 ppm / ° C in der Regel. Daher ist es nicht so toll, sie als Rheostat und nicht als Spannungsteiler zu verwenden Idee. Sie haben das um 5: 1 durch die Verhältnisse der Töpfe reduziert, aber es ist immer noch ziemlich schlecht. Die von mir vorgestellte Schaltung wäre mit anständigen Widerständen für R2 / R3 normalerweise etwa 5x besser, da die Potis nur als Spannungsteiler verwendet werden.

Bearbeiten: Als gute Annäherung für R4 << R3 und R1 << R2 (Sie können die genaue Berechnung in Matlab unter Berücksichtigung der Topfwiderstände durchführen, wenn Sie möchten) lautet die Ausgangsspannung:

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

Wobei 0 die Position von R1 und 0 die Position von R4 ist$\le \alpha\le 1$$\le \beta \le 1$

Der Bereich von R1 beträgt also 4,545 V und der Bereich von R4 beträgt 0,4545 V. Wenn Sie beide Töpfe zentrieren, erhalten Sie 2.500V. Wenn Sie R4 auf 1% des Skalenendwerts einstellen können (angemessen), entspricht dies einer Auflösung von 4,5 mV.

+1 für Spehro Pefhany. Das ist eine sehr elegante Strecke. Wie es funktioniert, sehe ich so:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Die Asymmetrie des Spannungsteilers (asymmetrisch, weil R3> R2) macht einen der Töpfe grob und den anderen fein. Da R2 <R3 ist, ist die Ausgangsspannung hauptsächlich eine Funktion von V1, wobei V4 Feineinstellungen vornehmen kann.

Die Einschränkung hierbei ist natürlich, dass sich die Ausgangsimpedanz der Töpfe mit der Wischerposition ändert, sodass die Anwendung des Thévenin-Theorems im ersten Schritt nur dann wirklich korrekt ist, wenn sich die Töpfe in der Mitte befinden - da der Topf auf eines der beiden Extreme bewegt wird Die Ausgangsimpedanz nähert sich 0Ω. Da jedoch R2 und R3 viel größer als jeder Topf sind, ist diese Variabilität sowohl hinsichtlich der Nichtlinearität als auch der Variation der Ausgangsimpedanz der Schaltung insgesamt relativ unbedeutend.

Sie haben den richtigen Ansatz und Ihre Zahlen sind wahrscheinlich bis zu einem Faktor von 5 oder so gut. Für einen Topf mit Kunststoffelementen erscheint eine Auflösung von 1% angemessen, obwohl dies von den Konstruktionsdetails abhängt. Bei den Töpfen, mit denen Sie verbunden sind, besteht das Problem darin, dass die Länge des Arms von der Welle bis zum Elementkontakt recht klein und das Lager so billig wie möglich ist, sodass genau dort, wo der Elementkontakt auftritt, eine gewisse Neigung auftreten kann. Dies zeigt sich wahrscheinlich in einer erhöhten Hysterese (der Widerstand bei x Grad beim Drehen im Uhrzeigersinn unterscheidet sich vom Widerstand beim Drehen gegen den Uhrzeigersinn).

Beachten Sie, dass die Auflösung für Drahtwickeltöpfe am schlechtesten ist, da der Kontakt entlang der Außenseite einer langen Drahtwendel überspringt, sodass Sie einen Treppeneffekt mit fester Schrittgröße erhalten.

Grundsätzlich gibt es drei Ansätze, um eine bessere Auflösung aus einem Topf zu erzielen. Gehen Sie zunächst zu einem glatteren Element mit kleinerer innerer Korngröße. Leitfähiger Kunststoff ist am besten, und die Töpfe, die Sie verknüpfen, um dies zu verwenden. Zweitens machen Sie den Topf größer. Dies ermöglicht eine genauere Kontrolle darüber, wo genau der Kontakt auf das Element trifft, erfordert jedoch auch eine präzisere Lagerung und Konstruktion des Wischerarms, damit er sich während der Bewegung nicht biegt. Schließlich können Sie zu Multi-Turn-Töpfen gehen, wobei 10-Turn-Einheiten die Norm sind, obwohl ich auf 5-Turn- und 20-Turn-Modelle gestoßen bin. Bei diesem Ansatz bildet das Widerstandselement eine n-Windungsspirale, und der Kontaktarm verschiebt sich nach Bedarf vertikal entlang der Wellenachse. Mit einem längeren Widerstandselement ist eine genauere Platzierung des Wischers und damit eine bessere Auflösung möglich.

Ihre Analyse ist richtig. Das Ausmaß der Nichtlinearität steht in direktem Zusammenhang mit dem Verhältnis der beiden Widerstände. Ein größeres Verhältnis ergibt eine bessere Linearität (obwohl dies den Bereich der Feineinstellung einschränkt und eine genauere Grobeinstellung erfordert).

Wenn Sie schließlich ultimative (und wahrscheinlich unvernünftige) Linearität fordern, stellen Sie die Töpfe überhaupt nicht zusammen. Sie verbinden ihre Enden parallel und speisen jeden Scheibenwischer einem Verstärker mit einer anderen Verstärkung zu. Anschließend addieren Sie die beiden Ergebnisse zu einem Endverstärker.

Ich habe es mit zwei in Reihe geschalteten Töpfen gemacht, die jeweils als variable Rs (ein Ende zum Wischer) mit einem Operationsverstärker am Ausgang verdrahtet sind. Manchmal befindet sich die Variable R in einer Verstärkungsstufe. (Aber ich mag Spehros Schaltung! Ein weiterer Vorteil, den er vergessen hat zu erwähnen, ~ konstante Eingangsimpedanz.)