Résistance variable à semi-conducteurs bon marché


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J'ai un projet audio analogique pour lequel je joue avec des conceptions et il aura besoin d'environ 150 résistances variables à semi-conducteurs. Je prévois de les contrôler à partir d'un micro contrôleur pour qu'un pot à commande numérique fonctionne, mais tous ceux que j'ai trouvés sont beaucoup trop chers (1,00 $ - 1,50 $).

Mon plan initial était d'utiliser quelque chose comme un MOSFET avec un petit condensateur et un autre transistor pour maintenir une tension sur la grille. Je mettrais ensuite à jour les tensions de chacun à son tour via un DAC et certains GPIO. Cependant, je n'ai pas trouvé de transistors adaptés à mon application (c'est-à-dire quelque chose qui se comporte assez comme une résistance idéale).

Des idées?


FWIW: le projet est une variante de cette conception d'égalisation (abandonnée): Conception avec l'égaliseur graphique à commande numérique LMC835 .


Essayez-vous d'implémenter un tas de gains variables pour une table de mixage, ou des fréquences d'oscillateur pour un synthé, ou autre chose? Il pourrait y avoir un moyen moins cher de le faire que les pots numériques.
endolith

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@endolith: un égaliseur analogique contrôlé par ordinateur. Et un moyen moins cher est exactement ce que je recherche.
BCS

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@BCS - Un égaliseur analogique contrôlé par ordinateur me semble oxymoronique. Veuillez me corriger si je me trompe, mais aucun pot contrôlé numériquement ne sera-t-il, bien, numérique, et le microcontrôleur et / ou le pot introduiront-ils un bruit de commutation lorsque vous modifiez la valeur du pot?
J. Polfer

@sheepsimulator: Il n'y a aucune raison qu'un pot numérique ajoute intrinsèquement du bruit de commutation (je suppose qu'un modèle bien conçu tenterait de minimiser cela) comme pour le reste du système, alors que les applications de signaux mixtes sont un problème, elles sont un problème connu avec des solutions connues, ils font des tableaux de sons numériques après tout et ils doivent devenir analogiques à un moment donné. Pour cette question, il pourrait être configuré de sorte que vous puissiez désactiver les parties numériques et les parties analogiques continueraient à fonctionner très bien. - Quant à être oxymoronique, non, ce n'est pas le cas (l' OTOH moronique est une possibilité distincte :).
BCS

Avec quoi avez-vous fini? Je suis en train de résoudre un problème similaire en ce moment.
terrasse

Réponses:


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Si vous voulez quelque chose qui se comporte plus comme une résistance, vous pouvez utiliser une cellule photoélectrique et l'allumer avec une LED provenant d'un PWM filtré. Cela agit cependant comme une résistance variable à 2 bornes plutôt que comme un pot à 3 bornes.

Vous pouvez contrôler toutes les LED à partir d'un seul microcontrôleur en utilisant quelque chose comme le TLC5940 , qui a 16 sorties de pilote de LED PWM, avec une luminosité de chacune programmable sur une connexion série. Vous auriez besoin de 10 d'entre eux à 1,84 $ chacun pour contrôler 150 canaux, mais deux fois plus si vous avez besoin de deux résistances par canal (pour simuler un pot réel).


De plus, avez-vous regardé des circuits intégrés avec beaucoup de pots à l'intérieur? 0,33 $ par pot est meilleur que 1 $, par exemple:

Vous pouvez également examiner les circuits intégrés d'amplificateur à gain contrôlé en tension ou programmable, qui pourraient remplacer à la fois un ampli opérationnel et un pot:

Comme pour un égaliseur graphique à plusieurs canaux contrôlé par ordinateur, un DSP est une option moins chère. Par exemple, TI , AKM et Analog ont des processeurs de signaux audio avec ADC et DAC intégrés, et des GUI faciles à utiliser pour créer l'égaliseur, bien que vous deviez acheter la carte de développement. :)

Avez-vous vu des filtres audio et égaliseurs contrôlables numériquement ?


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C'est créatif.
tcrosley

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En d'autres termes, un opto-isolateur analogique?
BCS

Oui, mais avec une photorésistance au lieu d'un phototransistor. Ils sont utilisés dans les limiteurs optiques ou les compresseurs, par exemple.
endolith

Un DSP n'est pas une option. Le but du projet est que le traitement du signal est analogique. Quant à ce dernier lien, non, je ne l'avais pas vu mais il est très proche de ce à quoi je pense.
BCS

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@Mark: Vous n'avez pas besoin de 256 étapes pour un égaliseur. ± 15 dB par pas de 1 dB n'est que de 30 pas. Si la capacité d'entraînement du CI PWM comporte 4096 pas linéaires (?) De 0 mA à 60 mA, c'est 15 µA pour le plus petit. Comme tout est exécuté à partir d'un microcontrôleur, vous pouvez ignorer les étapes du micrologiciel pour obtenir une réponse en dB linéaire ou tout ce dont vous avez besoin.
endolith

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Que dis-tu de ça? MCP4011-4014

C'est 0,39 $ chacun pour 100QTY. Donc, pour 150 QTÉ, ce serait 58,50 $ + expédition.


Cela ferait très bien l'affaire. Le +/- 20% n'est pas si joli que ça. (Plus d'appareils connexes: microchip.com/ParamChartSearch/… )
BCS

@BCS Oui, les +/- 20% ne sont pas agréables à première vue, mais quel que soit le microcontrôleur que vous utilisez pour régler le potentiomètre numérique peut également être chargé avec des données / code d'étalonnage, ce qui le rapproche probablement beaucoup de quelques-uns seulement pour cent, surtout si vous recalibrez au démarrage à une résistance de 1%. Ensuite, vous pouvez obtenir une meilleure précision en évoluant dans le firmware et en sélectionnant le tap approprié.
MicroservicesOnDDD

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Un JFET peut être configuré comme une résistance variable, fonctionnant dans sa région ohmique. Cela fonctionne dans de nombreux cas.

Voici mon design über-brut:

Vdd -----------+
               |
       R1     _|
  G -\/\/\-+-|_
           |   |
           \   v  put 
        R2 /   v  load
           \   |  here
           +---|
               |
GND -----------+

(Nous avons besoin d'un éditeur de schémas: ce serait génial.)

C'est un peu difficile de le biaiser (si c'est même le bon mot) dans la bonne position. J'ai fait un circuit oscillateur variable avec un avant. J'ai également conçu un circuit PWM + fréquence variable (variateur de fréquence-vitesse variable) pour piloter un moteur à l'aide d'un double ampli-op et JFET.


Comment un microcontrôleur garderait-il une tension constante sur toutes ces portes JFET? Il semble que vous deviez utiliser des portes de transmission analogiques de toute façon.
endolith

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Endolithe idem: la principale raison pour laquelle je regardais les FET était qu'ils donnaient une impédance de grille suffisamment élevée pour qu'un petit condensateur leur permette de maintenir un état donné pendant une durée raisonnable, ms au moins. (OTOH ça marcherait si je n'avais pas à conduire autant. +1)
BCS

Cette préoccupation s'applique également à mon idée LED. Pire, en fait, car il a besoin d'un courant constant au lieu d'une tension constante. Avec des portes de transmission à haute impédance, vous pouvez multiplexer des tensions analogiques vers chaque porte JFET, mais cela semble complexe.
endolith

Le problème avec le stockage de la charge sur le condensateur est qu'elle chutera rapidement à cause des résistances. (R2 shunts à la masse.) Cependant, il peut être possible d'utiliser une diode pour isoler la capacité de la grille pour stocker une charge ...
Thomas O

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c'est moins une réponse et plus un mot de prudence lors de l'utilisation de pots numériques ou d'appareils similaires.

Assurez-vous de regarder attentivement leur mode de fonctionnement réel et pas seulement la théorie ou le circuit équivalent dans la fiche technique.

Il y a quelques années, j'avais une conception qui avait plusieurs entrées analogiques conçues pour fonctionner à la fois au niveau de la ligne et du microphone. En tant que tel, il y avait un étage de préampli différentiel utilisant un circuit intégré conçu à cet effet avec un gain réglable de 0 à 60 dB. Nous devions contrôler le gain réglé numériquement avec un micro contrôleur qui était réglé avec une seule résistance externe. La résistance était dans le chemin du signal et couplée au courant alternatif (oscillait +/- autour de la masse). Cela n'était pas mentionné dans la fiche technique du préampli et n'était pas prévu car la sortie du préampli était référencée à l'entrée ADC d'un DSP. La sortie a oscillé autour de 1,65 V et est toujours restée au-dessus du sol. Grâce à la rétroaction du DSP, le système a automatiquement ajusté le gain du préampli pour se rapprocher très près de l'entrée pleine gamme sur l'ADC pour améliorer la résolution.

Au début, je viens d'utiliser un potentiomètre numérique AD qui semblait à tous égards être un vieux pot ordinaire, tout indiquait qu'il s'agissait d'une résistance avec une position d'essuie-glace à commande numérique. Et bien non. En interne, il a été mis en œuvre avec une cascade de transistors configurés pour présenter une résistance constante. Cela ne semble pas mauvais au début, mais cela signifie que la résistance ne pouvait pas faire passer la tension en dehors des limites de l'alimentation du pot. Je l'ai implémenté avec 3,3 V et GND pour les 2 rails car c'est ce que nous avons utilisé pour les E / S numériques. Mais dans cette configuration, la résistance ne pouvait pas faire passer le courant avec une tension négative et elle coupait simplement le bas de tout signal couplé en courant alternatif qui la traversait.

Cela a été un peu pénible car cela signifiait qu'il fallait faire fonctionner les alimentations analogiques, mais que des signaux série des parties numériques du circuit y étaient attachés.

Quoi qu'il en soit, assurez-vous de faire votre diligence et de savoir exactement à quoi ressemble le signal qui doit traverser la résistance variable et que cela fonctionnera compte tenu de la topologie de la conception de la résistance.


Merci. C'est noté. Dans ce cas, je sais quels signaux vont les traverser (à peu près les mêmes que vous), donc tout ce que je dois vérifier est que le pot est ce que je pense qu'il est.
BCS

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Je suis d'accord avec endolith que vous devriez sérieusement envisager d'autres moyens de résoudre le problème. Comme vous n'avez pas décrit le circuit auquel vous essayez d'ajouter ce composant, et encore moins publié le schéma ou la fonction de transfert que vous essayez de réaliser, je ne peux que deviner qu'il existe des moyens plus efficaces pour résoudre le problème.

Une borne de votre résistance variable est-elle connectée à une alimentation? Cela rendra de nombreuses approches beaucoup plus réalisables. Dans le cas d'une connexion à la terre, par exemple, un MOSFET de type N, un condensateur, une résistance et un PWM suffiront probablement pour un pot (relativement) à évolution lente.

La clé pour concevoir une résistance variable à semi-conducteurs fonctionne dans votre transistor dans la région active, plutôt que de le laisser devenir saturé. Votre application audio nécessite probablement une échelle logarithmique ou de pondération de fréquence, alors pourquoi ne pas intégrer des commentaires ou une surveillance, et ne pas vous inquiéter de la légère non-linéarité?


De quelle autre manière? Vous évitez d'utiliser une résistance variable à semi-conducteurs? Une architecture totalement différente? Le premier pourrait fonctionner, mais ce que je recherche en réalité aurait besoin d'environ 150 degrés de liberté indépendants, de sorte que le second peut modifier les exigences du composant, mais pas la quantité requise. Compte tenu également du nombre nécessaire, j'ai besoin de quelque chose à faible coût pour tous les aspects non partagés.
BCS

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Depuis que vous avez publié la note, je peux élaborer sur une manière simple - Faites-le de la même manière qu'ils l'ont fait! Avez-vous vraiment besoin d'un contrôle plus fin que ce qu'ils ont implémenté dans leur conception? Le réseau 55k, 25k, 16k, 11k, 8k et 3k contrôlé par des commutateurs FET vous donnera, comme indiqué dans la fiche technique, une précision supérieure à 0,1 dB sur 12 dB. Vous pouvez ajuster ces nombres et / ou le nombre de résistances pour obtenir un meilleur contrôle ou plusieurs étapes.
Kevin Vermeer

Construire vos propres pots numériques pour chacun? : D Vous pouvez utiliser un multiplexeur analogique au lieu de FET individuels. Le CD4051 coûte 0,15 $ en grande quantité et agit comme un commutateur SP8T, par exemple.
endolith

@reemrevnivek, j'ai considéré cela et j'ai même fait un premier passage aux nombres: pour obtenir 256 pas à l'espacement et à la précision que je veux, il faut environ 16 éléments (1 élément = 1R, 1C et 2FET) de la réponse de rdeml, je peux obtenir 256 (malheureusement linéaire) étapes pour 0,25 $ et cela pousse vraiment le pot de bricolage pour le coût.
BCS

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Une approche non encore mentionnée qui est applicable dans certains scénarios de basse fréquence, bien qu'elle doive être utilisée avec prudence, consiste à reconnaître qu'une résistance qui est activée et désactivée via le signal PWM le fera, à des fréquences bien inférieures à la fréquence PWM. , se comportent à peu près comme une résistance plus grande dont la résistance est celle de l'original divisée par le rapport cyclique PWM. Ainsi, une résistance 1K à un rapport cyclique de 5% se comportera à peu près comme une résistance 20K.

La plus grande mise en garde avec cette approche est qu'elle injectera souvent du bruit dans le système à la fréquence PWM. Cela peut ne pas être un problème si les composants qui traitent le signal peuvent filtrer ce bruit proprement, ou s'ils peuvent le transmettre sans distorsion aux autres composants qui le peuvent. Avant d'utiliser une telle conception, il faut s'assurer que l'une des exigences ci-dessus est remplie. Le fait qu'un composant ait une fréquence utile maximale n'implique pas qu'il filtrera proprement les choses au-dessus de cette fréquence. De nombreux amplificateurs, par exemple, se déforment si le signal d'entrée fait que la vitesse de balayage de sortie dépasse leurs capacités. Si un amplificateur reçoit un mélange d'un signal de 1 kHz à 0 dB et d'un signal de 1 MHz à -20 dB (10% de la tension de l'original), le taux de balayage de sortie pour le composant 1 MHz serait 100 fois supérieur à celui du composant 1 kHz. Il' s il est tout à fait possible que la vitesse de balayage du composant 1KHz soit bien dans les capacités de l'amplificateur, mais pas le composant 1MHz; cela pourrait à son tour provoquer une distorsion grave de la partie 1KHz de la sortie.


Cela pourrait bien fonctionner (et proprement) si le chargement est suffisamment inductif.
BCS

@BCS: Je ne pense pas que le chargement inductif soit nécessaire. Si le taux PWM est sensiblement supérieur à la fréquence d'intérêt la plus élevée (par exemple, par un facteur de 100), chaque étape du filtrage fera baisser le niveau de bruit d'un facteur de 10 à 100 (100 dans le cas idéal; 10 dans un cas facilement réalisable ; un cas pratique se situerait quelque part entre les deux). La question est de savoir si le bruit injecté provoquera une distorsion avant que cela ne se produise, et cela dépend de la conception du circuit. Si rien d'autre, l'ajout d'un filtrage peut permettre à l'approche PWM d'être utilisable et éliminer le besoin de choses plus sophistiquées.
supercat
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