Potenciómetros digitales, al igual que sus equivalentes mecánicos, son resistores cuyos valores pueden cambiarse mediante una salida externa. La diferencia es que los potenciómetros son controlados por la posición giratoria de un eje de control y la resistencia de un potenciómetro digital se determina mediante una entrada digital en el dispositivo. A diferencia de su equivalente mecánico o analógico, los potenciómetros digitales no son continuamente variables, sino que cambian de valor solo por etapas. También son muy limitados en cuanto a la cantidad de corriente que pueden manejar, por lo que con mayor frecuencia se usan en los bucles de retroalimentación de amplificadores operacionales para controlar la ganancia del amplificador y en otros entornos similares con baja corriente.
La escala de resistores
El elemento clave en un potenciómetro digital es la escala de resistores, que es una serie de resistores, de igual valor, conectados en serie.
Figura 1: Diagrama de bloques de potenciómetro digital. (Fuente: Analog Devices)
En el ejemplo anterior, la escala de resistores se compone de siete resistores. Si cada resistor fuera de 1000 ohmios, la resistencia total, del Terminal B al Terminal A, sería de 7000 ohmios. El elemento ajustable de la unidad es el limpiador.
En cada una de las seis uniones entre los siete resistores hay un conmutador, que se conecta con el limpiador. También hay dos conmutadores más para conectar el limpiador, si se elige, a los terminales A o B. Es importante tener en cuenta que solo uno de los conmutadores de limpiador pueden activarse en cualquier momento. Por consiguiente, la resistencia del limpiador, con respecto al Terminal B y el Terminal A podría ajustarse, en este ejemplo, en etapas de 1000 ohmios, de 0 a 7000. Tenga presente el “decodificador 3 a 8”. Se puede decodificar una palabra digital de N bits en opciones de 2ˆN, y 2ˆ3 es 8. Cada uno de esos ocho posibles números define de forma única cuál de los ocho conmutadores se activará en un momento dado.
Se puede ver fácilmente que al utilizar los dos terminales y el limpiador para implementar un divisor de tensión, el potenciómetro digital se puede utilizar como control de volumen. Mediante el uso del limpiador y el terminal A o el B, puede disponer de un simple resistor variable.
¿Dónde estaba yo?
En el momento del encendido, algunos potenciómetros digitales simplemente asignarán la posición del limpiador a la mitad de la escala o algún otro punto definido en la hoja de datos. Con mayor frecuencia, el dispositivo incluirá suficiente EEPROM para recordar la última posición de la unidad en el momento en que se apagó. Los conmutadores en sí que conectan los resistores al limpiador generalmente se implementan en CMOS dentro del dispositivo, tal como se ilustra en el diagrama.
Naturalmente, los diferentes potenciómetros digitales pueden controlarse de diversas formas. El conocido bus de interfaz periférica en serie (SPI) es una elección popular, como lo es el sencillo bus en serie I2C. Este último requiere solo dos entradas, una para el reloj y otra para los datos.
El AD5160BRJZ50 de Analog Devices es un potenciómetro digital de 8 pines que se cabe en un pequeño paquete de 2,9 mm x 1,6 mm. Con el fin de ahorrar conteo de pines y área disponible, este dispositivo no incluye EEPROM y utiliza el bus SPI bus en lugar de una interfaz digital paralela. La hoja de datos muestra la familia de dispositivos AD5160. Todos los integrantes de este grupo incluyen una escala de resistores compuesta de 255 resistores separados.
Figura 2: El AD5160 de Analog Devices. (Fuente: Analog Devices)
El chip se selecciona mediante el pin 6. El reloj ingresa mediante el pin 4 y los datos que seleccionan la posición del limpiador ingresan en el pin 5. El acceso de los terminales A y B es en los pines 7 y 8, y el limpiador en el pin 1.
Se pueden fabricar pequeños dispositivos mecánicos para crear pulsos eléctricos que pueden usarse para controlar el potenciómetro digital. Esto les permite ser controlados por humanos y no solo mediante microcontroladores. Con frecuencia se colocan en dispositivos que son apenas más grandes de lo que un potenciómetro mecánico tradicional sería por sí solo.