[發(fā)明專利]一種有源的可變電阻器

在審

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• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112491390A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李穎弢;霍顯杰;田力學(xué);李永剛
• 申請（專利權(quán)）人: 蘭州大學(xué)
• 主分類號: H03H11/40
• 分類號: H03H11/40
• 代理公司: 蘭州澤一知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 62207
• 代理人: 周春雷

本發(fā)明公開了一種有源的可變電阻器，該可變電阻器通過上位機(jī)輸入設(shè)定的電阻值，上位機(jī)再將該阻值傳送至單片機(jī)MCU處理，單片機(jī)MCU根據(jù)設(shè)定的電阻值和端口電壓確定MOS管的通斷位置和數(shù)量，并且控制VCVS電壓模擬小阻值電阻。MCU檢測電流和電壓的變化得到整個電路阻值變化，通過MCU內(nèi)置的增量式PI算法控制MOS管或者VCVS電壓，實(shí)現(xiàn)了電阻的溫度補(bǔ)償并且可以減小其他附加誤差。本發(fā)明可以方便地讀取和調(diào)節(jié)電阻值，避免了機(jī)械結(jié)構(gòu)，縮小了體積，并且具有一定的穩(wěn)定性，在電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域有廣泛的前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體為一種有源的可變電阻器。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)電阻箱通過旋轉(zhuǎn)旋鈕調(diào)整不同倍數(shù)的的電阻旋鈕，達(dá)到切換不同阻值的目的，這一類變阻箱常用作教具展示使用，改變阻值較為靈活，但是體積較大，需要手動改變阻值，不利于集成，阻值切換需要人工操作，并且有機(jī)械觸點(diǎn)，使用一段時(shí)間后容易出現(xiàn)阻值較大的接觸電阻。傳統(tǒng)電阻箱在工作一段時(shí)間后會逐漸升溫，導(dǎo)致電阻阻值改變，但是對于這類型范圍稍大的電阻器來講，用傳統(tǒng)的自補(bǔ)償法和橋路補(bǔ)償法會提高復(fù)雜程度并且增加成本。目前在常見的電路板中，可變電阻常用的是電位器，它由電阻體和滑動系統(tǒng)構(gòu)成，常需使用螺絲刀扭動電位器螺母達(dá)到變阻的目的。在集成電路設(shè)計(jì)中，為了縮小體積就必須避開機(jī)械結(jié)構(gòu)，且集成電路板是一個精密的系統(tǒng)，集成電路板在上電運(yùn)行過程中變阻器阻值必須精確可知。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)而提供一種可以通過單片機(jī)MCU編程控制的有源的可變電阻器，該發(fā)明體積小，無機(jī)械結(jié)構(gòu)，便于集成，可以實(shí)現(xiàn)對變阻器阻值的精確控制，可根據(jù)需要改變阻值，變阻范圍大精度高，電阻精度可達(dá)10^-3Ω，并且通過自動控制原理實(shí)現(xiàn)了電阻阻值的溫度補(bǔ)償。

為解決本發(fā)明的技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案。

一種有源的可變電阻器，通過上位機(jī)設(shè)定需要的電阻，上位機(jī)再將該阻值傳送至單片機(jī)MCU處理，通過單片機(jī)MCU控制MOS管的通斷達(dá)到接入不同整數(shù)值電阻，通過單片機(jī)MCU控制電壓控制的電壓源VCVS的電壓模擬低于1Ω阻值，電壓檢測元件和電流檢測元件通過A/D轉(zhuǎn)換器使單片機(jī)MCU獲取當(dāng)前電阻端口電壓值和電流值，進(jìn)而得到當(dāng)前電路的整體等效電阻值，通過MCU內(nèi)置過增量式PI算法控制電壓控制的電壓源VCVS的電壓使其阻值發(fā)生變化，從而使當(dāng)前電路的整體等效電阻值趨近上位機(jī)設(shè)定需要的電阻。

其電路為：包括第1腳、第2腳、第3腳和第4腳，第1腳和第4腳之間接電壓檢測元件，電壓檢測元件連接A/D轉(zhuǎn)換器再接入單片機(jī)MCU；第1腳和第2腳之間接與MOS管并聯(lián)的電阻構(gòu)成的電阻網(wǎng)絡(luò)，MOS管的柵極全部接單片MCU；第2腳和第3腳之間接電流檢測元件，電流檢測元件連接A/D轉(zhuǎn)換器再接入單片機(jī)MCU；第3腳和第4腳之間接充當(dāng)電阻的電壓控制的電壓源VCVS，通過MCU內(nèi)置過增量式PI算法控制電壓控制的電壓源VCVS的電壓使其阻值發(fā)生變化，從而使當(dāng)前電路的整體等效電阻值趨近上位機(jī)設(shè)定需要的電阻；第1腳和第4腳接外部電路。

所述電阻網(wǎng)絡(luò)由n個單元串聯(lián)而成，每個單元由電阻與MOS管并聯(lián)組成，電阻阻值進(jìn)行二進(jìn)制編碼，通過MOS管的開關(guān)作用可以組合不同阻值的電阻接入電路，進(jìn)而可以組合得到所有整數(shù)值電阻，電阻阻值逐個為2ⁿΩ，（n=0,1,2……n）；