Как работает потенциометр?

Электронные варианты

Электронный потенциометр заслонки имеет реверсивный тип, часто используется в качестве регулятора громкости. Аппарат преимущественно оснащается двумя ключами, поддерживает порядка десяти циклов, присутствует опция программной выборки.

Рассматриваемые устройства нередко становятся элементами вычислительных приборов. Предельный показатель частоты среза составляет около 3 000 кГц. Многие параметры зависят от конструкционных особенностей и производителя. Линейные искажения составляют порядка 80 дБ, пропуск ключа – 3,5 мк. Для регулировки коэффициента усиления данные устройства не предназначены.

Основные параметры переменных резисторов.

Основными параметрами резисторов являются: полное (номинальное) сопротивление, форма функциональной характеристики, минимальное сопротивление, номинальная мощность, уровень шумов вращения, износоустойчивость, параметры, характеризующие поведение резистора при климатических воздействиях, а также размеры, стоимость и т.п

Однако при выборе резисторов чаще всего обращают внимание на номинальное сопротивление и реже на функциональную характеристику

Номинальное сопротивление

Номинальное сопротивление резистора указывается на его корпусе. Согласно ГОСТ 10318-74 предпочтительными числами являются 1,0; 2,2; 3,3; 4,7 Ом, килоом или мегаом.

У зарубежных резисторов предпочтительными числами являются 1,0; 2,0; 3,0; 5.0 Ом, килоом и мегаом.

Допускаемые отклонения сопротивлений от номинального значения установлены в пределах ±30%.

Полным сопротивлением резистора считается сопротивление между крайними выводами 1 и 3.

Рис. 3 — Обозначение номинального сопротивления на корпусе переменных резисторов

Форма функциональной характеристики

Потенциометры одного и того же типа могут отличаться функциональной характеристикой, определяющей по какому закону изменяется сопротивление резистора между крайним и средним выводом при повороте ручки резистора. По форме функциональной характеристики потенциометры разделяются на линейные и нелинейные: у линейных величина сопротивления изменяется пропорционально движению токосъемника, у нелинейных она изменяется по определенному закону.

Существуют три основных закона (рис. 4):

А — Линейный,

Б – Логарифмический,

В — Обратно Логарифмический (Показательный).

Например, для регулирования громкости в звуковоспроизводящей аппаратуре необходимо, чтобы сопротивление между средним и крайним выводом резистивного элемента изменялось по обратному логарифмическому закону (В). Только в этом случае наше ухо способно воспринимать равномерное увеличение или уменьшение громкости.

Или в измерительных приборах, например, генераторах звуковой частоты, где в качестве частотозадающих элементов используются переменные резисторы, также требуется, чтобы их сопротивление изменялось по логарифмическому (Б) или обратному логарифмическому закону. И если это условие не выполнить, то шкала генератора получится неравномерной, что затруднит точную установку частоты.

Резисторы с линейной характеристикой (А) применяются в основном в делителях напряжения в качестве регулировочных или подстроечных.

Рис. 4 — График функциональных характеристик переменных резисторов

Для получения нужной функциональной характеристики большие изменения в конструкцию потенциометров не вносятся. Так, например, в проволочных резисторах намотку провода ведут с изменяющимся шагом или сам каркас делают изменяющейся ширины. В непроволочных потенциометрах меняют толщину или состав резистивного слоя.

Рис. 5 — Вариант конструкции резистивного элемента

Регулируемые резисторы имеют относительно невысокую надежность и ограниченный срок службы. При эксплуатации аудиоаппаратуры, приходится слышать шорохи и треск из громкоговорителя при вращении регулятора громкости. Причиной этого является нарушение контакта щетки с токопроводящим слоем резистивного элемента или износ последнего. Скользящий контакт является наиболее ненадежным и уязвимым местом переменного резистора и является одной из главной причиной выхода детали из строя.

Типы потенциометров и их характеристика

В современной электронике принято использовать такие типы устройств:

• изделия с однополярным питанием;
• изделия двухполярным питанием;
• механические изделия;
• электронные изделия.

Потенциометры с однополярным питанием

Такие изделия оснащены специальными реостатными ключами. Все виды резисторов в этом случае необходимо использовать только пассивного типа. Двигающиеся контакты устройства обладают большой проводимостью электрического тока. Значение полосы пропускания электронного ключа напрямую зависит от частоты среза. Этот параметр обычно не превышает 2100 килогерц. Подобные характеристики потенциометров очень часто применяются для регулировки тембра.

Потенциометры с двухполярным питанием

Изделия с двухполярным питанием применяются только в вычислительных изделиях. Главной особенностью подобных устройств является большой уровень максимального сопротивления. Электронные ключи для такой аппаратуры необходимо использовать лишь реостатного типа. Внизу изделия находится несколько выводов для подсоединения к электрической схеме. Настройка устройства проводится на специальной мостовой аппаратуре. Значение разброса сопротивления не превышает двух процентов. Отрицательное электрическое напряжение устройства имеет значение не более 4 вольт.

Механические потенциометры

Механическим потенциометром называется изделие для регулирования электрического тока, которое оборудовано специальным поворотным контроллером. Внизу устройства находятся несколько выводов. Электронные ключи нужно использовать резистивного типа. А также в таких изделиях предусмотрена функция программной выборки. Максимальное значение сквозного сопротивления не превышает 4 Ом. Такие изделия не оснащены функцией калибровки. Отрицательное электрическое напряжение подобного устройства составляет около 4 вольт, а линейные искажения не превышают 92 децибела.

Мощные резисторы необходимо использовать только открытого типа. Механические потенциометры оптимально подходят для реверсивного управления. Многие изделия не поддерживают реостатный режим. Стоит заметить, что подобные устройства не применяются для регулирования коэффициента усиления. Максимальное положительное электрическое напряжение имеет значение около 2,5 вольта. Частота среза очень редко превышает 2500 килогерц. Значение полосы пропускания имеет прямую зависимость от характеристик электронного ключа. Такие изделия не принято использовать в вычислительных приборах.

Электронные потенциометры

Электронным потенциометром называется изделие, необходимое для регулирования электрического тока. Многие модели оборудованы несколькими электронными ключами. Мощные резисторы стоит применять лишь резистивного типа. Чтобы реверсивно управлять аппаратурой, можно использовать практически любую модель изделия. Эти устройства могут выдержать до 12 непрерывных циклов управления. Практически все модели обладают функцией программной выборки. Стоит заметить, что электронные изделия можно использовать для регулирования громкости. Значение линейных искажений подобных устройств не превышает 85 децибел.

Электронные изделия довольно часто применяются в вычислительной аппаратуре, потому что частота среза у них не более 3100 килогерц. Значение полосы пропускания электронного ключа составляет около 4 мк, но он во многом зависит от изготовителя. Многие модели таких потенциометров используются для качественной настройки различных фильтров. Стоит отметить, что это устройство не может осуществлять регулировку коэффициента усиления.

https://youtube.com/watch?v=oJzorId8i08

Непроволочные переменные резисторы.

Непроволочные переменные резисторы обладают токопроводящим слоем, который наносят на подковообразную пластинку из гетинакса или текстолита (резисторы СП, СПЗ-4) или вдавливают в дугообразную канавку керамического основания (резисторы СПО). В проволочном резисторе сопротивление создается с помощью высокоомного провода, который намотан в один слой на кольцеобразном барабане. Чтобы обеспечить надежное соединение между обмоткой и подвижным контактом, производят зачистку провода на глубину не менее четверти его диаметра, а иногда еще и полируют.

Переменные резисторы включаются в электрическую сеть в двух случаях. В первом они используются для регулирования тока в цепи, такой регулируемый резистор еще называют реостатом, в другом случае — для регулирования напряжения, его также называют потенциометром. Чтобы обеспечить регулирование тока в цепи, данный резистор может включаться при помощи двух выводов: от щеточного контакта и одного из концов токопроводящего элемента, что не является допустимым. Если в процессе регулирования случайно нарушится соединение щеточного контакта с токопроводящим элементом, то электрическая цепь окажется разомкнутой, что может привести к повреждению прибора.

Этого можно избежать, если соединить вывод токопроводящего элемента с выводом щеточного контакта. В данном случае, если и произойдет нарушение соединения, это не разомкнет электрическую цепь.

Промышленностью выпускаются следующие непроволочные переменные резисторы:

— Б — с логарифмической;

— В — с обратно-логарифмической зависимостью сопротивления, которое возникает между правым и средним выводами от угла поворота оси.

Наиболее востребованными являются резисторы группы А, их используют в радиотехнике, на схемах обычно не указывается характеристика изменения их сопротивления. В переменных резисторах нелинейных (логарифмических), на схеме указано символ резистора, который перечеркнут знаком нелинейного регулирования, а внизу помещают соответствующую математическую формулу закона изменения.

Резисторы групп Б и В отличаются от резисторов группы А своим токопроводящим элементом: на подковку таких резисторов наносится токопроводящий слой, который обладает удельным сопротивлением, которое меняется по длине. Проволочные резисторы имеют соответствующую форму каркаса, в них длина витка высокоомного провода меняется по соответствующему закону.

Проволочные переменные резисторы

В проволочных переменных резисторах (рис. 13) сопротивление создается высокоомным проводом, намотанным в один слой на кольцеобразном каркасе, по ребру которого перемещается подвижный контакт. Для получения надежного контакта между щеткой и обмоткой контактная дорожка зачищается, полируется, или шлифуется на глубину до 0,25d.

Рис. 13 — Устройство проволочного переменного резистора

Устройство и материал каркаса определяется исходя из класса точности и закона изменения сопротивления резистора . Каркасы изготавливают из пластины, которую после намотки провода сворачивают в кольцо, или же берут готовое кольцо, на которое укладывают обмотку.

Для резисторов с точностью, не превышающей 10…15%, каркасы изготавливают из пластины, которую после намотки провода сворачивают в кольцо. Материалом для каркаса служат изоляционные материалы, такие как гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, или металл – алюминий, латунь и т.п. Такие каркасы просты в изготовлении, но не обеспечивают точных геометрических размеров.

Каркасы из готового кольца изготавливают с высокой точностью и применяют в основном для изготовления переменных резисторов. Материалом для них служит пластмасса, керамика или металл, но недостатком таких каркасов является сложность выполнения обмотки, так как для ее намотки требуется специальное оборудование.

Обмотку выполняют проводами из сплавов с высоким удельным электрическим сопротивлением, например, константан, нихром или манганин в эмалевой изоляции. Для переменных резисторов применяют провода из специальных сплавов на основе благородных металлов, обладающих пониженной окисляемостью и высокой износостойкостью. Диаметр провода определяют исходя из допустимой плотности тока.

Резистор переменного тока.

Переменные резисторы осуществляют изменение сопротивления в процессе функционирования аппаратуры. Сопротивление резисторов меняется при разовой или периодической регулировке, но его не меняют в процессе функционирования аппаратуры. Они бывают одноэлементными и многоэлементными, с круговым и прямолинейным перемещением подвижного контакта, многооборотными и однооборотными, с выключателем и без него, с упором и без, с фиксацией и без фиксации подвижной системы, с наличием дополнительных отводов и без них.

Переменный резистор имеет как минимум три вывода: от концов токопроводящего элемента и щеточного контакта, по которым может перемещаться ток. Чтобы уменьшить размеры и упростить конструкцию, токопроводящий элемент выполняют в виде незамкнутого кольца, при этом щеточный контакт закрепляется на валике, при этом его ось проходит через центр. Во время вращения валика контакт меняет свое положение на поверхности токопроводящего элемента, вызывая изменение результатов сопротивления между ним и крайними выводами.

Модификации

Точнее узнать, потенциометр, что это такое, поможет обзор некоторых моделей устройства. Для начала рассмотрим модификацию Skal. В этой серии особой популярностью пользуются модели под индексом 103, 105, 107.

Краткое описание устройств:

1. Skal 103 – прибор, созданный для корректировки сопротивления в цепи с переменным током. В этом устройстве фигурируют контакты исключительно подвижного вида. Имеется один ключ, пассивный резистор, размещенный возле выводов. Предусмотрена функция программной выборки, реостатный режим отсутствует. Маркировка корпуса – Р20, регулировка потенциометра происходит по уровням.
2. Модель 105 представляет собой автоматический прибор, применяющийся в системах с переменным током. Установлен резистор пассивного типа, ключ расположен возле выводов. Модификация оптимально подходит для вычислительных машин, поскольку имеет высокую частоту среза, параметр линейных искажений равен 56 дБ.
3. Вариант 107. Данное устройство обладает уровневой частотой 2400 кГц, резистивным ключом, пассивными резисторами, находящимися в нижнем отсеке корпуса. Его маркировка – РР21, полоса опускания по максимуму составляет 2,3 мк, имеется реостатный режим.

Типы переменных резисторов

Таблица 1

Электроника в пять шагов. Как подобрать резистор?

Добрый день, продолжаем наши публикации после небольшого технического перерыва и начнём с простой задачи

Первоначально, конечно, стоит обратить внимание на то какую роль в данном случае выполняет резистор в схеме. Стоит выделить несколько основных ролей:

1 Ограничение по току

(например мы ограничиваем максимально допустимый выходной ток) Тогда расчёт исходя из того, что максимальный ток, будет в момент максимального напряжения.

Например, Есть источник напряжения в 5 вольт, и мы подключаем нагрузку к ключу Y, получаем следующую схему:

Обратите внимание, что мы условно добавили Rогр., которое в зависимости от задачи будет ограничивать ток в выходной цепи. например есть требование, что максимально допустимый ток коллектора 300 ма (достаточно большой ток для слаботочных схем)

Если мы знаем сопротивление нагрузки, тогда подбираем, сопротивление ограничения, исходя из из того что минимальное Rцепи = 5/0,3 = 16,67 Ом. Rогр=16,67-Rн. Если же R нагрузки не известно, то R ограничения не менее 16,67 Ом. Здесь возникает один нюанс связанный с номиналом. Все мы знаем, что круглых и треугольных кирпичей не бывает, все они имеют форму параллелепипида(прямоугольная форма) так как это стандарт. Аналогично и с сопротивлением, любое значения например в виде числа «ПИ»не бывает, есть набор стандартов, мы его приводим в таблице:

Подстроечные резисторы

Подстроечные резисторы являются разновидностью переменных и служат для разовой и точной настройки радиоэлектронной аппаратуры в процессе ее монтажа, наладки или ремонта. В качестве подстроечных используют как переменные резисторы обычного типа с линейной функциональной характеристикой, ось которых выполнена «под шлиц» и снабжена стопорным устройством, так и резисторы специальной конструкции с повышенной точностью установки величины сопротивления.

Рис. 14 — Подстроечные резисторы

В основной своей массе подстроечные резисторы специальной конструкции изготавливают прямоугольной формы с плоским или кольцевым резистивным элементом. Резисторы с плоским резистивным элементом (рис. 15,а) имеют поступательное перемещение контактной щетки, осуществляемое микрометрическим винтом. У резисторов с кольцевым резистивным элементом (рис. 15,б) перемещение контактной щетки осуществляется червячной передачей.

Рис. 15 — Подстроечные резисторы специальной конструкции (многооборотные)

При больших нагрузках используются открытые цилиндрические конструкции резисторов, например, ПЭВР.

Рис. 16 — Мощный подстроечный резистор типа ПЭВР

На принципиальных схемах подстроечные резисторы обозначаются также как и переменные, только вместо знака регулирования используется знак подстроечного регулирования.

Рис. 17 — Условное графическое обозначение подстроечного резистора