基礎(chǔ)電子學(xué)系列09 – 可變電阻器

在之前的文章中，我們討論了各種類型的固定電阻器、 為給定電路選擇電阻器類型，以及確定固定電阻器的值、公差和額定功率?，F(xiàn)在讓我們談?wù)効勺冸娮杵鳌?/span>

可變電阻器的阻值可以手動(dòng)或數(shù)字調(diào)節(jié)?？勺冸娮杵魈峁┮幌盗须娮瓒皇枪潭娮瑁梢酝ㄟ^(guò)線性或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制，否則以數(shù)字方式進(jìn)行控制。與通常具有 5% 公差的固定電阻器相比，可變電阻器通常具有大約 20% 的公差，這意味著可變電阻器提供的電阻范圍通常是額定電阻范圍的 1.2 倍。

用于改變分壓的可變電阻器稱為電位器。小型電位器稱為微調(diào)電位器或微調(diào)電位器。以數(shù)字方式而不是通過(guò)機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)改變電阻的電位器稱為數(shù)字電位器。用于改變電阻以控制電路中電流的可變電阻器稱為變阻器?？勺冸娮杵饔兴姆N主要類型：

1) 電位器

2) Trimpot

3) 數(shù)字電位器

4) 變阻器

電位計(jì)——也稱為“pot”——是最常見的可變電阻器類型。電位器一般是一種三端器件，可以手動(dòng)調(diào)節(jié)阻值。它在第一個(gè)和第三個(gè)端子之間有一條電阻軌道。第二端子保持連接到接觸第一和第三端子之間的電阻跡線的接觸器。擦拭器可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)來(lái)移動(dòng)。通過(guò)這種方式，電位器實(shí)際上創(chuàng)建了一個(gè)分壓器網(wǎng)絡(luò)，其中可以調(diào)節(jié)第一端與第二端和第二端與第三端之間的電阻比，從而調(diào)節(jié)第二端的輸出電壓。因此，電位器可以看作是兩個(gè)串聯(lián)連接的電阻，連接到終端和可以手動(dòng)調(diào)節(jié)電阻比的結(jié)點(diǎn)。

電位器的IEC標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)

抽頭進(jìn)入電阻路徑時(shí)可調(diào)端的電阻稱為合上電阻。抽頭退出電阻路徑時(shí)可調(diào)端子處的電阻稱為Hop-off 電阻。跳上和跳下電阻之間的差異是電位器的總電阻。電位器電阻比可能發(fā)生的最小變化稱為它的分辨率。電位器的分辨率通常通過(guò)增加游標(biāo)與電阻路徑的接觸點(diǎn)數(shù)量來(lái)提高。電位器的機(jī)械位置與阻值比之間的關(guān)系稱為電位器錐度。

電位器錐度可以是線性的或?qū)?shù)的。在線性錐度中，電阻比值相對(duì)于游標(biāo)位置呈線性變化。因此，如果游標(biāo)位于線性錐度電位器電阻軌道的中心，則輸出電壓為施加電壓的一半。線性錐度通常用作測(cè)量距離或角度的傳感器。在對(duì)數(shù)錐度中，電阻比相對(duì)于滑動(dòng)端位置呈對(duì)數(shù)標(biāo)度非線性變化。實(shí)際上，在對(duì)數(shù)電位器中，電阻比的變化呈指數(shù)變化。對(duì)數(shù)錐形通常用于音頻電路中的音量控制。這就是為什么它也被稱為Audio Taper 的原因。

電位器結(jié)構(gòu)中使用的電阻元件可以是碳成分、陶瓷成分、金屬薄膜、導(dǎo)電塑料或繞線?；谔汲煞值碾娢黄魇亲畛Ｒ姷?。這些電位器是通過(guò)在陶瓷基板上模制碳成分混合物而構(gòu)建的?；谔汲煞值碾娢黄骶哂信c碳成分固定電阻器相同的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。為了獲得更好的穩(wěn)定性和溫度耐受性，可以使用基于金屬陶瓷的電位器。然而，基于金屬陶瓷的電位計(jì)價(jià)格昂貴且使用壽命短。也有保證長(zhǎng)壽命的金屬陶瓷罐，但價(jià)格更高。

為了延長(zhǎng)使用壽命，基于導(dǎo)電塑料的電位器符合要求。這些電位器具有高分辨率、低噪音、操作平穩(wěn)并且可以調(diào)整數(shù)百萬(wàn)次。這些電位器具有最好的分辨率。對(duì)于大功率和高精度應(yīng)用，線繞電位器是最合適的。然而，線繞電位器的操作不便且分辨率有限。由于繞線匝數(shù)的離散，線繞電阻器的分辨率通常為離散值。

電位計(jì)有多種設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)。它們主要分為以下兩種類型：旋轉(zhuǎn)電位器和線性電位器。

• 旋轉(zhuǎn)電位器——在旋轉(zhuǎn)電位器中，滑動(dòng)器沿圓形路徑從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置，相隔 270 或 300 度。這些是最常用的電位器，可以具有線性或?qū)?shù)錐度。旋轉(zhuǎn)電位器有多種結(jié)構(gòu)，如下所示：

1. 單圈電位器——這些是 3 端旋轉(zhuǎn)電位器，單圈旋轉(zhuǎn) 270 或 300 度。這些電位器分辨率有限，最常用。

2. 多圈電位器——這些電位器具有多圈（通常為 5、10 或 20）以獲得高分辨率和精度。在這些罐中，擦拭器沿螺旋阻力軌道或使用蝸輪移動(dòng)。

3. Dual Gang and Stacked Pots——這些電位器有兩個(gè)電位器組合在一個(gè)軸上。這些電位器通常用于需要兩個(gè)電位器但 PCB 空間或尺寸有限的電路中。一般電位器都是單圈電位器，阻值和錐度相同。有兩個(gè)以上幫派的鍋，但很少使用。這樣的盆稱為疊盆。雙電位器常用于高保真放大器和級(jí)聯(lián)放大器級(jí)。

4. 同心電位器——這些是雙聯(lián)電位器，其中每個(gè)電位器由單獨(dú)的同心軸調(diào)節(jié)。這允許獨(dú)立控制兩個(gè)電位器。這些電位器是低音吉他等常用的音響設(shè)備。

5. Servo Pots——這些是可以通過(guò)伺服電機(jī)調(diào)節(jié)的電動(dòng)電位器。

6. Single Switch Push/Pull Pots——這些是帶有內(nèi)置ON/OFF開關(guān)的單圈電位器，可以完全切斷電壓或提供分壓?？梢园聪拢ㄍ疲┗蛱穑ɡ╅_關(guān)。這些電位器以推-推或推-拉配置提供。然而，推-推配置盆很容易磨損。

7. 雙開關(guān)推/拉式電位器——這些是帶有兩個(gè)開/關(guān)開關(guān)的單圈電位器，可以同時(shí)完全切斷兩條線路上的電壓，或者平均調(diào)節(jié)兩條線路上的電壓。這些電位器通常用于電路中相線和中性線連接的短路保護(hù)。

8. 帶抽頭的推/拉電位器——這些是 4 端子單圈電位器，帶有兩個(gè)抽頭端子，其中一個(gè)抽頭（通常是中心抽頭）固定在電阻軌道上。這些電位器已在音頻電路中用于音調(diào)控制。

電位計(jì)示例（圖片來(lái)源：Automation Direct）

• 線性電位器——在線性電位器中，滑動(dòng)器沿線性電阻軌道移動(dòng)。這些電位器也稱為滑塊、推子或滑動(dòng)電位器。線性電位器有多種結(jié)構(gòu)，如下所示：

1. Slide Pots——這些是簡(jiǎn)單的線性電位器，通常由導(dǎo)電塑料制成。這些通常用作音頻電路和系統(tǒng)中的推子或用于距離測(cè)量。

2. 雙滑塊電位器——它們有兩個(gè)電位器，由一個(gè)滑塊控制。這些電位器通常用于音頻電路中的立體聲控制。

3. 多圈滑塊——這些電位器有多圈（通常為 5、10 或 20）以獲得高分辨率和精度。在這些電位器中，擦拭器沿著螺旋形電阻軌道移動(dòng)。

4. 電動(dòng)推子——這些是可以由伺服電機(jī)控制的單滑動(dòng)旋鈕。這些電位器通常用于電阻或電壓的自動(dòng)控制。

電位器的關(guān)鍵性能指標(biāo)
與固定電阻器一樣，電位器也有屬性或關(guān)鍵參數(shù)。與電位器相關(guān)的重要參數(shù)如下：

標(biāo)稱值/阻抗：這是電位器的總電阻。電位器通常在第一和第三端子附近具有恒定電阻。它們的電阻沿電阻路徑變化超過(guò) 5% 至 95%。這稱為電位器的電氣行程。

公差：大多數(shù)電位器有 20% 或更多的公差。此公差適用于電位器提供的電阻范圍，因此更大的公差意味著電位器實(shí)際上提供更寬的電阻范圍。

錐度：電位器可以有線性錐度或?qū)?shù)錐度。線性錐形電位器通常用于距離或角度的測(cè)量。它們也常用于分壓。對(duì)數(shù)錐形電位器常用于音頻電路中。電位器的錐度由其電阻曲線表示。

線性度：線性度是指電位器提供的實(shí)際電阻與其電阻曲線的偏差。這應(yīng)該盡可能低。線性度低的電位器將根據(jù)其電阻曲線非常準(zhǔn)確地提供電阻。因此，它相對(duì)于雨刮器位置的阻力是可以預(yù)測(cè)的。

電位器的標(biāo)準(zhǔn)值
任何值的電位器都是可能的。然而，首選值如 1k、5k、10k、20k、22k、25k、47k、50k 和 100k 的電位計(jì)是最常見的。對(duì)于大多數(shù)常規(guī)電路，10k 鍋就足夠了。

電位器上通常印有總阻值和錐度?？傠娮杩梢杂米址?(10K) 或用于 SMD 電阻器的三位數(shù)字代碼表示。鍋的錐度通常根據(jù)地區(qū)用字符串或指定字符表示如下：

如需研究線性度、阻抗和電阻曲線等其他特性，請(qǐng)參閱制造商的數(shù)據(jù)表。

Trimpots 或 trimmer potentiometers 是小型電位器，用于調(diào)整電阻或電壓、校準(zhǔn)和電路中的調(diào)諧。它們的使用壽命很短，只能調(diào)整幾百次。通過(guò)用螺絲刀旋轉(zhuǎn)旋鈕，將微調(diào)電位器調(diào)整到固定的電阻比，然后在電路中進(jìn)行調(diào)整。由于在校準(zhǔn)或調(diào)整電路時(shí)將它們?cè)O(shè)置為固定電阻比，因此微調(diào)電位器也稱為預(yù)設(shè)。微調(diào)電位器或預(yù)設(shè)具有以下 IEC 標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)：

Trimpot 的 IEC 標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)

微調(diào)電位器通常具有碳成分或陶瓷成分的電阻軌道。微調(diào)電位器可用于通孔和 SMD 安裝。這些可以具有用于調(diào)節(jié)它們的電阻比的旋鈕的頂部或側(cè)面方向。有兩種類型的預(yù)設(shè)：

1) Single Turn Trimpots——這些是帶有單層電阻軌道的三端預(yù)設(shè)。這些是最常用的預(yù)設(shè)，分辨率和精度有限。Single Turn Trimpots 通常采用旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)。

裝飾盆示例（圖片來(lái)源：Bourns, Inc）

2) Multi-Turn Trimpots – Multi-Turn Presets 具有多圈電阻軌道，以獲得更高的分辨率和精度。這些 trimpots 可以有 5 到 25 圈，其中 5、12 和 25 圈的 trimpot 是最常見的。這些微調(diào)電位器采用蝸輪（旋轉(zhuǎn)）或絲杠（線性）結(jié)構(gòu)。線性微調(diào)電位器通常用于高功率應(yīng)用。

數(shù)字電位器是一種集成電路，具有用于改變電阻的內(nèi)置電阻梯。內(nèi)置階梯中的每個(gè)電阻器都會(huì)增加電阻的階躍變化。內(nèi)置游標(biāo)通過(guò)內(nèi)置開關(guān)連接到電阻梯的不同連接點(diǎn)以進(jìn)行調(diào)整或校準(zhǔn)。階梯中電阻的數(shù)量越大，數(shù)字電位器的分辨率就越高。通過(guò)將數(shù)字信號(hào)傳遞到 IC 或通過(guò) I2C 或 SPI 接口傳遞適當(dāng)?shù)臄?shù)字信號(hào)，可以改變滑動(dòng)器位置以及數(shù)字電位器的電阻比。數(shù)字電位器的分辨率取決于控制電位器的位數(shù)。5位、6位、7位、8位、9位和10位數(shù)字電位器的分辨率分別為32、64、128、256、512和1024步。數(shù)字電位器可以在單個(gè) IC 中包含多個(gè)電位器（最多 6 個(gè)通道）。數(shù)字電位器具有以下IEC標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)：

數(shù)字電位器的IEC標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)

許多數(shù)字電位器都帶有內(nèi)置 EEPROM，以記住上次抽頭的位置。不帶 EEPROM 的數(shù)字電位器 IC 通常會(huì)在上電時(shí)將滑動(dòng)器調(diào)整到中心位置。這些電位器具有多種電阻范圍，其中最常見的是 5k、10k、50k 和 100k。這些電位器的公差從 20% 到低至 1%。

數(shù)字電位器示例（圖片來(lái)源：Microchip Technology, Inc.）

大多數(shù)數(shù)字電位器的額定電壓為 5V，通常用于邏輯電路或涉及微控制器或微處理器的電路。這些電位器通常用于代替預(yù)設(shè)電阻器或微調(diào)電位器，以在數(shù)字電路中實(shí)現(xiàn)高精度和高分辨率。有數(shù)百種數(shù)字電位器 IC 可用，如 AD5110、MAX5386、DS1806 等。查看Mouser提供的各種數(shù)字電位器 IC 。

變阻器示例（圖片來(lái)源：Ohmite）

變阻器是通常具有線繞結(jié)構(gòu)的兩端可變電阻器。這些用于控制電路中的電流。某些變阻器可能具有三個(gè)端子，其中只有兩個(gè)端子可用于連接。一個(gè)連接連接到電阻軌道的一端，另一個(gè)連接連接到擦拭器。變阻器過(guò)去常用于電源電路中以控制電流。然而，如今在電力電子應(yīng)用中，大多使用開關(guān)電子設(shè)備代替變阻器。與電位計(jì)一樣，變阻器也有多種結(jié)構(gòu)，其中旋轉(zhuǎn)、線性和 2 端預(yù)置電阻器最為常見。像電位器一樣，它們可以是單圈或多圈類型。還有雙聯(lián)和堆疊式變阻器。變阻器具有以下 IEC 標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)：

變阻器的 IEC 標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)

預(yù)置電阻具有以下IEC標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)：

預(yù)置電阻器的 IEC 標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)

大多數(shù)電位器和微調(diào)電位器都可以連接成變阻器。作為變阻器接線的電位器或微調(diào)器具有以下 IEC 標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)：

作為變阻器接線的電位器的 IEC 標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)

在下一篇文章中，我們將討論非獨(dú)立電阻器。在此之前，這里有一些適合您的“自己動(dòng)手”活動(dòng)。