Сопротивление в движении: что нужно знать о переменных резисторах
Регулировка громкости звуковой системы, фиксация положения пальца на сенсорном экране и определение появления в автомобиле человека – вот всего лишь несколько примеров использования переменных резисторов в повседневной жизни. Возможность изменять сопротивление – это возможность взаимодействовать, поэтому переменные резисторы можно найти во множестве вещей. (Всё, что необходимо знать о постоянных резисторах, описано в предыдущей статье).
Принципы одинаковы, но способов разделения напряжения существует довольно много. Рассмотрим, что лежит в основе верньеров, реостатов, мембранных потенциометров, резистивных сенсорных экранов, а также датчиков изгиба и растяжения.
Потенциометр
Потенциометры, по сути – это делители напряжения. Это метод разделения заданного напряжения на меньшие значения. Согласно схеме, у потенциометра (серый) есть три точки соединения. Средняя – переменная (обозначена стрелкой), и она контактирует с материалом резистора внутри где-то в одной из точек протяжённого резистора.
Напряжение между регулируемой точкой и одной из оставшихся (концов резистора) определяется сопротивлением между ними. Если соединены только две точки, тогда у нас получится переменный резистор, или реостат.
На фото – потенциометр с цилиндрической поворотной ручкой. Круглая пластиковая ручка громкости на вашей звуковой системе прячет один из таких потенциометров. Обратите внимание на три контакта, из которых средний соединён с переменной точкой. На фото изображён новый потенциометр. А вот статья о том, как я использовал такое устройство на усилителе, сделанном из банки из-под арахисового масла.
Как меняется сопротивление потенциометра
У потенциометров может быть линейный или логарифмический диапазон сопротивления. Линейный означает, что при повороте ручки сопротивление меняется линейно. Если повернуть её на четверть, сопротивление изменится на четверть.
Но если так будет с ручкой громкости, нашим ушам покажется, что громкость растёт слишком быстро; так происходит из-за особенностей восприятия звуков мозгом. Поэтому для ручки громкости лучше использовать потенциометр, чьё сопротивление меняется логарифмически. На графике показано, как меняется громкость при повороте ручки, как для линейного, так и для логарифмического потенциометра. Некоторые потенциометры обеспечивают лишь псевдо-логарифмический рост, и они дешевле тех, что дают настоящий логарифм. Они состоят из двух линейных частей, встречающихся на 50% поворота. Их работа также отражена на графике.
Логарифмическое поведение достигается изменением формы резистивного элемента – его ширина меняется по всей длине. Поэтому потенциометры часто делят на линейно сужающиеся и логарифмически сужающиеся.
Ещё одна разновидность потенциометра – подстроечное сопротивление, или триммер. Они меньше размером, и используются на электронных платах. Подстраиваются одни обычно один раз, или очень редко – только для калибровки схемы.
Триммеры
Эквалайзер
Не все потенциометры работают с вращением. Они могут быть сделаны и в форме ползунов, как на фото с эквалайзером. Такие ползуны подвержены попаданию грязи, нарушающей их работу – именно такая проблема появилась у клавиатуры на фото (это моя клавиатура, и её ползуны действительно трудно передвигать).
Реостат
Как я уже упомянул, при подсоединении только двух контактов потенциометр часто называют реостатом. Реостаты обычно используются для больших токов, и, конечно же, не только для регулировки громкости.
Чтобы работать с большими токами, они обычно делаются при помощи провода, намотанного на изолированный сердечник, по которому ходит скользящий контакт. Вспомним символ потенциометра, у которого использовано три контакта. Поскольку здесь мы подключаем два контакта, мы используем другой символ; сопротивление со стрелочкой (не подсоединённой) поперёк. На изображении ниже вы можете видеть два варианта этого символа – по стандартам IEEE и IEC.
Мембранный потенциометр
Мембранный потенциометр состоит из гибкой диэлектрической, часто прозрачной мембраны с присоединённой снизу полоской сопротивления.
Ниже её находится основание, на поверхности которого нанесена токопроводящая дорожка. Когда палец, или другой объект прикасается к мембране, полоска устанавливает контакт с дорожкой. В результате на контактах полоски появляется напряжение. Оно зависит от того, в каком месте полоска соприкоснулась с дорожкой. Схема тут та же, что и самая первая схема на странице для потенциометра.
Сопротивление мембранного потенциометра SoftPot с сайта Sparkfun меняется линейно от 100 Ом до 10 кОм с номинальной мощностью в 1 Вт.
В случае, когда контакт не постоянен (например, он возникает только при нажатии пальцем), в схеме необходим подтягивающий резистор (к примеру, 100 кОм). Но у некоторых мембранных потенциометров есть магнит или скользящий контакт, всегда давящий на мембрану и поддерживающий постоянный контакт.
Резистивный сенсорный экран
Резистивный сенсорный экран похож на мембранный потенциометр, только резистивный материал есть на обоих его слоях, причём материал прозрачный. Передняя мембрана гибкая и также прозрачная, так что палец или стилус может надавить на неё и создать контакт. Технология использовалась в некоторых дешёвых карманных компьютерах или детских игрушках. Она всё ещё применяется, но революция смартфонов произошла благодаря ёмкостным экранам, не требующим гибкой мембраны.
Для 4-проводного резистивного сенсорного экрана напряжение подаётся на верхний слой, а результат считывается с нижнего, и таким образом считывается координата X. Затем всё происходит наоборот и получается координата Y. Всё это происходит за миллисекунды, и опрос экрана проводится непрерывно.
Все подсчёты ведутся вспомогательным контроллером. Резистивные экраны не такие отзывчивые, как ёмкостные, и для высокой точности обычно требуется стилус. Используются в очень дешёвых смартфонах.
Датчик давления
Датчики давления состоят из токопроводящего полимера, в котором есть проводящие и непроводящие частицы. Он расположен между двумя проводниками, переплетёнными, но не соединёнными. Прижимание полимера к проводникам создаёт контакт. Увеличение силы или площади нажатия увеличивает проводимость и уменьшает сопротивление. Без нажатия сопротивление конструкции может быть более 1 МОм, а точность обычно составляет около 10%. Этого достаточно для использования в музыкальных инструментах, протезах, датчиках наличия человека в машине и портативной электроники.
Гибкие и растяжимые датчики
Гибкий датчик – это резистивный материал, например, углерод, нанесённый на гибкую мембрану. При изгибании датчика материал растягивается и сопротивление увеличивается пропорционально радиусу изгиба. Судя по одной из спецификаций, сопротивление плоского датчика в 10 кОм может удваиваться при сгибании его на 180 градусов, когда оба конца соединяются. Распространённый пример – пальцы в игровых перчатках, такие, как в контроллере Nintendo Power Glove (в одном из проектов его хакнули для управления квадрокоптером). Сгибание пальцев приводит к изменению сопротивления, показывающему степень сгиба.
Датчик растяжения работает по тому же принципу, только его сопротивление увеличивается при растяжении. Резиновый шнур с углеродом выглядит, как шнур для банджи. Судя по одному примеру с Adafruit, 6-дюймовый шнурок сопротивлением 2,1 кОм при растяжении до 10″ меняет сопротивление до 3,5 кОм. Ещё один пример – проводящая нить из стальных волокон, смешанных с полиэстером, а ещё бывают датчики в виде резинок или ремней.
Как отличить потенциометр от реостата
Есть два основных типа включения переменного резистора. На всякий случай уточним, что переменный резистор — это проще говоря два последовательно соединенных резистора. У переменного резистора три контакта. Центральный контакт, как правило, позволяет изменять их общее сопротивление.
Переменный резистор как реостат
С помощью реостата можно изменить общее сопротивление цепи, и тем самым ограничить протекаемый ток. Он подключается последовательно.
То есть, эту схему можно представить как два обычных соединенных последовательно резистора. Манипулируя сопротивлением резисторов можно либо уменьшить протекаемый ток по цепи, либо увеличить его.
Переменный резистор как потенциометр
Потенциометр — это тот же самый делитель напряжения.
Делитель напряжения обычно состоит из двух и более последовательно соединенных резисторов, которые позволяют получить нужное напряжение для нагрузки. И вся эта цепочка подключается параллельно источнику.
Многие по умолчанию называют переменный резистор потенциометром, поскольку именно в таком режиме он часто работает.
Грубо говоря, потенциометр позволяет делить (регулировать) напряжение, а реостат изменять силу тока в цепи. Соответственно, если переменный резистор подключается последовательно — то это реостат, а если параллельно — то потенциометр.
Изучаем переменный резистор
Назначение обычных резисторов, которые ранее назывались сопротивлениями (что следует из значения слова resisto), — оказывать сопротивление протекающему через них электротоку. Отсюда и конструкция первых резисторов (если не считаться с низкоомными проволочными элементами) — проводящий материал (сажа или графит) смешивался с непроводящим органическим материалом, а дальше эта смесь оформлялась в виде объемной массы либо наносилась в виде пленки на изоляционное основание. Чем больше было в массе непроводящего материала и меньше проводящего, тем выше было сопротивление резистора электротоку.
История изобретения
Когда по ходу проведения опытов по электричеству или при эксплуатации электро- и радиоприборов возникла необходимость в резисторах, сопротивление которых электротоку требовалось оперативно менять, появился реостат. Данное устройство представляло собой обмотку из проволоки с высоким удельным сопротивлением, по которой двигался токопроводящий ползунок.
Сопротивление реостата зависело от положения ползунка и изменялось от нулевого до полного сопротивления обмотки. Изобретен реостат был в 1842 году немецким физиком Иоганном Христианом Поггендорфом.
В эпоху первых ламповых радиоприемников и радиостанций реостатами поддерживалось постоянным напряжение накала электронных ламп по мере разряда батарей накала. Радиолюбители изготавливали их самостоятельно.
Для регулировки громкости в радиоприемниках требовались высокоомные переменные резисторы. Их изготавливали по принципу композиционных радиоэлементов — проводящий материал наносился на изолирующую подложку в форме вытянутого прямоугольника или подковообразной диэлектрической пластины, по которому скользила пружинистая дужка из проводящего материала (токоотвод), связанная с механизмом регулировки. Введенное в схему сопротивление зависело от положения дужки и также изменялось от близкого к 0 до максимального.
Точный смысл наименования «переменный резистор» предполагает, что элемент имеет 2 вывода (один от проводящего материала, другой от ползунка), но ничто не мешало снабдить переменный резистор 3 выводами — от обоих концов проводящего материала и ползунка. Сопротивление между концами проводящего материала оставалось неизменным, а в схему можно было вводить сопротивление между ползунком и любым из концов проводящего материала, что расширяло возможности регулировки.
Переменный резистор с 3 выводами получил название «потенциометр». Изобретен он в 1843 году британским физиком Чарльзом Уитстоном (для применения в известном мосту Уитстона). Название «потенциометр» достаточно неудачное. Как правило, в словах окончание «метр» (амперметр, вольтметр, спидометр, термометр) означает «измеряю». Но потенциометр не измеряет потенциал (или разность потенциалов — электронапряжение). Данный элемент делит электронапряжение в отношении, задаваемом положением движка.
Именно это свойство потенциометра позволяет пользоваться им для регулирования громкости звуковоспроизводящего устройства, изменяя напряжение звукового сигнала на входе усилителя. Два крайних вывода потенциометра подключаются к источнику электротока, а регулируемое электронапряжение снимается с движка.
Типы функциональных характеристик
Что такое функциональная характеристика потенциометров или переменных резисторов — это зависимость присутствующего в схеме сопротивления от положения движка линейного потенциометра или угла поворота кругового. При равномерной плотности токопроводящего материала на подложке потенциометра данная зависимость будет линейной. Это удобно для регулировки напряжения источника питания или генератора, но оказывается совершенно непригодным при регулировке громкости, что определяется физиологией слухового аппарата человека.
Согласно психофизиологическому закону Вебера-Фехнера, субъективное ощущение громкости прямо пропорционально связано с логарифмом интенсивности звука. Оттого при использовании в радиоприемнике регулятора громкости с линейной характеристикой наблюдается противоречие: громкость при первых оборотах регулятора резко возрастает, но при его дальнейших вращениях изменения громкости становятся неощутимыми.
Для компенсации логарифмической зависимости изменения громкости относительно интенсивности звука характеристика электронапряжения с потенциометра, используемого в регуляторе звука, должна быть обратно-логарифмической.
Все переменные резисторы, выпускаемые для регулировки громкости, обладают функциональной зависимостью под названием тип В. Потенциметры с линейным графиком введенного сопротивления от угла поворота — это устройства типа А. Третий тип зависимости (логарифмический) обозначается, как Б.
Если подключить потенциометры с разными функциональными характеристиками к источнику напряжения 12 Вольт, при среднем положении движка регулятор типа А выдаст электронапряжение 6 В, регулятор типа В — всего около 1 В, а типа Б — все 11 В. При крайних положениях движка все 3 потенциометра выдадут 0 В и 12 В.
Виды потенциометров
На данный момент выпускается огромное разнообразие переменных резисторов. По своему устройству они делятся на проволочные и пленочные, а по функциональному назначению — переменные и подстроечные.
Существуют потенциометры с промежуточными ответвлениями — одним, двумя или тремя. Они применяются в схемах тонкомпенсированной регулировки громкости, что связано с частотной зависимостью чувствительности слуха. Другое назначение отводов — создание регуляторов с отличными от стандартных А, Б, В функциональными характеристиками.
Для особых целей, когда требуется согласованное изменение электрического сопротивления в 2 цепях, выпускаются сдвоенные потенциометры, снабженные единой осью, но двумя резистивными дорожками с собственными выводами и ползунками. Необходимы такие типы переменных резисторов, например, для одновременной регулировки громкости двух каналов стереофонического усилителя и в полосовых фильтрах либо частотно-задающих цепях генераторов частоты на основе моста Вина.
К разновидности сдвоенных потенциометров относятся и те элементы, которые имеют раздельную регулировку параметров. Их называют соосными. У них тонкий вал одного потенциометра проходит через полый вал другого, каждый вал снабжен своей ручкой.
Существуют поворотные переменные резисторы с переключателем, служащим для включения и выключения устройства, что позволяет уменьшить количество органов управления на его панели.
Специальные потенциометры и подстроечные
Для целей дистанционной регулировки выпускаются резисторы, управляемые не механическим действием, а электронным способом. Их называют цифровыми потенциометрами. Более современными типами являются интегральные схемы, объединяющие до 100 соединенных последовательно постоянных резисторов, переключаемых полевыми транзисторами.
Угол поворота оси потенциометра обычно находится в пределах 270 или 320 градусов. Элементы с малым углом поворота используются в джойстиках.
Особым типом являются многооборотные или спиральные потенциометры, в которых проводящий элемент имеет вид спирали на изоляционном корпусе. Эти резисторы применяются для подстройки частоты в приемниках или передатчиках. Настройка осуществляется при повороте ручки на 5, 10 или даже 40 оборотов.
Существуют еще подстроечные переменные резисторы (триммеры), впаиваемые в печатную плату. Как правило, приборы, снабженные таким переменным сопротивлением, настраиваются под требуемые характеристики на заводе-изготовителе. Триммеры обычно выпускаются типа А, снабжены шлицом и регулируются посредством отвертки, после чего положение фиксируется лаком.
Основные характеристики переменных резисторов
Потенциометры, как и любые другие радиотехнические элементы, имеют собственные электрические и физические характеристики. К основным относят:
Номинальное сопротивление переменных резисторов выбирается из шести стандартных рядов — Е3, Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192.
Указывается номинальное сопротивление на корпусе с помощью буквенно-числового кода. Например, М15 означает 0.15 МОм, а 15k — 15 кОм и т. п.
Сопротивление переменного резистора зависит от температуры, поэтому учитывается ТКС — температурный коэффициент сопротивления. Данная характеристика отображает относительное изменение сопротивления на каждый градус изменения температуры. Обычно ТКС составляет величину порядка ±1000×10 -6 1/°C, а при особых требованиях от ±1×10 -6 1/°C до ±100×10 -6 1/°C.
Чтобы избежать перегрева переменного резистора в силовых электроцепях, рассеиваемая на нем мощность не должна превышать номинальную мощность.
Все характеристики потенциометров приводятся в соответствующих справочниках.
Обозначение и маркировка
На схеме переменные резисторы обозначаются таким же прямоугольником, как и постоянные, но с указанием дополнительного вывода. Данный вывод может изображаться двумя взаимоперпендикулярными линиями или линией со стрелкой. Последний вариант — это обозначение для регулируемого переменного резистора.
По ГОСТ 11.074.009-78 принята маркировка для переменных резисторов буквами РП. За ними идут цифры 1 или 2. Этими цифрами обозначается вариант конструктивного исполнения: 1 — непроволочный резистор, 2 — проволочный. Через тире указывается регистрационный номер разработки. Расшифровка остальных буквенно-цифровых меток представлена на рисунке ниже.
Многие зарубежные производители используют кодовую маркировку резисторов. В этом случае номинал зашифровывается первыми двумя цифрами, а множитель, определяющий положение запятой десятичного знака, — буквой. Чтобы определить номинал радиоэлемента с кодовой маркировкой понадобится справочник, в частности таблица с расшифровкой кода по цифрам и буквам.
Распиновка переменных резисторов и их проверка
Распиновка (расположение выводов), а также схема подключения переменного резистора отображены на рисунке ниже.
Проверка резисторов переменного сопротивления осуществляется по такому же принципу, что и постоянного. Обычно она выполняется мультиметром. Положение его щупов произвольное, поскольку полярность подаваемого тестового электронапряжения не имеет значения.
Перед тем как проверить резистор, следует выбрать диапазон измерений. Поскольку основной проблемой потенциометров является ухудшение со временем контакта между движком и токопроводящим элементом, то необходимо проверить работоспособность элемента. Установив мультиметр в режим омметра, его щупами следует прикоснуться к центральному выводу потенциометра и к одному из крайних. Далее медленно вращая ось резистора, надо наблюдать за показаниями прибора. Если деталь исправна, то показания будут изменяться без скачков, то есть, плавно. Проверку следует повторить для второго крайнего вывода.
Чтобы узнать значение минимального сопротивления, бегунок потенциометра надо выставить в нулевое положение. Щупы мультиметра необходимо подсоединить к крайнему левому и среднему выводам. Полученные значения сравниваются с заявленным диапазоном номиналов. Они могут отклоняться в меньшую или большую сторону, но должны находиться в рамках допуска. При измерении максимального сопротивления щупы следует подключить к крайним выводам.
Включение в цепь переменного тока
Обычный реостат, представляющий собой обмотку из высокоомного провода, по определению обладает активным сопротивлением, обусловленным омическим сопротивлением, а также реактивным, связанным с индуктивностью обмотки. При постоянном электротоке и низких частотах индуктивность никакого влияния на сопротивление не оказывает, но с ростом частоты переменного электротока это влияние возрастает.
Обычный потенциометр имеет некоторую емкость (паразитную) между выводами, что также меняет характер его полного сопротивления на высоких частотах. Как правило, частотные свойства переменных резисторов в их характеристиках не приводятся. Большинство из них рассчитаны на работу в низкочастотных цепях. Поэтому резистор в цепи переменного тока ведет себя согласно своим паразитным емкости и индуктивности.
В зависимости от того как подключить переменный резистор к цепи, он будет играть роль реостата или потенциометра. В первом варианте устройство изменяет силу электротока, во втором — электронапряжение. Чтобы получить реостат, задействуют один из крайних выводов и подвижный контакт. Как потенциометр резистор работает при подключении всех контактов, представляя собой делитель электронапряжения.
Выбор резистора на основе расчетов
Выстраивая цепь переменного тока с регулируемым резистором, необходимо учитывать его основные характеристики, а именно — сопротивление и мощность рассеивания. Сначала, подбирая резистор, надо узнать величину переменного сопротивления. Для этого используем закон Ома: I = U/R. Далее следует рассчитать мощность по формуле P = UI.
Как пример рассмотрим такую задачу: подобрать резистор для регулировки электронапряжения от 0 до 30 В в цепи с силой электротока 50 мА:
- Находим сопротивление — 30/0.05 = 600 Ом.
- Значение мощности — 30×0.05 = 1.5 Вт.
Следовательно, нам нужен потенциометр 600 Ом, мощность которого 1.5 Вт, но так мы получим оптимальные значения, на практике нужно выбирать потенциометр с запасом по некоторым характеристикам.
Подключение к электроцепи переменного резистора позволяет изменять ее параметры непосредственно в ходе работы. Поэтому он применяется в электроприборах разного назначения. С помощью переменного сопротивления можно регулировать звук, частоту, яркость света. Одним словом, принцип работы этого радиоэлемента используют в тех устройствах, которые позволяют изменять настройки с помощью бегунков или вращения рукояток.
Переменный резистор и потенциометр в чем разница
Тел: (812) 327-96-60 , (812) 387-55-06
Факс: (812) 327-96-60
e-mail: reom@reom.ru
Все электронные компоненты делятся на два класса активные и пассивные. К классу пассивных относятся резисторы.
Резисторы относятся к наиболее распространенным деталям радиоэлектронной аппаратуры. На их долю приходится от 20 до 45%, т. е. почти до половины общего количества радиодеталей в устройстве. Напомним основные теоретические положения.
Принцип работы резистора.
Принцип работы резисторов основан на использовании свойства материалов оказывать сопротивление протекающему току. Функция резисторов — это регулирование и распределение электрической энергии между цепями и элементами схем.
В зависимости от выполняемых функций различают:
- резисторы постоянные, с фиксированной при изготовлении величиной сопротивления,
- и переменные резисторы, величина сопротивления которых может быть изменена путем перемещения подвижного контакта.
Известны два способа включения переменных резисторов в схему: потенциометрический и реостатный.
Под «потенциометром » понимают переменный резистор, предназначенный для работы в потенциометрической схеме.
На практике широкое распространение получили оба способа, используемые в равной мере. Производитель и поставщик электронных компонентов заранее не может знать, в какой именно схеме будет использоваться его изделие.
Напомним, что термин «потенциометр», имеет два совершенно различные значения:
1. электроизмерительный компенсатор, прибор для определения ЭДС или напряжений компенсационным методом измерений.
С использованием мер сопротивления потенциометр может применяться для измерения тока, мощности и др. электрических величин, а с использованием соответствующих измерительных преобразователей — для измерения различных неэлектрических величин: температуры, давления, состава газов ( со-потенциометр обратной связи представляет собой резистивный делитель напряжения, с включенными последовательно резистором и потенциометром между входным контактом контроллера и заземлением), плотности.
Различают потенциометры постоянного и переменного тока.
В потенциометре постоянного тока измеряемое напряжение сравнивается с эдс нормального элемента. Поскольку в момент компенсации ток в цепи измеряемого напряжения равен нулю, измерения производятся без отбора мощности от объекта измерения. Точность измерений при помощи таких потенциометров достигает 0,01%, а иногда и выше.
В электронных автоматических потенциометрах, как постоянного, так и переменного тока измерения напряжения выполняются автоматически; при этом компенсация измеряемого напряжения осуществляется посредством исполнительного механизма (электродвигателя), перемещающего соответствующие движки на сопротивлениях (реохордах) потенциометра.
Исполнительный механизм управляется напряжением небаланса (разбаланса) — разностью между компенсируемым и компенсирующим напряжениями.
Результаты измерений в электронных автоматических потенциометрах выводятся в цифровой форме, что позволяет вводить полученные данные непосредственно в ЭВМ. Помимо измерений, электронные автоматические потенциометры могут выполнять функции регулирования параметров производственных процессов.
В этом случае движок реохорда устанавливают в определённое положение, задающее, например, требуемую температуру объекта регулирования, а напряжение небаланса потенциометры подают на исполнительный механизм, соответственно увеличивающий (уменьшающий) электрический нагрев или регулирующий поступление горючего.
Цифровые потенциометры являются надежной альтернативой механическим потенциометрам и превосходят их по прочности конструкции, точности разрешения, низкому уровню шумов, а также по возможности дистанционного управления.
Конструктивно потенциометры выполнены в виде цепи последовательно соединенных резисторов с управлением токосъема посредством внешнего интерфейса. Выпускаются устройства с линейной или логарифмической зависимостью сопротивления от положения движка. Также, в корпусе микросхемы может быть интегрировано до шести цифровых потенциометров.
2. Делитель напряжения с плавным регулированием сопротивления, устройство (в простейшем случае в виде проводника с большим омическим сопротивлением, снабженного скользящим контактом), при помощи которого на вход электрической цепи может быть подана часть данного напряжения.
Такие делители напряжения применяются в радиотехнике и электротехнике, в аналоговой вычислительной и в измерительной технике, а также в системах автоматики, например в качестве датчиков линейных и угловых перемещений.
Мы используем второе значение термина «потенциометр».
Очень часто вместо термина «потенциометр» используют термин «переменный резистор». Однозначного подхода к использованию терминов нет.
Так ряд производителей в кодировке своих изделий потенциометров используют термин «переменный резистор» и первые символы кода представляют как «RV» от слов «Resisror variable «, но в технической документации (спецификации, чертежах описании и т. д. ) используют термин «потенциометр».
Переменный резистор как регулируемый делитель является универсальным изделием для различных приложений.
Основные принципы работы переменного резистора.
При помощи подвижного ползунка некоторый потенциал снимается с элемента сопротивления, имеющего определенное общее напряжение. Следуя этому принципу деления напряжения переменный резистор может использоваться как источник стандартных значений и как датчик позиций. Допустимое напряжение зависит от размера и общего сопротивления.
Элементы сопротивления переменного резистора
Различают следующие элементы сопротивления:
а) Проволока как элемент сопротивления — это очень традиционное исполнение.
В зависимости от значения общего сопротивления используются различные металлические легирующие элементы. Преимущества проволоки, как элемента сопротивления: возможны малые допуски на линейность, на сопротивление и на температурный коэффициент.
Сопротивления общего назначения могут изготавливаться малыми сериями. При этом переменные резисторы отличают прекрасные электрические данные, низкие затраты на изготовление, высокая гибкость.
Недостатками являются низкая разрешающая способность из-за перехода с витка на виток, относительно невысокий срок эксплуатации из-за стирания, высокий электрический уровень шума связанный с износом, малая пригодность при ударных и вибрационных нагрузках и высокой скорости перестановки.
б) Элементы сопротивления гибридной техники.
Эта техника предлагается на рынке лишь немногими изготовителями. Она представлена промежуточным решением между проволокой и проводящими искусственными материалами, как элементами сопротивления. Витки проволоки заполняются в специальном процессе в толстослойной массе и весь элемент покрывается этой пастой.
в) Проводящие искусственные материалы как элементы сопротивления.
Эта современная технология используется прежде всего в современных одновитковых переменных резисторах, и при этом может быть достигнут очень высокий срок их эксплуатации.
Преимущества этой техники: очень высокий срок эксплуатации, практически бесконечная разрешающая способность, высокая устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам, высокое число оборотов.
Однако, малые допуски при этом реализовать достаточно трудно, отсюда дороговизна изделий. Плохой температурный коэффициент делает их пригодными только для потенциометров с <360° p=»»>
Механический угол поворота потенциометра
Очень часто и особенно рукой тяжело установить точное желаемое значение, так как это требует точного позиционирования оси переменного резистора, соединенной с ползунком на высокоразрешающем элементе сопротивления. Поэтому различают:
а) Многооборотный переменный резистор.
Примером таких резисторов являются СП5-35. Много лет уже широко известен прецизионный резистор на 10 механических оборотов, то есть с механическим углом поворота до 360°. Исполнение в проволочной гибридной технике может быть приобретено за очень низкую цену.
Из-за очень больших количеств таких переменных резисторов выпускаемых в мире они используются как точные регулировщики напряжения на передних платах измерительных, управляющих и регулирующих приборов. Чем больше механический угол поворота, и тем самым механическое число поворотов, тем выше точность установки.
б) Переменный резистор с одним механическим оборотом (угол поворота 360°)
Этот вид часто используется как аналоговый датчик угла поворота. Для многих применений вполне достаточно одного поворота для всего интервала сопротивления, особенно если весь интервал сопротивления должен быстро выставляться.
Механические виды — наиболее часто используемыми видами являются:
а) Крепления в одной точке
Такие крепления часто используются в сочетании с регуляторами ручного управления или при малых скоростях установки.
Прецизионные резисторы с одноточечным креплением почти всегда оснащены прецизионным подшипником скольжения в нарезной втулке. Поэтому оно рекомендуется только для медленной скорости установки без радиальных и аксиальных нагрузок на ось резистора. Эти переменные резисторы экономически более выгодны, чем соответствующие им резисторы с сервофланцем или с шарикоподшипником.
б) Прецизионный резистор с синхрофланцем (сервофланцем либо шарикоподшипником)
Такие подшипники используются чаще всего в сочетании с моторами и другими элементами привода. Подшипником почти всегда является прецизионный шарикоподшипник, который выдерживает намного более высокое число оборотов, как и более высокие аксиальные и радиальные нагрузки.
При этом монтаж происходит либо с тремя нарезными отверстиями в фланце, либо с тремя, так называемыми, синхронизационными скобами. Такое строение используется в первую очередь для применения потенциометра, как аналогового датчика угла.
Моторные переменные резисторы.
В измерительной, управляющей и регулирующей технике очень часто переменные резисторы используются с приводом от различных моторов.
Существуют различные моторы:
- маленькие моторы постоянного тока (якорь без железа), особенно пригодные для самых низких напряжений разбега,
- миниатюрные шаговые моторы,
- сервомоторы переменного тока.
Все эти моторы могут быть снабжены жесткой передачей с большим числом редуцирований. Основа моторных резисторов включает в себя прежде всего соответствующее сопряжение (а также скользящее сопряжение) как и необходимые детали крепления.
Переменные резисторы характеризуются следующими основными параметрами.
Номинальное значение сопротивления Rном. Измеряется в омах (Ом), килоомах (кОм), мегаомах (мОм). Номинальные значения сопротивлений указывают на корпусе изделия.
Допустимое отклонение действительного сопротивления от его номинального значения. Это отклонение измеряется в процентах, оно нормировано и определяется классом точности.
Номинальное значение мощности рассеивания переменного резистора Rном. Этот параметр измеряется в ваттах (Вт). Это наибольшая мощность постоянного или переменного тока, при протекании которого через переменный резистор он может работать длительное время без повреждений.
Мощность Рном, ток I, протекающий через резистор, падение напряжения U на резисторе и его сопротивление r связаны зависимостью: P=UI U=IRВ большинстве устройств радиоэлектронной аппаратуры применяют переменные резисторы с номинальной мощностью рассеивания от 0,05 до 2 Вт.
Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) резистора. Характеризует относительное изменение сопротивления переменного резистора при изменении температуры окружающей среды на 1 °С и выражается в процентах.
В резисторах ТКС незначительный и составляет в среднем десятые доли — единицы процента. Собственные индуктивность и емкость. Определяются габаритными размерами, конструкцией и влияют на частотный диапазон применения резисторов.
Функциональные и конструктивные особенности переменных резисторов.
Таких характеристик несколько. Перечислим их.
Функциональная зависимость (кривая регулирования). Кривая, которая показывает зависимость величины сопротивления между подвижным контактом и одним из неподвижных контактов проводящего элемента от угла поворота. По характеру функциональной зависимости переменные резисторы разделяются на линейные и нелинейные. Характер нелинейной зависимости определяется схемными задачами, для решения которых предназначен резистор. Наиболее распространенные нелинейные зависимости — логарифмические и обратно-логарифмические.
Разрешающая способность.
Важная характеристика переменных резисторов, показывающая, какое наименьшее изменение угла поворота подвижной системы резистора может быть различимо.
Ее характеризуют минимально допустимым изменением сопротивления при весьма малом перемещении подвижного контакта. У непроволочных резисторов разрешающая способность теоретически неограниченна и лимитируется дефектами и неоднородностями проводящего слоя, контактной щетки и величиной переходного контактного сопротивления.
Шумы вращения.
При вращении подвижной системы резистора, помимо тепловых и токовых шумов на выходное напряжение, зависящее от угла поворота, накладывается еще одна составляющая — напряжение шумов вращения. Их уровень значительно превышает тепловые и токовые шумы в резисторе и достигает 30 –40 дБ. Шумы вращения особенно характерны для непроволочных потенциометров.
Источниками шумов вращения могут быть: шумы переходного сопротивления, возникающие в результате появления контактной разности потенциалов между щеткой и резистивным элементом; термоэлектродвижущая сила, возникающая от нагрева проводящего элемента при быстром вращении подвижной системы.