На что влияет сопротивление потенциометра
Потенциометры. Виды и устройство. Работа и особенности
Потенциометры — это регулируемые делители напряжения, которые предназначены для регулирования напряжения при неизменной величине тока, и выполненные по типу переменного резистора.
Устройство и работа
На выводы резистивного элемента подается напряжение, которое предполагается регулировать. Подвижный контакт является регулирующим элементом, который приводится в действие вращением ручки. От подвижного контакта снимается напряжение, которое может находиться в диапазоне от нуля до наибольшей величины, равной входному напряжению на потенциометр, и зависит от текущей позиции подвижного контакта.
Потенциометр действует по типу переменного резистора, однако выполняет функции делителя напряжения. Его резистивный компонент представляет собой два резистора, которые соединены последовательно. Положение скользящего контакта является определяющим в определении отношения величины сопротивления 1-го резистора ко 2-му.
Наиболее популярным стал переменный однооборотный резистор. Он широко применяется в радиотехнике в качестве регулятора громкости, и в других устройствах. При изготовлении потенциометров применяются разные материалы для изготовления резистора: металлическая пленка, токопроводящий пластик, проволока, металлокерамика, углерод.
Виды и особенности
Потенциометры классифицируются по типу изменения сопротивления, типу корпуса устройства и другим различным признакам, и параметрам.
Основное разделение потенциометров.
По характеру изменения сопротивления:
По типу корпуса потенциометра:
Скользящий элемент может поворачиваться на один оборот, а точнее, около 270 градусов. На полный оборот поворот невозможен, так как на остальной части сектора поворота размещены клеммы контактов. Наиболее популярными однооборотные переменные резисторы стали в устройствах, не требующих для регулировки более одного оборота.
— Многооборотные.
Подвижный контакт имеет возможность выполнять несколько оборотов для увеличения точности регулирования параметра. Такие переменные резисторы обычно оснащены винтовым или спиральным резистивным элементом, применяются в устройствах, требующих повышенной точности разрешения и регулировки. Многооборотные модели чаще всего используют в виде подстроечных сопротивлений на монтажной плате.
— Сдвоенные.
Включают в себя два переменных резистора, расположенных на одной оси. Это дает возможность выполнять регулировку параллельно двух сопротивлений. В таких моделях наиболее популярно использование сопротивлений с логарифмической и линейной зависимостью. Они применяются в стереорегуляторах усилителей звука, радиоприемниках и других приборов, требующих регулировки одновременно двух отдельных каналов.
Одинарный линейный потенциометр служит для устройств аудиоаппаратуры. Такие модели выполняют из токопроводящего пластика для повышения качества изделия, используются для регулировки одного канала.
— Линейный двойной.
Такая модель способна регулировать сразу два отдельных канала. Часто применяется для настройки стереофонической аппаратуры в профессиональных аудиоустройствах, требующих управления двумя каналами.
— Ползунковый многооборотный.
Его конструкция включает в себя шпиндель, который преобразует вращательное движение в прямолинейное поступательное перемещение ползунка по сопротивлению. Он применяется в местах, где необходимо повышенное разрешение и точность. Такая модель устанавливается для подстройки параметров на монтажной плате.
Также разделяют на:
По назначению делятся:
Сопротивления проволочных образцов выполняются из константановой или манганиновой проволоки, которая намотана на стержень, изготовленный из керамики. Такие модели резисторов изготавливают на мощность более 5 ватт.
Тонкопленочные резисторы включают в себя сопротивление из пленки, которая нанесена на диэлектрическую пластину, похожую на подкову. По ней передвигается ползунок, который связан с выходным контактом. Эта пленка образована слоем углерода, лака или другого токопроводящего материала.
Подстроечные резисторы предназначены для однократной подстройки значения сопротивления. Например, они используются в обратной связи импульсных блоков питания. Такие модели имеют компактные размеры, и спроектированы для профилактических или предварительных настроек устройств. После этого их чаще всего не трогают, оставляют с одной настройкой. Поэтому такие образцы не имеют высокой надежности и прочности, в отличие от переменных резисторов.
Переменные резисторы способны функционировать длительное время и большое число циклов регулировки.
Такие образцы потенциометров имеют повышенную стойкость к износу, в отличие от подстроечных. Переменные резисторы используются в качестве потенциометров в таких устройствах, где требуется настройка громкости звучания акустической системы, либо точная настройка температуры какого-либо устройства.
Потенциометры марки СП-1 на металлическом корпусе имеют вывод для подключения к общему корпусу устройства для защиты от помех.
Резисторы для подстройки марки СПЗ – 28 не имеют металлического корпуса, и его защитой будет корпус прибора, в котором установлен резистор. Внутренняя часть переменных резисторов аналогична, однако внешне они выглядят по-разному. Резисторы переменного типа оснащены надежной металлической или пластмассовой ручкой, которая соединена с ползунком.
Резистор, предназначенный для подстройки, не имеет такой ручки, и регулируется с помощью отвертки. Она вставляется в регулировочный паз механизма, который соединен с ползунком.
На электрических схемах потенциометры чаще всего изображают в виде постоянного резистора, имеющего регулирующий отвод со стрелкой. Она является символом подвижного контакта прибора.
При изображении в схеме реостата применяется изображение в виде прямоугольника, пересеченного наискось стрелкой. Это обозначает, что в работе задействовано два контакта: один – регулирующий, другой – один из двух крайних выводов.
Подстроечный резистор обозначают без стрелки, а контакт регулировки показывают тонкой линией.
Для примера можно показать такие марки переменных резисторов:
Существуют также неразборные резисторы для подстройки марки СП4 – 1. Они заливаются эпоксидным компаундом, и служат для устройств военного применения. Резисторы марки СП3 – 16 предназначены для вертикальной установки на монтажную плату.
Металлокерамические потенциометры используются при производстве бытовых устройств. Их припаивают на плату для подстройки некоторых параметров. Мощность таких компактных резисторов достигает 0,5 Вт.
Резисторы с сопротивлением из лаковой пленки СП3-38 имеют открытый корпус. Они не защищены от пыли и влаги, имеют мощность менее 0,25 Вт.
Такие модели необходимо регулировать отверткой из диэлектрического материала, чтобы не допустить случайного замыкания. Подобные резисторы простой конструкции популярны в бытовой технике и электронике, особенно в источниках питания мониторов.
Герметичные потенциометры для подстройки оснащены защитным корпусом. Регулировка осуществляется диэлектрической отверткой. Они имеют повышенную надежность, так как на контактную дорожку не попадает влага и пыль. 
Тороидные охлаждаемые переменные резисторы СП5 – 50М обладают достаточно мощным сопротивлением, имеют вентиляционные отверстия для охлаждения. Намотка проводника выполнена по форме тороида. Скользящий контакт перемещается по нему при вращении ручки с помощью отвертки.
В телевизионных приемниках еще встречаются высоковольтные виды подстроечных резисторов НР1-9А. Их величина сопротивления равна 68 мегом, мощность 4 Вт.
Они представляют собой набор резисторов из металлокерамики, собранные в одном корпусе. Стандартное рабочее напряжение для такого резистора равно 8,5 киловольт, наибольшее напряжение 15 киловольт.
Потенциометр – все, что нужно знать о плавной регулировки напряжения.
в Справочник 0 8,831 Просмотров
Потенциометр представляет собой устройство, которое у большинства из нас ассоциируется с ручкой регулировки громкости, выступающей из радиоприемника. Сегодня, в эпоху цифровых схем потенциометр используется не слишком часто.
Однако это устройство имеет особый шарм и он не заменим там, где необходима плавная „аналоговая” регулировка. Например, если вы играете на игровой консоли с gamepad. В gamepad есть аналоговые ручки, которые зачастую состоят из 2-х потенциометров. Один управляет по горизонтальной оси, а другой по вертикальной. Благодаря этим потенциометрам, игра становится более точной, чем на обычном цифровом джойстике.
Потенциометр представляет собой переменный резистор. Резистор – радиоэлемент, затрудняющий протекание тока через него. Он используется там, где необходимо уменьшить напряжение или ток.
Регулируемый резистор или потенциометр служит для того же, за исключением того, что он не имеет фиксированного сопротивления, а изменяется по требованию пользователя. Это очень удобно, поскольку каждый предпочитает разную громкость, яркость и другие характеристики устройства, которые можно регулировать.
Сегодня можно сказать, что потенциометр не регулирует функциональные характеристики устройства (это выполняет сама схема с цифровым дисплеем и кнопками), но он служит для изменения его параметров, как управление в игре, отклонение элеронов дистанционно управляемого самолета, вращение камеры видеонаблюдения и т.д.
Как работает потенциометр?
Традиционный потенциометр имеет ось, на которой размещается ручка для изменения сопротивления, и 3 вывода.
Два крайних вывода соединены электропроводным материалом с постоянным сопротивлением. Фактически это постоянный резистор. Центральный вывод потенциометра соединен с подвижным контактом, который перемещается по электропроводному материалу. В результате изменения положения подвижного контакта изменяется и сопротивление между центральным выводом и крайними выводами потенциометра.
Таким образом, потенциометр может изменять свое сопротивление между центральным контактом и любым из крайних контактов от 0 Ом до максимального значения, указанного на корпусе.
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.
Апгрейд гитары: замена потенциометров
Мы продолжаем серию статей о гитарном апгрейде и сегодня поговорим о том элементе, на который большинство желающих усовершенствовать свое звучание обращают внимание, к сожалению, только в самый последний момент – речь пойдет о потенциометрах.
Что такое потенциометр и зачем он нужен?
Потенциометр – это часть гитарной электроники, благодаря которой мы можем плавно регулировать тон и громкость инструмента. С технической точки зрения потенциометры представляют собой резистор с переменным сопротивлением. Например, значение сопротивления в 250 кОм в технических характеристиках обозначает, что наш резистор сможет изменять его в диапазоне 0…250 000 Ом.
При монтаже электроники потенциометры располагаются в цепи между выходом гитары и заземлением. Соответственно, выкрученная наполовину ручка громкости урезает сигнал пополам: одна половина идет на выход, а вторая – на «землю».
Аналогичным образом функционирует и ручка тона – с тем лишь отличием, что урезается сигнал высоких частот благодаря установке дополнительного конденсатора. Помимо этого, регулятор тона не устанавливается напрямую между датчиками и выходом – он, скорее, представляет собой составную часть потенциометра громкости.
Как выбрать потенциометр для гитары?
Итак, углубимся в теорию. Когда ручка громкости выкручена на максимум, сопротивление в потенциометре составляет 0 Ом. Однако чисто технически он не исчезает из схемы и непрерывно функционирует, пропуская больше частот на выходной сигнал и практически нулевое количество сигнала в землю. На практике выходит, что чем большее сопротивление имеет потенциометр, тем меньшее количество частот он урезает и тем меньше влияет на тон гитары.
Первая аксиома, которую следует знать: потенциометры с большим сопротивлением звучат ярче. Это может быть практически незаметно, но это так.
Именно по причине возникновения подобных потерь большая часть крупных производителей, например, именитые CTS, начали выпускать потенциометры «без нагрузки». Их особенность состоит в том, что потенциометр выключается из схемы при выкручивании громкости на максимум – так сигнал со звукоснимателя идет напрямую на выход.
По той же причине большинство хамбакеров на гитару устанавливаются в сочетании с потенциометрами на 500 кОм, а синглы – с 250 кОм. Хамбакеры обычно имеют менее звонкий тон, и желательно, чтобы на выход попадал более яркий сигнал, что и обеспечивает наличие резистора с большим порогом сопротивления. Интересный факт: на винтажных Fender Telecaster устанавливались потенциометры на 1000 кОм, что делало их звучание максимально ярким и резким. Это нравилось далеко не всем гитаристам, но была придумана интересная фишка: если громкость прибрать на 5-10%, то гитара начинает звучать действительно необычно!
Типы гитарных потенциометров
С сопротивлением потенциометров картина относительно ясна, теперь поговорим о типах потенциометров. Существует их очень много, но в качестве гитарных нас будут интересовать только линейные и логарифмические. При повороте ручки громкости они работают по-разному:
По сути, большинство специалистов сходятся во мнении, что логарифмические потенциометры лучше подходят для тех гитаристов, которым нужно часто управлять динамикой звука.
Для такого же тонкого управления динамикой линейный потенциометр потребует большего хода, его нужно будет больше крутить. Аналогична ситуация и с ручками тона.
Перед началом апгрейда изучите уже установленные потенциометры. Многие музыканты говорят, что разницы между маленькими и большими потенциметрами нету, однако мы рекомендуем заменить маленькие на полноразмерные – по опыту они более плавно управляются, служат дольше. Мини-модели устанавливаются обычно на недорогих серийных гитарах – заменив потенциометры, вы сразу ощутите разницу в звуке. В крайнем случае, на маленькую деку рекомендуем устанавливать маленькие потенциометры от CTS.
Наконец, поговорим о том, какие бренды предлагают купить потенциометры и какие из них имеют наиболее высокое качество.
Качественные потенциометры с невысокой ценой – успешно конкурируют с продукцией от DiMarzio и CTS. Обычно используется в гитарном оборудовании (кабинеты, процессоры, педали эффектов и т.д.), но в последние годы стали популярны и среди гитарных мастеров и любителей апгрейда. Рекомендуем как один из бюджетных вариантов апгрейда электроники и поиска «своего звука».
Одни из признанных лидеров рынка – имеют более высокую цену, но и, соответственно, более высокое качество. Надежные, имеют плавный ход, не шуршат даже после нескольких лет активной игры. Устанавливаются на большинство серийных инструментов ценовой категории выше среднего – Fender, Gibson, Jackson и т.д.
Один из самых главных конкурентов CTS – продукция высокого качество и с высокой долговечностью. В ассортименте различные конструкции потенциометров, сама электроника быстро и комфортно устанавливается, максимально удобна для пайки.
Достаточно молодой и набирающий обороты бренд предлагающий потенциометры мини- и полноразмерные потенциометры, а также модели пуш-пул. При достаточно высокой цене предлагает истинное японское качество электроники и невероятно легкий ход. Используются во многих современных кастом-мастерских.
Выводы
Итак, основные моменты, которые следует учитывать при замене потенциометров: