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3、电位器的阻值变化特性,应根据用途来选择。比如,音量控制的电位器应首选指数式电位器,在无指数式电位器的情况下可用直线式电位器代替,但不能选用对数式电位器,否则将会使音量调节范围变小;作分压用的电位器应选用直线式电位器;作音调控制的电位器应选用对数式电位器。
电位器(英文:Potentiometer)是可变电阻器的一种,是具有三个引出端、阻值可按某种变化规律调节的电阻元件。电位器通常由电阻体和可移动的电刷组成。当电刷沿电阻体移动时,在输出端即获得与位移量成一定关系的电阻值或电压。
电位器既可作三端元件使用也可作二端元件使用。后者可视作一可变电阻器,由于它在电路中的作用是获得与输入电压(外加电压)成一定关系得输出电压,因此称之为电位器。
电位器阻值的单位与电阻器相同,基本单位也是欧姆,用符号Ω表示。电位器在电路中用字母R或RP(旧标准用W)表示,图1是其电路图形符号。
电位器的主要参数有标称阻值、额定功率、分辨率、滑动噪声、阻值变化特性、耐磨性、零位电阻及温度系数等。
电位器的两个固定端上允许耗散的上限功率为电位器的额定功率。使用中应注意额定功率不等于中心抽头与固定端的功率。电位器的额定功率是指在直流或交流电路中,当大气压为87~107kPa,在规定的额定温度下长期连续负荷所允许消耗的最大功率。
实测阻值与标称阻值误差范围根据不同精度等级可允许20%、10%、5%、2%、1%的误差。精密电位器的精度可达0.1%。
指阻值随滑动片触点旋转角度(或滑动行程)之间的变化关系,这种变化关系可以是任何函数形式,常用的有直线式、对数式和反转对数式(指数式)。在使用中,直线式电位器适合于作分压器;反转对数式(指数式)电位器适合于作收音机、录音机、电唱机、电视机中的音量控制器。维修时若找不到同类品,可用直线式代替,但不宜用对数式代替。对数式电位器只适合于作音调控制等。
电位器是一个连续可调的电阻器,当调节电位器的转柄或滑柄时,动触点在电阻体上滑动。此时在电位器的输出端可获得与电位器外加电压和可动臂转角或行程成一定关系的输出电压。
电位器用作变阻器时,应把它接成两端器件,这样花电位器的行程范围内,便可获得一个平滑连续变化的电阻值。
当电位器作为电流控制器使用时,其中一个选定的电流输出端必须是滑动触点引出端。
组成电位器的关键零件是电阻体和电刷。根据二者间的结构及形式和是否带有开关,电位器可分为几种类型。
电位器按电阻体的材料可分为线绕电位器和非线绕电位器两大类。线绕电位器又可分为通用线绕电位器、精密线绕电位器、大功率线绕电位器和预调式线绕电位器等多类。非线绕电位器可分为实心电位器和膜式电位器两种类型。其中实心电位器又分为有机合成实心电位器、无机合成实心电位器和导电塑料电位器。膜式电位器又分为碳膜电位器和金属膜电位器等多种。
线绕电位器的电阻体由电阻丝缠绕在绝缘物上构成,电阻丝的种类很多,电阻丝的材料是根据电位器的结构、容纳电阻丝的空间、电阻值和温度系数来选择的。电阻丝越细,在给定空间内越获得比较大的电阻值和分辨率。但电阻丝太细,在使用的过程中容易断开,影响传感器的寿命。
线绕电位器具有高精度、稳定性高、温度系数小,接触可靠等优点,并且耐高温,功率负荷能力强。缺点是阻值范围不够宽、高频性能差、分辨力不高,而且高阻值的线绕电位器易断线、体积较大、售价较高。这种电位器大范围的应用于电子仪器、仪表中。
碳膜电位器是在马蹄形的纸胶板上涂上一层碳膜制成。其阻值变化和中间触头位置的关系有直线式、对数式和指数式三种。碳膜电位器有大型、小型、微型几种,有的和开关一起组成带开关电位器。
碳膜电位器具有阻值范围宽、分辨力较好、工艺简单、价格低等特点,但动噪声大、耐潮性差。这类电位器宜作函数式电位器,在消费类电子科技类产品中大量应用。采用印刷工艺可使碳膜片的生产实现自动化。
有机实芯电位器是一种由导电材料与有机填料,热固性树脂配制成电阻粉,经过热压,在基座上形成的实芯电阻体。
有机实芯电位器的优点是阻值范围较宽、分辨力高、耐热性好、过载能力强、耐磨性较好、可靠性较高,但耐潮热性和动噪声较差。这类电位器一般是制成小型半固定形式,在电路中作微调用。
玻璃釉电位器是一种以玻璃釉作为电阻材料的可调电子元件。它是由一个玻璃釉电阻体和一个转动或滑动系统组成。当电阻体的两个固定触电之间外加一个电压时,通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置,在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。
玻璃釉电位器既具有有机实芯电位器的优点,又具有较小的电阻温度系数(与线绕电位器相近),但动态接触电阻大、等效噪声电阻大,因此多用于半固定的阻值调节。这类电位器发展非常迅速,耐温、耐湿、耐负荷冲击的能力已得到一定的改善,可在较苛刻的环境条件下可靠地工作。
导电塑料电位器作为一个电压分配器,可以不必着重于阻轨上的总电阻的准确度,因为温度波动只对电阻产生作用,不可能影响到测量结果。导电塑料电位器(又称电子尺)在五十年代后期面世,并被大范围的应用于汽车、注塑机、木料加工机和现代不同的行业。
导电塑料电位器优点是阻值范围宽、线性精度高、分辨力强,而且耐磨寿命特别长。虽然它的温度系数和接触电阻较大,但仍能用于自动控制仪表中的模拟和伺服系统。
电位器按其结构特点可分为单圈电位器、多圈电位器、单联电位器、双联电位器、多联电位器、抽头式电位器、带开关电位器、锁紧型电位器、非锁紧型电位器和贴片式电位器等多种。
多圈式:它的转轴每转一圈,滑动臂触点在电阻体上仅改变很小一段距离,其滑动臂从一个极端位置到另一个极端位置时,转轴需要转动多圈。通常用于精密调节电路中。
双联式:通常是将两个规格相同的电位器装在同一转轴上,调节转轴时,两个电位器的滑动触点同步转动,适用于双声道立体声放大电路的音量调节。也有部分双联电位器为异步异轴。
带开关电位器:在电位器上附加有开关装置。开关与电位器同轴,开关的运动与控制方式分为旋转式和推拉式两种。多用于黑白电视机中作音量控制兼电源开关。小型旋转式带开关电位器大多数都用在半导体收音机或其它小型电子科技类产品中作音量控制(或电流、电压调节)兼电源开关。按开关位数有单刀单掷、单刀双掷和双刀单掷。
贴片式电位器:也称片状电位器,是一种无手动旋转轴的超小型直线式电位器,调节时需使用螺钉旋具等工具。分为单圈电位器和多圈电位器,多圈电位器属精密电位器,又有立式与卧式两种结构。
直滑式电位器:其电阻体为长方条形,它是通过与滑座相连的滑柄作直线运动来改变电阻值的。用途:通常用于电视机、音响中作音量控制或均衡控制。
A型为指数式:指数式(反转对数式)电位器,在开始转动时,阻值变化很大。而在转角越接近最大阻值一端时,阻值变化越小。指数式(反转对数式)电位器,阻值按旋转角依指数关系变化,这种型式电位器多用在仪表当中,也适用于音调控制电路,这种电位器电阻体上的导电物质分布不均匀,刚开始转动时,阻值的变化很大;转动角度增大时,阻值的变化较小。阻值的变化与电位器的旋转角度成对数关系。所以这种电位器适用于音响电路的音调控制电路。
B型为直线式:其电阻体上的导电物质分布均匀,单位长度的阻值大致相等,电阻值的变化与电位器的旋转角度成直线关系,多用于分压;阻值按旋转角度均匀变化,适合于分压、单调等方面调节作用。一般电位器的线形用的比较多的就是这个。
C型为对数式:对数式电位器在开始转动时,电阻值变化转小,而在转角越接近最大阻值一端时,阻值变化越大。阻值按旋转角度依指数关系变化,这种电位器电阻体上的导电物质分布不均匀,刚开始转动时,阻值的变化很小;转动角度增大时,阻值的变化较大。阻值的变化与电位器的旋转角度成对数关系,多用于音量控制。因为人耳对音量的感觉大致和声音功率的对数成直线关系,即声音小时,人耳感觉很灵敏,但大到某一值后,即使声音功率有了较大的增加,人耳却感觉变化不大。可见对数式电位器的阻值变化规律比较符合人耳听觉的特点,因此在收音机、电视机等音量控制电路中,应选用对数式电位器。普遍用在音量控制电路中,如收音机、录音机、电视机中的音量控制器。因为人的听觉对声音的强弱,是依指数关系变化的,若调制音量随电阻阻值指数变化,这样人耳听到的声音就感觉平稳舒适。
此外,电位器按使用特点区分,有通用、高精度、高分辨力、高阻、高温、高频、大功率等电位器。按阻值调节方式分则有可调型、半可调型和微调型,后二者又称半固定电位器。为克服电刷在电阻体上移动接触对电位器性能和寿命带来的不利影响,又有无触点非接触式电位器,如光敏和磁敏电位器等,供少量特殊应用。按调节方式可分为旋转式电位器、推拉式电位器、直滑式电位器等多种。按驱动方式可分为手动调节电位器和电动调节电位器。
在一般要求不高的电路中,或使用环境较好的场合,应首先选用合成碳膜电位器。合成碳膜电位器具有分辨力高、阻值范围宽、品种型号齐全,价格实惠公道的特点,但有耐湿性差和稳定能力差的缺点,可以大范围的应用在室内工作的家用电器设备上。比如,半导体收音机用的带开关的音量电位器,可选用合成碳膜电位器;电视机中的电量调节电路可选用直滑式碳膜电位器;其他家用电器中的高负载及微调电位器也可选用合成碳膜电位器。另外合成碳膜电位器的机械寿命长,能够正常的使用在要求耐磨寿命长的电路中。
如果电路需要精密地调节,而且消耗的功率较大,应选用线绕电位器。线绕电位器由于分布参数较大,只适用于低频电路,所以在高频电路中不宜选用线绕电位器。另外,线绕电位器的噪声小,对要求噪声低的电路可选用这类电位器。
金属玻璃釉电位器的阻值范围宽,可靠性高,高频特性好、耐温、耐湿性好,是工作频率较高的电路和精密电子设备首选的电位器类型。另外,金属玻璃釉微调电位器可在小型电子设备中使用。
3、电位器的阻值变化特性,应根据用途来选择。比如,音量控制的电位器应首选指数式电位器,在无指数式电位器的情况下可用直线式电位器代替,但不能选用对数式电位器,否则将会使音量调节范围变小;作分压用的电位器应选用直线式电位器;作音调控制的电位器应选用对数式电位器。
电位器的参数主要有标称阻值、额定功率、最高工作电压、线性精度以及机械寿命等,它们是选用电位器的依据。当根据使用上的要求选择好电位器的类型后,就要依据电路的要求选择电位器的技术及性能参数。
不同电位器的机械寿命也不相同,一般合成碳膜电位器的机械寿命最长,可高达20万周,而玻璃釉电位器的机械寿命仅为100-200周。选用电位器时,应依据电路对耐磨性的不一样的要求,选用不同机械寿命参量的电位器。
选用电位器时,要注意电位器尺寸的大小、轴柄的长短及轴端式样,以及轴上位置要不要锁紧开关、单联还是多联、单圈还是多圈等,对结构上的具体要求。
对于需要经常调节的电位器,应选择轴端铣成平面的电位器,以便安装旋钮。对于不需要经常调节的电位器,可选择轴端有沟槽的电位器,以便用螺丝刀调整后不再转动,以保持工作状态的相对稳定性。对于要求准确并一经调好不再变动的电位器,应选择带锁紧装置的电位器。
带开关的电位器,开关部分用于电路电源的通断控制,而电位器部分用于对电量的调节。带开关电位器的开关形式有单刀单掷、单刀双掷和双刀双掷等,选择时应根据自身的需求来确定。带开关的电位器分推拉式开关电位器和旋转式开关电位器两种。推拉式开关电位器在开关动作时,其动触点不参加动作,这样做的好处是:一来对电阻体没有磨损,二来也不会改变已装好的电位器的位置。旋转式电位器的开关每动作一次,动触点就要在电阻体上滑行一次,因此磨损大,会影响电位器的使用寿命。
单联电位器用于对单电量的调节,在收录机、CD唱机及其他立体声音响设备中用于调节两个声道的音量和音调的电位器应选择双联电位器。在精密电子设备、自动控制装置及计算机伺服控制等电路中,应全用多圈电位器。
在设计电子设备时,为了美化整机面板的布置或节省电位器在面板上所占的面积,一般应选用直滑式电位器。
1.电位器之电阻体大多采用多碳酸类的合成树脂制成,应避免与以下物品接触:氨水,其它胺类,碱水溶液,芳香族碳氢化合物,酮类,脂类的碳氢化合物,强烈化学品(酸碱值过高)等,否则会影响其性能。
2.电位器之端子在焊接时应避开使用水容性助焊剂,否则将助长金属氧化与材料发霉;避开使用劣质焊剂,焊锡不良可能造成上锡困难,导致接触不良或者断路。
3.电位器之端子在焊接时若焊接温度过高或时间过长可能会引起对电位器的损坏。插脚式端子焊接时应在235℃±5℃,3秒钟内完成,焊接应离电位器本体1.5MM以上,焊接时勿使用焊锡流穿线秒钟内完成。且端子应避免重压,否则易造成接触不良。
4.焊接时,松香(助焊剂)进入印刷机板之高度调整恰当,应避免助焊剂侵入电位器内部,否则将造成电刷与电阻体接触不良,产生INT,杂音不良现象。
5.电位器最好应用于电压调整结构,且接线”脚接地;应避开使用电流调整式结构,因电阻与接触片间的接触电阻不利于大电流的通过。
6.电位器表面应避免结露或有水滴存在,避免在潮湿地方使用,以防止绝缘劣化或造成短路。
7.安装“旋转型”电位器在固定螺母时,强度不宜过紧,以避免破坏螺牙或转动不良等;安装“铁壳直滑式”电位器时,避开使用过长螺钉,否则有可能妨碍滑柄的运动,甚至直接损坏电位器本身。
8.在电位器套上旋钮的过程中,所用推力不能过大(不能超过《规格书》中轴的推拉力的参数指标),否则将会造成对电位器的损坏。
9.电位器回转操作力(旋转或滑动)会随温度的升高而变轻,随温度降低而变紧。若电位器在低温度的环境下使用时需说明,以此方便采用特制的耐低温油脂。
10电位器的轴或滑柄使用设计时应尽量越短越好。轴或滑柄长度越短手感越好且稳定。反之越长晃动越大,手感易发生变化。
11电位器碳膜的功率能承受周围的温度为70℃,当使用温度高于70℃时可能会丧失其功能。
碳膜电位器使用的过程中有时会出现一些小问题,如电位器杂音、手感、总阻、同步、噪音大小、端子的铆合度等问题。
电位器杂音问题根本原因为接触不平滑及可靠而导致,一般为碳膜面太粗糙、刷子变形、两零件表面脏污及配合不可靠。电位器手感根本原因为配合件干涉、转动件表面粗糙或存有脏物或变形,弹片自由高不一,涂油不均而致。电位器总阻超是外因(温度的变化、湿度的变化)、总装铆合过紧致使碳片变形。电位器同步问题主要发生在双联电位器上,因两联刷子与碳片配合不同步、碳片来料印刷不良造成线型变化不均。电位器开关声响小、力度轻通常是弹簧变形(或人为安装变形)、配合件干涉等。电位器端子铆合紧度不紧或裂是铆针不配、碳片在制作的完整过程中将材料脆化,碳片端子孔偏小等。
一是摩擦清洗法。刚开始这些电位器的磨损还不严重,反映出来的问题也只是在调节时声音出现杂音或音量忽大忽小,画面有一些杂波等,这主要是由于电位器在使用的过程中侵入了灰尘或触簧在与碳膜的不断摩擦下产生了尘埃从而污染了触点,致使触簧与碳膜片接触不良而产生的。对这种问题,我常常使用的方法:首先是不断的来回滑动或旋转电位器,这样做可以去除触点与碳膜片上的污物,让触点变得光洁,即使不清洗也能让设备暂时回到正常状态,这对于解决临时问题不失为一个可取的办法。为了让问题进一步的得到解决,我们就可以在摩擦之后对电位器用清洗液进行清理洗涤,彻底洗掉电位器碳膜片上的污物,让簧片与碳膜片接触良好。
二是替换法。有些电位器磨损严重,用摩擦清洗法根本就不能处理问题,比如接触簧片与碳膜片发生断裂,这样的问题我都是采用替换法来解决。首先把损坏的电位器从设备上拆下来,然后对它进行分拆,将坏了的簧片与碳膜片用以前废旧电位器中好的进行替换再组合就行了,不过在进行组合之前别忘了先清洗,如果簧片触点上的污物清洗不掉,我们还可以对触点进行打磨,由此确保新组成的电位器能在设备中正常发挥作用。
三是簧片改道或自制法。有些电位器的损坏是由于触点把碳膜片上的碳膜磨掉了,导致触点与碳膜接触不良而造成故障,这时我就采用调整簧片的角度,让簧片触点与碳膜片上未磨损的部分进行接触,以此达到消除故障的目的:打开电位器,可见簧片与原来滑动轨道间磨擦,使碳膜片表面轨道有较明显的划痕,引起簧片与碳膜片接触不良。清理后用尖嘴镊子将簧片做调整,使其离开原来的滑动轨道,簧片与没有磨损的碳膜片接触好即可。还有些电位器的损坏是由于簧片的触点被磨掉而引起的,这种情况如果没有替换的,我们还可以用铜片进行自制来解决。
四是润滑保护法。为了延长修理后的电位器的常规使用的寿命,我还经常在电位器的碳膜片上涂一点硅脂(缝纫机油也可以),这样做的好处是可以有效的预防产生电弧,由于硅脂的润滑作用减轻了簧片与碳膜片的摩擦,从而使电位器在调谐时电阻的变化均衡平滑,效果良好。
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