Как сделать потенциометр тугим

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 04.10.2024

Настоящие потенциометры ALPS (Japan) для аудио в датагорском магазине.

Надеюсь, вам будет интересен мой перевод статьи про использование обычных потенциометров с линейной зависимостью для плавной регулировки громкости и баланса.
Оригинальная статья: Better Volume (and Balance) Controls. By Rod Elliott, additional material provided by Bernd Ludwig

Содержание / Contents

↑ Улучшенный регулятор громкости

Регулятор громкости в Hi-Fi усилителе (или любом другом аудио устройстве, если на то пошло), очень прост, не так ли? Нет, не так! Для того чтобы получить плавный рост уровня громкости при повороте ручки регулятора, потенциометр должен быть логарифмическим (изменять своё сопротивление по логарифмическому закону), чтобы изменение громкости соответствовало нелинейным характеристикам нашего слуха. Линейный потенциометр не удовлетворяет этим требованиям.

Возьмите линейный потенциометр (VOL) 100 кОм, и подключите, как указано на рис. 1 (резистор R = 10…15 кОм, например, 12 кОм. На рис. 2 показана полученная зависимость изменения уровня сигнала в зависимости от угла поворота ручки регулятора.

Дополнительный резистор позволяет добиться от дешевого углеродного потенциометра того же результата, что и от гораздо более дорогого потенциометра с токопроводящим пластиком (по крайней мере в точности, не вступая здесь в дискуссию по качеству звука). Необходимо только убедиться, что выходное сопротивление источника, сигнал с которого поступает на потенциометр, низкое, и что выходной каскад источника сигнала имеет достаточную нагрузочную способность (при потенциометре в 100 кОм, общее сопротивление регулятора может составить всего 9 кОм). При высоком выходном сопротивлении источника сигнала, использование данного решения не имеет смысла.

↑ Дальнейшие идеи

Фактическое значение VR1 не имеет значения, потенциометры от 10 кОм до 100 кОм будут работать одинаково хорошо, хотя это будет влиять на входное сопротивление. Зависимость регулировки от угла поворота показана на рис. 4.

Обратите внимание, что из-за отсутствия дополнительного резистора по схеме рис. 1, здесь не нивелируется разность в разбросе резисторов разных каналов, поэтому для их лучшего баланса между собой, надо уделить внимание идентичности сопротивлений. Усиление в 20 дБ будет избыточно для большинства предусилителей. Как правило, достаточно усиления 10 дБ. Для получения такого усиления достаточно увеличить R2 до 3,3 кОм.

↑ Моно-версия

Следующий трюк использован в некоторых гитарных усилителях. Используются сдвоенные потенциометры, что не слишком подходит для стерео, так счетверенные линейные потенциометры достаточно дефицитны. Схема показана на рис. 5.

Приближение к логарифмической зависимости очень хорошее, по крайней мере, в диапазоне 30 дБ, это несколько лучше, чем у версии, показанной на рис. 1.
Зависимость регулировки от угла поворота показана на рис. 6.

При уменьшении уровня от максимального в диапазоне 25 дБ, зависимость почти линейна (т.е. действительно логарифмическая). Это хороший способ получить хороший результат, но, как уже отмечалось, для стереоусилителя требуется счетверенный потенциометр. Это ограничивает полезность данного решения.

↑ Многоканальная версия

Для тех, кто нуждается в многоканальной логарифмической регулировке громкости, есть Проект 141. Проект использует микросхему THAT2180 VCAS, и может управлять от 1 до 8 каналов (или даже больше). Он идеально подходит для систем домашнего кинотеатра, и вам надо только включить данный проект в тракт звуковоспроизведения.

↑ Улучшенный регулятор баланса Бернда Людвига (Bernd Ludwig)

Имейте в виду, что многие (особенно ранние японские) регуляторы баланса используют специально разработанные потенциометры, они не подходят для схем, показанных ниже. Эти специально разработанные потенциометры имеют токопроводящую подкову половина которой металлизирована. В среднем положении благодаря металлизированным секторам дорожек сигнал проходит только по металлизированным частям и затухания сигналов не происходит.

При повороте регулятора, в одном канале ползунок движется по металлизированной части и уровень сигнала в этом канале не меняется, а в другом канале ползунок движется по графитовой поверхности с высоким сопротивлением, что приводит к затуханию сигнала в данном канале. По моему мнению такая регулировка является неудовлетворительной для Hi-Fi.

Стандартная схема регулировки баланса/громкости с использованием обычных потенциометров (в одном канале) показана на рис. 7 ниже.

Типичное отношение сопротивлений регуляторов BAL = 2,5*VOL
Например: VOL = 10 кОм log, BAL = 25 кОм linear

Добавление резистора 'R' как показано на рис. 8

дает возможность двух интересных улучшенных вариантов стандартной схемы регулировки. Обратите внимание, что переключатель является необязательным и может быть заменен перемычкой.

↑ Пример А: R = VOL (например, 10 кОм)

↑ Пример Б: R = 4,7 кОм (R = ~ 0,47 * VOL)

Регулятор баланса работает, не влияя на общий уровень громкости.
Это удобно в эксплуатации, так как звуковая сцена может плавно смещаться влево или вправо без существенного изменения общего уровня громкости. Суммарное входное напряжение обоих каналов постоянно с точностью примерно (±0,2 дБ) при изменении положения регулятора баланса в пределах 80% (при этом регулировка баланса остается особенно плавной вблизи центрального положения). Я пришел к множителю 0,47 после моделирования на компьютере и проверил его, реализовав в моем предусилителе. Он работает, как и ожидалось (есть только незначительное увеличение общей громкости в крайнем правом и левом положениях).

Я считаю, что регулятор баланса необходим, так как есть немало записей, которые страдают от тяжелого дисбаланса каналов. Перемещать же кресло или колонки неудобно. Перемещение звуковой сцены влево или вправо без изменения общей громкости, просто активируя ручку баланса, очень удобно и правильно.

↑ Примечания переводчика

Я не гарантирую абсолютную точность перевода. Практических опытов подтверждающих измерения автора я не делал. Вместе с тем, материал интересный и здесь собраны вместе технические решения, которые встречаются в разных конструкциях и статьях.

Логарифмические потенциометры нужного размера и номинала найти весьма непросто, что и стало одной из причин данного перевода.
Вместе с тем, большинство современных источников сигнала и самодельных предварительных усилителей имеет весьма низкое выходное сопротивление, что позволяет использовать описанный улучшенный регулятор громкости.

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.

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.

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.

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:

Линейные изменяют ее линейно и равномерно - обозначаются B, см. график ниже;
Логарифмические меняют громкость менее равномерно: в средних значениях, при повороте ручки, громкость изменяется меньше, чем в крайних значениях (1-2 или 9-10) - обозначаются А, см. график ниже.

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.

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:

Kahatu

Иногда аналоговый потенциометр в виде крутилки не совсем то, что хотелось бы видеть в своем проекте. А прибор с кнопками на лицевой панели гораздо компактнее, чем с обыкновенными ручками-крутилками. При этом, если использовать сенсорные кнопки и SMD компоненты, то такой потенциометр можно интегрировать в какой-нибудь плоский корпус. Мне, например, необходимо было изменять яркость свечения самодельного светильника для аквариума из светодиодной тенты.

Схема имеет малые габариты, выполняет функцию обыкновенного переменного резистора.
Основу схемы составляет полевой транзистор КП 501 (или любой другой его аналог).

Я выбрал в SMD корпусе D-PAK

ПРИНЦИП РАБОТЫ:
Нажимая кнопку SB1, мы накапливаем заряд на электролитическом конденсаторе С1, что позволяет приоткрыть транзистор и повлиять на сопротивление на выходных клеммах схемы. Нажимая кнопку SB2, мы разряжаем конденсатор С1, что приводит к постепенному закрыванию транзистора. При постоянном зажатии, какой либо из кнопок, изменения сопротивления производиться плавно.

Плавность регулировки такого электронного переменного резистора зависит от емкости конденсатора С1 и номинала резистора R1. Максимальное сопротивление, которое способна имитировать схема зависит от подстроечного резистора R2. Схема начинает работать сразу и дополнительной настройки не требует, кроме как подстройки максимального сопротивления резистором R2.

После отключения питания схемы, такой электронный переменный резистор не сбрасывает настройки сразу, а сопротивление схемы увеличивается постепенно, что связанно с саморазрядом конденсатора С1. При использовании нового и качественного конденсатора С1 настройки схемы могут продержаться около суток.

РАЗВЕДЕННАЯ ПЛАТА:

ГОТОВАЯ ПЛАТА:

Для тех, кто захочет повторить, я прикрепил архив с шаблонами дорожек, маски и шелкографии для технологии травления плат с фоторезистом и по технологии ЛУТ

Вложения

БаРМаЛеЙ

Kahatu

Но я больше склоняюсь к тому, что это магия!

БаРМаЛеЙ

Но я больше склоняюсь к тому, что это магия!

Лифтоман

Спасибо за проект и схемы. Но таким способом нельзя регулировать сопротивление при большой нагрузке (например для изменения скорости мощных двигателей) Полуоткрытый транзистор будет адово греться, именно поэтому и придумали ШИМ.

EricD

Присоединяюсь к благодарности за предложение сего, достаточно простого принципа замены "переменного резистора", но есть несколько но.
- Насколько мне известно, буржуи уже достаточно давно выпускают сборки "цифровых резисторов" типа AD5291 (хотя при реализации простого и стесненного габаритами устройства обвязка этих штук создает определенные проблемы. То есть при проектировании нового устройства приходится сразу задумываться о рациональности применения вышеуказанных сборок и далее развивать проект с учетом "цифровых/программных" потребностей такой реализации резистора).
- Чем обусловлен выбор именно КП 501 ?
Его максимальные характеристики по току и напряжению космический завышены относительно опорного напряжения работы системы (3,3/5/9/12/24/36 V и 1 А !?).
- Насколько мне известно, и как показывает практика полевые транзисторы достаточно чувствительны по току/напряжению открытия затвора, поэтому для корректной работы даже в режимах ключа/ШИМ используют так называемые драйверы полевых триодов - "Логические разрядники". Вопрос тут заключается в опыте интеграции, так как есть сомнения по поводу корректной работы в условиях наводок НЧ и ВЧ составляющих по дорожкам/емкости монтажа на затвор полевого.
- Считаю что применение данного принципа установки выходного напряжения (отклонения от опорного) на длительнм временном промежутке будет рационально применять в схемах с периодичным отслеживанием состояния "резистора"* и корректировкой показаний (гистерезисом), так как непонятны характеристики термостабилизации и стабильности значения в условиях наводок.

* прошу прощения за свою безграмотность в области программирования МК, но насколько я понимаю, периодическое отслеживание состояния в данном случае подразумевает использование аппаратного прерывания МК, что на платформе, например arduino, влечет за собой определенные проблемы, так как на самых распространенных и компактных платах разработки на вышеуказанной платформе, ввиду определенных программно-аппаратных особенностей, количество аппаратных прерываний = 2.

То есть, нужны результаты тестов/интеграции в готовые устройства, я так думаю.

Kahatu

Спасибо за интерес к проекту.
Про цифровые переменные резисторы в виде готовых микросхем я в курсе.
Схема взята со старого советского журнала для радиолюбителей и опубликована на вышеуказанном ресурсе.
На схеме указан КП 501 (схема взята из статьи), но ничего не мешает его заменить под свои параметры. Я использовал IRLR8726PBF, но тот момент был в наличие. С ним все работало.
Про микроконтролер интересно, но его применение для моих задач не предусматривалось.
Запоминание последнего выставленного значения не требовалось.

VIt Andreev

Kahatu

Arhat109

Старое решение, но все равно спасибо, ибо "новое - это забытое старое", ну или "всё украдено до вас" (нами, ежели вче)

Я бы поставил последовательно мосфету ещё и резистор, ограничивающий его максимальный ток в режиме "полностью открыт", ибо их сопротивление в этом случае .. десятки миллиом, то есть токи могут оказаться "ого-го", в зависимости от места применения.

Заодно, этот же резистор формировал бы некоторое "минимальное" сопротивление схемы в целом, будучи в параллели с подстроечником.

Kahatu

Читайте также: