Переменный резистор своими руками

Добавил пользователь Cypher
Обновлено: 05.10.2024

Большинство людей приходят в радиолюбительство из-за желания сделать что-то своими руками, чего-то неповторимого, что несомненно принесет пользу себе и окружающим… Но выбрав конструкцию для самостоятельной сборки зачастую возникает масса проблем связанная со скудным запасом знаний в области радиоэлектроники. Конечно сразу начинается повальное чтение книг соответствующей тематики и извлечение оттуда ценной информации о разнообразии радиоэлементов, о работе транзистора и прочих приборов. Когда много чего прочитано, уже имеется представление об условном графическом отображении элементов на схеме, и есть какие-то понятия о принципе работы, возникает проблема переноса схемы с бумаги в реальность, а именно поиск компонентов схемы. Сейчас не составляет проблемы составить список сходить и купить радиодетали, но у многих все же отсутствует возможность приобретения деталей, и на помощь приходит старая сломанная радиоаппаратура. О том как найти нужные радиодетали в старой технике и пойдет речь в этой статье. Я преднамеренно не буду описывать какую-то конкретную схему, поскольку невозможно охватить все разнообразие электронных компонентов в рамках одного устройства. Так же не буду описывать принципа работы элементов, все это вы уже должны знать.

Пассивные компоненты

Резисторы

Самым часто встречающимся элементом является резистор, без него невозможно построить ни одну схему. Встретить его можно практически в любом электронном устройстве, резистор представляет из себя цилиндр с двумя диаметрально-противоположными выводами. Служит для ограничения тока в цепи и имеет определенное сопротивление, измеряемое в Омах. Обозначается прямоугольником с двумя черточками с противоположных сторон, внутри прямоугольника обычно указывают мощность(рис.1).

В бытовой аппаратуре применяются резисторы с номиналами, расположенными по ряду Е24, это значит, что в диапазоне от 1 до 10 имеется 24 номинала сопротивления. Существует множество типов резисторов, вот наиболее часто встречающиеся:

Рис. 1. Обозначение резисторов. Тип МЛТ

Резисторы типа МЛТ (металлический лакированный теплостойкий) – часто встречаются в ламповой аппаратуре(обычно не меньше 0,5 Вт), и в советской аппаратуре 80 годов. В зависимости от габаритов имеют различную мощность, если на схеме мощность не указана, то как правило, можно применять резисторы 0,125 Вт.

На резисторах данного типа ставится маркировка, обозначающая непосредственно сопротивление, далее буква русского или латинского алфавита обозначает множитель, составляющий сопротивление и определяет положение запятой десятичного знака ("R(E)"=1; "К(К)"=10^3; "М(М)"=10^6; "G(Г)"=10^9; "Т(Т)" =10^12).

18 – 18 Ом, при обозначениях единиц Ом буква иногда не ставится, в том числе и на схемах.

Если же номинальное сопротивление выражено целым числом с дробью, то единицу измерения ставят на месте запятой.

К51- 510 Ом, если буква стоит перед числом, то это значит, что сопротивление меньше килоома (мегаома), следующая цифра показывает сопротивление.

Дальше в обозначении стоит буква, обозначающая величину допуска в процентах: (Е=±0.001; L=±0.002; R=±0.005; Р=±0.01; U=±0, 02; В(Ж)=±0.1; С(У)=±0.25; D(Д)=±0.5; F(Р)=±1; G(Л)=±2; J(И)=±5; К(С)=±10; М(В)=±20; N(Ф)=±30. Величина допуска может быть нанесена под номиналом сопротивления во второй строке и будет выражена в процентах.

Резисторы типа ВС (водостойкие) можно встретить в ламповой аппаратуре 60-70х годов (рис.2). А именно в радиолах и черно-белых телевизорах. Практической ценности в настоящее время не несут. Маркировка схожа с МЛТ, имеют несколько габаритных размеров в зависимости от мощности.

Рис. 2. Тип ВС

В середине 80-х годов появилась цветовая маркировка резисторов (рис.3, рис.4), которая существует и по сей день, что позволило быстро определять номинал без выпайки из схемы (нам это тоже на руку, поиск нужного резистора значительно ускоряется). Резисторов с такого рода маркировкой производит множество отечественных и зарубежных фирм, поэтому определить конкретный тип резистора весьма сложно, да зачастую и не нужно.

Рис. 3. Резисторы с цветовой кодовой маркировкой

Рис. 4. Расшифровка цветовой маркировки резисторов

В таблице показана методика определения номинала резистора и класса точности. Класс точности показывает на сколько процентов может отличаться сопротивление от заявленного номинала.

Определить сопротивление по цветовым полосам можно с помощью: калькулятора цветовой маркировки резистора.

В последнее время появилась тенденция к минимизации и стали появляться компоненты для поверхностного монтажа(SMD). Вот так называемые чип-резисторы (рис.5).

Рис. 5. Чип-резисторы

Применяются в современной технике повсеместно и имеют несколько типоразмеров (рис.6).

Рис. 6. Основные типоразмеры SMD резисторов

Резисторы с допуском 2%, 5% и 10% всех типоразмеров маркируются тремя цифрами, первые две из которых обозначают номинал резистора без множителя, а последняя — показатель степени по основанию 10 для определения множителя. Например: 123 – 12* 10^3 =12000 Ом =12 кОм. Часто встречаются чип резисторы с обозначением 0, это резистор нулевого сопротивления или попросту перемычка.

Для построения усилителей, а вернее их выходных каскадов часто требуются мощные резисторы более 2-х ватт с сопротивлением не более 1 ома, это как правило резисторы марки ПЭ или ПЭВ - резисторы проволочные, бывают от 1 до нескольких сотен ватт (рис.7). Также наиболее современные различных фирм производителей (рис.8). Встретить можно в старых ламповых телевизорах, радиолах и устройствах промышленной автоматики. В случае отсутствия необходимого резистора, его можно изготовить самостоятельно из спирали от электронагревателя, отрезав необходимую длину, подобрав сопротивление при помощи омметра.

Рис. 7. Резисторы ПЭВ

Отдельное место среди постоянных резисторов занимают резисторные сборки (рис.9), которые очень удобны при построении схем, где требуется много одинаковых резисторов.

Рис. 9. Резисторные сборки dip и smd

Сборки имеют два типа соединения, либо в виде нескольких обычных резисторов, только в одном корпусе, либо резисторов с одним общим выводом. Встретить можно во многих цифровых устройствах, там они, как правило применяются, как подтягивающие.

В электронных устройствах часто применяются резисторы с изменяемым сопротивлением, их можно разделить на переменные - применяются для оперативного изменения параметров устройства в процессе эксплуатации, таких как громкость, тембр, яркость, контраст, и подстроечные – используются для настройки прибора во время сборки и наладки.

Резисторы переменные:

Рис. 10. Переменные резисторы

Резисторы переменные рис .10:

1.Со встроенным тумблером, можно встретить в ламповых телевизорах и радиолах 70-х годов
2. Резистор типа СП3-30а можно встретить в телевизорах, приемниках, абонентских громкоговорителях до 90-х годов выпуска.
3. Резистор Сп-04, встречаются в телевизорах и носимых магнитофонах 80-х годов.
4. СП3-4а во всей технике конца 80-х начала 90-х.
5. Специализированный счетверенный с тумблером СП3-33-30, обычно встречается в разного типа магнитолах.

Рис. 11. Ползунковые переменные резисторы

Ползунковые резисторы (рис.11) часто встречаются в магнитофонах 80-90х годов в качестве регуляторов звука и тембра.

Рис. 12. Современные переменные резисторы

Более современные резисторы(рис. 12), можно встретить в любой импортной технике с начала 90-х годов, от кассетных плееров и автомагнитол, до телевизоров и музыкальных центров. Часто встречаются сдвоенные резисторы для регулировки звука сразу по двум каналам (стерео). Очень интересен последний резистор (на рисунке), так называемый 3D – резистор или же джойстик, представляет из себя несколько сочлененных резисторов и отслеживает перемещение рукоятки влево-вправо, вверх- вниз и вращение вокруг своей оси. Встретить такой экземпляр можно в джойстиках от игровых консолей.

Для всех переменных резисторов помимо сопротивления есть очень важный параметр – зависимость сопротивления от угла поворота вала (линейного перемещения), обозначается буквой после значения сопротивления:

Советские:
А - линейная зависимость
Б - логарифмическая зависимость
В - обратно-логарифмическая зависимость

Импортные:
A - логарифм
B - линейная
С - обратный логарифм

Для регулировки громкости как правило используют резисторы с логарифмической зависимостью.

Подстроечные резисторы:

Рис. 13. Подстроечные резисторы СССР

Подстроечные резисторы рис.13:
1,2,3 – как правило встречаются в старых ламповых телевизорах.
4,7 (РП1-64Б), 8 (СП3-29А) - в полупроводниковых цветных телевизорах
5 – во всей советской технике 80-х годов
6 – СП5-50МА мощный проволочный резистор, в цветных ламповых телевизорах.
9 – СП3-36 многооборотный подстроечный резистор, встречается как правило в блоке настройки каналов телевизоров.

Рис. 14

Рис. 15. Многооборотные резисторы

Многооборотный подстроечный, применяется в усилительной аппаратуре для установки тока покоя и во всех системах, где нужна точная настройка .

Все переменные и подстроечные резисторы, также различаются по мощности, которая как правило указана на корпусе или в документации на элемент. Для своих конструкций можно применять практически любые из перечисленных исходя из требуемых габаритов и мощности.

Со временем и подстроечные и переменные резисторы портятся и у них появляется нежелательное явление, именуемое шорохом. Вызвано это явление недостаточным прижимом (контактом) ползунка или износом подложки, как правило ремонтировать резисторы смысла нет, хотя иногда встречаются очень редкие и уникальные(например в большинстве микшерных пультов), что найти замену, не представляется возможным. В этом случае резистор нужно аккуратно разобрать, подогнуть контакт, восстановить при помощи твердого карандаша графитовое покрытие и смазав силиконовой смазкой собрать назад. Резистор после такой реанимации сможет еще послужить.

Существуют также резисторы, реагирующие на изменения окружающей среды, в любительских конструкциях используются мало, но все же о них стоит упомянуть: терморезисторы

Рис. 16. Терморезисторы

Применяются для термостабилизации схемы, встречаются очень часто, но в самодельных устройствах применяются мало.

Фоторезисторы

Рис. 17. Фоторезистор

Изменяет свое сопротивление в зависимости от освещенности. Можно вынуть из любительских фотоаппаратов, там они применяются в качестве датчика света.

Тензорезиторы

Рис.18. Тензорезисторы

Изменяют свое сопротивление в зависимости от деформации, их в бытовой аппаратуре встретить можно очень редко и применяются они как правило в виде датчиков в устройствах автоматики.

Варисторы

Варистором называется полупроводниковый резистор, сопротивление которого эффективно уменьшается под действием приложенного к нему напряжения, а ток, протекающий в цепи, нарастает.

Рис. 19. Варисторы

Применяются как устройство защиты в импульсных блоках питания бытовой аппаратуры от превышения напряжения питания. Можно встретить в любом современном устройстве.

Бакулин А. Опубликована: 2012 г. 0 5

Вознаградить Я собрал 0 3

Загоревшись уже очень давно идеей, что мне нужен гитарный предусилитель полностью лампово-аналоговый, но со всеми удобствами цифрового управления, я потратил очень много времени в поисках, которые привели меня к осознанию того, что ничего адекватного нет и вряд-ли будет.
Что-ж, придется ваять самому! Поехали!

Содержание / Contents

↑ Вникая в проблему

Попытки найти удобоваримые варианты для работы в звуке известны давно. Каждый производитель извращается так, как хочет или, в худших вариантах, как умеет. Кто-то лучше, кто-то хуже, но все не то. Всегда есть какой-то серьезный косяк в принципе, который так мешает, что аж кушать не можешь, пиво в глотку не лезет.

Интегральные цифровые потенциометры
Оптопары светодиод-фоторезистор
Моторезированные переменные резисторы
Цифровые процессоры

↑ 1. Интегральные цифровые потенциометры

Это удивительно неплохие устройства, как по мне, есть как общего применения, так и созданные исключительно для звука. Цифровое крайне быстрое управление, низкое потребление, бесшумность, компактность!
Но есть недостатки, которые не позволят использовать их в ламповой технике. Первое же, что сильно мешает всему — это очень низкое допустимое напряжение сигнала: даже в высоковольтных вариантах это лишь десятки Вольт , в то время как в ламповой схемотехнике 150 Вольт это норма жизни. Можно придумать делитель на входе и усилитель на выходе, но как это связать, скажем, с классическим Маршалловским темброблоком?

К тому же, есть некоторые проблемы с биполярным сигналом, что весьма осложняет жизнь, даже если удалось решить вопрос с напряжением.

↑ 2. Оптопары светодиод-фоторезистор

Чумовая система, уже отчетливо отдающая аналогом. Управление сводится к изменению яркости свечения светодиода, на что фоторезистор будет реагировать изменением сопротивления. Вариантов управления довольно много. Это и малоразрядные многоканальные ЦАП, и отфильтрованный ШИМ, и даже микросхемы Peak-and-Hold, позволяющие работать в несколько каналов одним единственным ЦАПом.

Но, опять-таки, слишком много проблем для применения: тут и ощутимые искажения, придаваемые переходом фоторезистора, и узкий диапазон изменений сопротивления, и невозможность достигнуть нулевого сопротивления, а подчас даже и просто низкого, и, что так же весомо, требование двух оптопар для имитации переменного резистора. У того ведь как-бы 2 половинки, изменяющие сопротивление синхронно, но в разных направлениях.

↑ 3. Моторезированные переменные резисторы

Признаться, когда я в первый раз, очень давно, увидел, как у друга на усилителе Onkyo под воздействием пульта поворачивается ручка громкости, я был впечатлен. Более диковинно было лишь то, что усилитель устанавливал громкость по пресету в заранее выбранное положение.
Да, сейчас этим не удивить. Возьмите регулятор уровня фар в какой-нибудь Приоре, там тот же принцип.

Но выглядит потрясающе! И, главное, никаких искажений. Переменный резистор тут НАТУРАЛЬНЫЙ! Идеальный регулятор, техногеничный, потрясающе эстетичный и регулировка такая плавная.

↑ 4. Цифровые процессоры

↑ Тяготы дум

↑ Теория работы

Итак, обдумав все возможные варианты и распробовав всего понемногу, я пришел к единственно возможному, как мне кажется, выводу: регулировка, как и управление ей, должна быть дискретной, и только так можно будет реализовать как точность, так и быстроту реакции. Очевидно, что проще всего использовать реле, значит, не мудрствуя лукаво, можно завести двоичную логику работы- каждая ступень будет являться множителем очередной степени двойки.

На пальцах- разложим степень двойки, скажем, на 4 бита: 2^0, 2^1, 2^2 и 2^3. На обычные цифры это 1, 2, 4, 8. Из этих вот цифр, комбинируя их между собой, можно получить любое число от 1 до 15 и 0, если не выбрана ни одна цифра. Теперь, если мы хотим получить нужный нам диапазон, то просто добавляем множитель к каждой из цифр! Получаем двоичный регулятор нужного нам диапазона с 15 ступенями! Нужно больше ступеней? Увеличим разрядность! Так из 8 битов получится 256 ступеней регулировки! Больше- уже бессмысленно, слишком тонкая будет грань изменения звука, на слух не ощутимая. А если не слышно- не имеет смысла тратиться.

↑ Выбор железа

Далее, если взять реле с 2 группами переключающих контактов, то можно реализовать среднюю точку, навесить резисторы на одну группу нормально разомкнутых контактов и на одну группу нормально замкнутых контактов, одинаковые для каждого реле и соединить все так, чтобы получилось подобие переменника: срабатывание каждого из реле приведет к подключению резистора в цепь с одной стороны и шунтирование резистора с другой. Таким нехитрым образом получаем подобие натурального переменника с 3 выводами. И да, хотелось бы компактности.

Тут на помощь пришли реле фирмы AXICOM, в частности, у меня был некоторый запас IM07

↑ Как рулить будем?

Вот подходя к вопросу со стороны и вскользь, кажется, что это вообще просто. А потом пригляделся. Ну вот 8 реле - это один переменник. Скажем, если повторять схему какого-нибудь простенького усилителя с темброблоком — это 3 переменника, или 24 реле. А если я захочу опять что-нибудь типа slo-recto-twin? Это 9 переменников минимум! То есть 72 реле! Как таким массивом управлять?

Напрямую почти никак, у редких микроконтроллеров достаточно портов для такого. Использовать небольшие микроконтроллеры для каждого потенциометра? Возможно, но нужно будет программно реализовать протокол связи. А можно пойти проще- расширитель портов с i2c интерфейсом PCF8574! Как удачно, что портов как раз 8, а адреса можно задавать аппаратно! Наверное, кто-то чуть знающий о вопросе скажет, что, мол, у PCF8574 только 8 доступных адресов, чего явно не хватает для того же самого slo-recto-twin! А вот тут есть одна хитрость: выпускаются PCF8574 как простые, так и с литерой A (PCF8574A), у них как раз разные адреса. То есть 8 адресов для PCF8574 и еще 8 для PCF8574А- итого 16! Как по мне- вполне себе достаточно для реализации самых необычных планов, хватило бы денег на покупку реле :)

↑ Реализация решения

↑ Принципиальная схема

В драйвер встроены диоды, поэтому ставить еще по одному, параллельно каждой катушки реле для подавления всплеска ЭДС самоиндукции, не имеет необходимости. Хочу еще, кстати, заметить, что я умышленно разъединил цифровую землю (GND) от земли экрана (GNDA), потому как назначения у них разные. Первая- для работы логики и реле, вторая — только для экранирования. Питание тоже разделено: на контакт 1 разъема JP1 приходит питание логики- 5 Вольт , а на контакт 3 того же разъема приходит питание реле, в моем случае- 24 вольта.

↑ Печатная плата

Плата получилась двусторонней, в одну сторону при такой компактности было просто не уместить. Первая версия выглядела как-то вот так

Из ключевых особенностей здесь надо заметить полигон экранирующей земли, он сделан так, чтобы не было земляной петли (хотя, конечно, мог что-то не заметить). Не рекомендую его убирать, ведь хоть цепи питания реле и сигнальные я и старался пересекать под 90 градусов (или хотя-бы под 45), наводки все же могут быть. Далее, резисторы SMD из металлопленки, типоразмер выбран 1206 исходя из максимально допустимого напряжения между контактами (150 Вольт ). Да, оно не будет достигнуто, но все же- не лишним будет перестраховаться. Высота платы- 27,5 мм, что с учетом 0,2 мм экрана будет оставлять еще небольшой запас по высоте на погрешность монтажа.

↑ Сборка

Вот и дошли до самого интересного. Кому как, мне вот всегда хочется быстрее собрать конструкцию, как только ко мне в руки попадает все для этого необходимое. В этот раз было так же, получилось как-то вот так

Радостный я подключил все это добро и… ничего! Не работает, лишь что-то потрескивает. Но не работает ни в какую. Оказалось, что у таких крохотных реле есть подвох- миниатюрная катушка не может развить достаточно мощности для притягивания якоря, потому в конструкции магнитной цепи применяются неодимовые магниты. А, значит, у катушек есть вполне себе конкретная полярность приложения напряжения, о чем и в даташите указано.
Но невнимательность и расторопность сыграли злую шутку со мной. Теперь у меня есть платы старого образца, на которых полярность неверна… Проект-то я переделал и учел вопрос о полярности, именно поэтому приложил вторую версию.

Но и это не беда! Я просто впаял реле на другую сторону, получилось страшно, как 12 часов ночи, но работоспособно.

Паял реле прямо поверх резисторов — дно у реле не проводящее. А вот родная сторона осталась лысой, только лишь со штыревыми линейками

Но работает- проверено! Чуть ниже видео об этом, кстати.

Теперь экран. Не мудрствуя лукаво, я взял медную фольгу толщиной 0,2 мм

Именно ее и именно такую потому, что она достаточно жесткая, после сборки, легко паяется, режется, гнется и выпрямляется. Далее, ~~начеркал всяких похабных надписей~~ начертил развертку прямо на куске фольги, а так как воспитан я был ~~госпланом~~ до развитого капитализма, то начертил прямо посередине!

Затем обрезал все лишнее, сделал надрезы в средней части и ступленным роликовым ножом для пиццы сделал углубления в фольге, по которым будет легче сгибать фольгу.

Заметили появившиеся дырочки? Это дырочки, получившиеся после прикладывания на развертку голой платы переменника. между штыревыми линейками есть отверстие, рассчитанное под пропуск через себя луженой проволоки толщиной 1 мм, отверстие металлизированное и соединяется с полигонами экранирующей земли. Дальше станет понятно, как это все использовать.

Затем, исходя из сомнительных соображений, убрал лишние части развертки. Можно было бы умнее сделать, но импровизация жеж!

Лишние концы проволоки снаружи откусил и края запилил надфилем. К этому всему я рекомендую залить содержимое двухкомпонентым силиконовым наполнителем. Обязательно двухкомпонентным, а не мазать анаэробным силиконовым герметиком. Компаунд-то застынет, а герметик внутри так и будет жидким еще очень долго!

В результате получим такую конструкцию. Хорошо поработали! Какой же я молодец, сам от себя балдею, просто чудо! ?

↑ Программное обеспечение

Именно она устанавливает выходы микросхемы в нужные состояния. Очень просто.

↑ Видео в работе

На этом видео можно оценить громкость переключения релюх. В целом — не бесит. К тому же, конструкция без кожуха, а с кожухом, в корпусе аппарата и тем более если внутри кожуха залить силиконом, звука не будет слышно практически совсем. Ну, немножко только. В общем, смотрите!
Я бы предложил сварить себе предварительно пельменей, или заварить доширак, как советуют многие ютуберы, но видео слишком короткое. Так что откусите козинак, и приятно хрустите во время просмотра! Так вы не заметите, что у видяшки проблема с синхронизацией звука. Не знаю почему так вышло.

↑ Файлы проекта

Да, их несколько. Перво-наперво — проект в Autodesk Eagle. Делалось в версии 9.6.0.
Это вторая, исправленная версия проекта.
🎁digital_pot.zip 49.34 Kb ⇣ 35

А это таблица в Экселе для быстрого пересчета номиналов резисторов! Магия табличного процессора позволяет пересчитать номиналы резисторов исходя из базовой единицы ступени (например, 100 ом), так и исходя из общего сопротивления всех ступеней (т.е. переменника вцелом). В таблице изменяйте только зеленые поля. Так быстро и просто сделать переменник нужного сопротивления.
🎁digital_pot_xls.zip 7.64 Kb ⇣ 32
Да, конечно, таблица простая и не подбирает резисторы из стандартных рядов. Это уже на плечах решивших повторить конструкцию. Просто берите доступный, ближайший к расчетному номиналу и все будет отлично!

Спасибо за внимание!

Камрад, здесь железо для этого проекта

10PCS/Lot IM07-24VDC IM07GR-24VDC 2A/24V SMD New original

10PCS ULN2803ADWR ULN2803A SOP18 New original

PCF8574TS PCF8574 8574TS SSOP-20

Ардуино Pro Mini 16MHz 5V

Резисторы переменного сопротивления, или переменные резисторы являются радиокомпонентами, сопротивление которых можно изменять от нуля и до номинального значения. Они применяются в качестве регуляторов усиления, регуляторов громкости и тембра в звуковоспроизводящей радиоаппаратуре, используются для точной и плавной настройки различных напряжений и разделяются на потенциометры и подстроечные резисторы.

1. Потенциометры.

Потенциометры применяются в качестве плавных регуляторов усиления, регуляторов громкости и тембра, служат для плавной регулировки различных напряжений, а также используются в следящих системах, в вычислительных и измерительных устройствах и т.п.

Потенциометром называют регулируемый резистор, имеющий два постоянных вывода и один подвижный. Постоянные выводы расположены по краям резистора и соединены с началом и концом резистивного элемента, образующим общее сопротивление потенциометра. Средний вывод соединен с подвижным контактом, который перемещается по поверхности резистивного элемента и позволяет изменять величину сопротивления между средним и любым крайним выводом.

Потенциометр представляет собой цилиндрический или прямоугольный корпус, внутри которого расположен резистивный элемент, выполненный в виде незамкнутого кольца, и выступающая металлическая ось, являющаяся ручкой потенциометра. На конце оси закреплена пластина токосъемника (контактная щетка), имеющая надежный контакт с резистивным элементом. Надежность контакта щетки с поверхностью резистивного слоя обеспечивается давлением ползунка, выполненного из пружинных материалов, например, бронзы или стали.

При вращении ручки ползунок перемещается по поверхности резистивного элемента, в результате чего сопротивление изменяется между средним и крайними выводами. И если на крайние выводы подать напряжение, то между ними и средним выводом получают выходное напряжение.

Схематично потенциометр можно представить, как показано на рисунке ниже: крайние выводы обозначены номерами 1 и 3, средний обозначен номером 2.

В зависимости от резистивного элемента потенциометры разделяются на непроволочные и проволочные.

1.1 Непроволочные.

В непроволочных потенциометрах резистивный элемент выполнен в виде подковообразной или прямоугольной пластины из изоляционного материала, на поверхность которых нанесен резистивный слой, обладающий определенным омическим сопротивлением.

Резисторы с подковообразным резистивным элементом имеют круглую форму и вращательное перемещение ползунка с углом поворота 230 — 270°, а резисторы с прямоугольным резистивным элементом имеют прямоугольную форму и поступательное перемещение ползунка. Наиболее популярными являются резисторы типа СП, ОСП, СПЕ и СП3. На рисунке ниже показан потенциометр типа СП3-4 с подковообразным резистивным элементом.

Отечественной промышленностью выпускались потенциометры типа СПО, у которых резистивный элемент впрессован в дугообразную канавку. Корпус такого резистора выполнен из керамики, а для защиты от пыли, влаги и механических повреждений, а также в целях электрической экранировки весь резистор закрывается металлическим колпачком.

Потенциометры типа СПО обладают большой износостойкостью, нечувствительны к перегрузкам и имеют небольшие размеры, но у них есть недостаток – сложность получения нелинейных функциональных характеристик. Эти резисторы до сих пор еще можно встретить в старой отечественной радиоаппаратуре.

1.2. Проволочные.

В проволочных потенциометрах сопротивление создается высокоомным проводом, намотанным в один слой на кольцеобразном каркасе, по ребру которого перемещается подвижный контакт. Для получения надежного контакта между щеткой и обмоткой контактная дорожка зачищается, полируется, или шлифуется на глубину до 0,25d.

Устройство и материал каркаса определяется исходя из класса точности и закона изменения сопротивления резистора (о законе изменения сопротивления будет сказано ниже). Каркасы изготавливают из пластины, которую после намотки провода сворачивают в кольцо, или же берут готовое кольцо, на которое укладывают обмотку.

Для резисторов с точностью, не превышающей 10 – 15%, каркасы изготавливают из пластины, которую после намотки провода сворачивают в кольцо. Материалом для каркаса служат изоляционные материалы, такие как гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, или металл – алюминий, латунь и т.п. Такие каркасы просты в изготовлении, но не обеспечивают точных геометрических размеров.

Каркасы из готового кольца изготавливают с высокой точностью и применяют в основном для изготовления потенциометров. Материалом для них служит пластмасса, керамика или металл, но недостатком таких каркасов является сложность выполнения обмотки, так как для ее намотки требуется специальное оборудование.

Обмотку выполняют проводами из сплавов с высоким удельным электрическим сопротивлением, например, константан, нихром или манганин в эмалевой изоляции. Для потенциометров применяют провода из специальных сплавов на основе благородных металлов, обладающих пониженной окисляемостью и высокой износостойкостью. Диаметр провода определяют исходя из допустимой плотности тока.

2. Основные параметры переменных резисторов.

Основными параметрами резисторов являются: полное (номинальное) сопротивление, форма функциональной характеристики, минимальное сопротивление, номинальная мощность, уровень шумов вращения, износоустойчивость, параметры, характеризующие поведение резистора при климатических воздействиях, а также размеры, стоимость и т.п. Однако при выборе резисторов чаще всего обращают внимание на номинальное сопротивление и реже на функциональную характеристику.

2.1. Номинальное сопротивление.

У зарубежных резисторов предпочтительными числами являются 1,0; 2,0; 3,0; 5.0 Ом, килоом и мегаом.

Допускаемые отклонения сопротивлений от номинального значения установлены в пределах ±30%.

Полным сопротивлением резистора считается сопротивление между крайними выводами 1 и 3.

2.2. Форма функциональной характеристики.

Потенциометры одного и того же типа могут отличаться функциональной характеристикой, определяющей по какому закону изменяется сопротивление резистора между крайним и средним выводом при повороте ручки резистора. По форме функциональной характеристики потенциометры разделяются на линейные и нелинейные: у линейных величина сопротивления изменяется пропорционально движению токосъемника, у нелинейных она изменяется по определенному закону.

Существуют три основных закона: А — Линейный, Б – Логарифмический, В — Обратно Логарифмический (Показательный). Так, например, для регулирования громкости в звуковоспроизводящей аппаратуре необходимо, чтобы сопротивление между средним и крайним выводом резистивного элемента изменялось по обратному логарифмическому закону (В). Только в этом случае наше ухо способно воспринимать равномерное увеличение или уменьшение громкости.

Или в измерительных приборах, например, генераторах звуковой частоты, где в качестве частотозадающих элементов используются переменные резисторы, также требуется, чтобы их сопротивление изменялось по логарифмическому (Б) или обратному логарифмическому закону. И если это условие не выполнить, то шкала генератора получится неравномерной, что затруднит точную установку частоты.

Резисторы с линейной характеристикой (А) применяются в основном в делителях напряжения в качестве регулировочных или подстроечных.

Зависимость изменения сопротивления от угла поворота ручки резистора для каждого закона показано на графике ниже.

Для получения нужной функциональной характеристики большие изменения в конструкцию потенциометров не вносятся. Так, например, в проволочных резисторах намотку провода ведут с изменяющимся шагом или сам каркас делают изменяющейся ширины. В непроволочных потенциометрах меняют толщину или состав резистивного слоя.

К сожалению, регулируемые резисторы имеют относительно невысокую надежность и ограниченный срок службы. Часто владельцам аудиоаппаратуры, эксплуатируемой длительное время, приходится слышать шорохи и треск из громкоговорителя при вращении регулятора громкости. Причиной этого неприятного момента является нарушение контакта щетки с токопроводящим слоем резистивного элемента или износ последнего. Скользящий контакт является наиболее ненадежным и уязвимым местом переменного резистора и является одной из главной причиной выхода детали из строя.

3. Обозначение переменных резисторов на схемах.

На принципиальных схемах переменные резисторы обозначаются также как и постоянные, только к основному символу добавляется стрелка, направленная в середину корпуса. Стрелка обозначает регулирование и одновременно указывает, что это средний вывод.

Иногда возникают ситуации, когда к переменному резистору предъявляются требования надежности и длительности эксплуатации. В этом случае плавное регулирование заменяют ступенчатым, а переменный резистор строят на базе переключателя с несколькими положениями. К контактам переключателя подключают резисторы постоянного сопротивления, которые будут включаться в цепь при повороте ручки переключателя. И чтобы не загромождать схему изображением переключателя с набором резисторов, указывают только символ переменного резистора со знаком ступенчатого регулирования. А если есть необходимость, то дополнительно указывают и число ступеней.

Для регулирования громкости и тембра, уровня записи в звуковоспроизводящей стереофонической аппаратуре, для регулирования частоты в генераторах сигналов и т.д. применяются сдвоенные потенциометры, сопротивления которых изменяется одновременно при повороте общей оси (движка). На схемах символы входящих в них резисторов располагают как можно ближе друг к другу, а механическую связь, обеспечивающую одновременное перемещение движков, показывают либо двумя сплошными линиями, либо одной пунктирной линией.

Принадлежность резисторов к одному сдвоенному блоку указывается согласно их позиционному обозначению в электрической схеме, где R1.1 является первым по схеме резистором сдвоенного переменного резистора R1, а R1.2 — вторым. Если же символы резисторов окажутся на большом удалении друг от друга, то механическую связь обозначают отрезками пунктирной линии.

Промышленностью выпускаются сдвоенные переменные резисторы, у которых каждым резистором можно управлять отдельно, потому что ось одного проходит внутри трубчатой оси другого. У таких резисторов механическая связь, обеспечивающая одновременное перемещение, отсутствует, поэтому на схемах ее не показывают, а принадлежность к сдвоенному резистору указывают согласно позиционному обозначению в электрической схеме.

В переносной бытовой аудиоаппаратуре, например, в приемниках, плеерах и т.д., часто используют переменные резисторы со встроенным выключателем, контакты которого задействуют для подачи питания в схему устройства. У таких резисторов переключающий механизм совмещен с осью (ручкой) переменного резистора и при достижении ручкой крайнего положения воздействует на контакты.

Как правило, на схемах контакты включателя располагают возле источника питания в разрыв питающего провода, а связь выключателя с резистором обозначают пунктирной линией и точкой, которую располагают у одной из сторон прямоугольника. При этом имеется в виду, что контакты замыкаются при движении от точки, а размыкаются при движении к ней.

4. Подстроечные резисторы.

В основной своей массе подстроечные резисторы специальной конструкции изготавливают прямоугольной формы с плоским или кольцевым резистивным элементом. Резисторы с плоским резистивным элементом (а) имеют поступательное перемещение контактной щетки, осуществляемое микрометрическим винтом. У резисторов с кольцевым резистивным элементом (б) перемещение контактной щетки осуществляется червячной передачей.

При больших нагрузках используются открытые цилиндрические конструкции резисторов, например, ПЭВР.

На принципиальных схемах подстроечные резисторы обозначаются также как и переменные, только вместо знака регулирования используется знак подстроечного регулирования.

5. Включение переменных резисторов в электрическую цепь.

В электрических схемах переменные резисторы могут применяться в качестве реостата (регулируемого резистора) или в качестве потенциометра (делителя напряжения). Если в электрической цепи необходимо регулировать ток, то резистор включают реостатом, если напряжение, то включают потенциометром.

При включении резистора реостатом задействуют средний и один крайний вывод. Однако такое включение не всегда предпочтительно, так как в процессе регулирования возможна случайная потеря средним выводом контакта с резистивным элементом, что повлечет за собой нежелательный разрыв электрической цепи и, как следствие, возможный выход из строя детали или электронного устройства в целом.

Чтобы исключить случайный разрыв цепи свободный вывод резистивного элемента соединяют с подвижным контактом, чтобы при нарушении контакта электрическая цепь всегда оставалась замкнута.

На практике включение реостатом применяют тогда, когда хотят переменный резистор использовать в качестве добавочного или токоограничивающего сопротивления.

При включении резистора потенциометром задействуются все три вывода, что позволяет его использовать делителем напряжения. Возьмем, к примеру, переменный резистор R1 с таким номинальным сопротивлением, которое будет гасить практически все напряжение источника питания, приходящее на лампу HL1. Когда ручка резистора выкручена в крайнее верхнее по схеме положение, то сопротивление резистора между верхним и средним выводами минимально и все напряжение источника питания поступает на лампу, и она светится полным накалом.

По мере перемещения ручки резистора вниз сопротивление между верхним и средним выводом будет увеличиваться, а напряжение на лампе постепенно уменьшаться, отчего она станет светить не в полный накал. А когда сопротивление резистора достигнет максимального значения, напряжение на лампе упадет практически до нуля, и она погаснет. Именно по такому принципу происходит регулирование громкости в звуковоспроизводящей аппаратуре.

Эту же схему делителя напряжения можно изобразить немного по-другому, где переменный резистор заменяется двумя постоянными R1 и R2.

Ну вот, в принципе и все, что хотел сказать о резисторах переменного сопротивления. В заключительной части рассмотрим особый тип резисторов, сопротивление которых изменяется под воздействием внешних электрических и неэлектрических факторов — нелинейные резисторы.
Удачи!

Цифровые и механические потенциометры: отличия

Хотя пользователи отмечают, что функционал обычных резисторов и ЦП сопоставим, по техническим параметрам и надежности у последних потенциал намного выше.

ЦП и ПР — взаимозаменяемые резисторы с широкими разбегом сопротивления. Но есть у них и отличия:

Механические потенциометры могут выдерживать большие нагрузки напряжения и успешно рассеивать мощность. Но со временем они изнашиваются, при этом их технические показатели ухудшаются. Связаны подобные изменения с особенностью конструкции ПР. Цифровым аналогам это не грозит, так как у них отсутствуют механические части, которые первыми подвергаются износу, разбалтываются или меняют форму.
Механические резисторы очень чувствительны к встряскам и ударам, а их подвижный элемент со временем может окислиться, что также сказывается на сроке эксплуатации. ЦП состоит из нескольких микросхемных переключателей (КМОП), что делает его устойчивым к различным воздействиям — ударам, изменениям в окружающей среде, износу и другому.

Таким образом, вполне логично, что во все виды современных электронных устройств встраиваются цифровые потенциометры.

Что нужно учесть при выборе ЦП

При необходимости купить цифровой потенциометр следует знать, на какие его параметры обращать внимание. Среди них:

Уровень входного сигнала (напряжение).
Максимальный показатель мощности и тока.
Импеданс (показатель полного сопротивления).
Уровень разрешения.
Количество каналов.
Линейность сопротивления.
Положение при включении.
Наличие или отсутствие энергозависимой памяти.
Интерфейс резистора.
Размер устройства.

Отдавать предпочтение нужно тому ЦП, параметры которого больше всего подходят под конкретную задачу. Например, последний показатель крайне важен для приложений и схем, критически ограниченных по размеру. Хотя некоторые пользователи отмечают, что можно сделать подобный потенциометр своими руками, такая работа не стоит затраченного времени и сил. В продаже настолько большой выбор ЦП, да еще по доступной цене, что можно подобрать для любых целей и устройств.

Главные параметры ЦП

Самым важным показателем данного вида резистора является количество шагов, то есть коммутируемых отводов. Чаще всего оно соотносится к степени числа 2. Наиболее распространенными являются ЦП от 32 до 256 шагов.

Также при выборе устройства важным параметром считается полное сопротивление. В продаже чаще всего можно встретить резисторы с показателями 10 кОм, 50 кОм и 100 кОм.

Также нужно уделить внимание показателю максимального напряжения на выводах, в крайнем положении, посмотреть на уровень допустимого тока, нелинейность, температурный коэффициент и рассеивающую мощность.

Показатели устройств могут отличаться у разных производителей, так что подбирать лучше, исходя из потребностей аппаратуры, для которой они применяются. Ниже приведена таблица с параметрами, характеристиками и особенностями потенциометров.

Плюсы цифровых потенциометров

Если сравнивать механические или другие виды резисторов с цифровыми их аналогами, то у последних есть ряд преимуществ. Среди них:

Цифровые потенциометры не содержат подвижные механические элементы, которые требуют специальной настройки и теряют точность при ударах.
ЦП отличаются высокой надежностью. Им не страшна вибрация или шумовые волны.
Цифровые резисторы успешно работают в условиях малого тока.
Электронный потенциометр не имеет специальных отверстий для регулировки настроек, которые в обычных устройствах нужно открывать отверткой.
ЦП быстро настраиваются.
Отличаются точностью регулировки.
При включении питания первоначально заданное положение ЦП может быть загружено из энергозависимой памяти.
Можно использовать сразу несколько цифровых потенциометров, встроенных в один корпус. При этом относительное отклонение в показателях будет составлять не более 1 %.
Габариты корпусов цифровых резисторов очень малы, что позволяет их применять в картах памяти для компьютеров, ноутбуков, телевизоров и другой аппаратуры, например, PCMCIA или аналогичных им. Чаще всего это тонкие малогабаритные корпуса (TSSOP) или SOT-23.
Цена ЦП ниже лучших версий переменных резисторов.

Все эти параметры определяют выбор потребителей и производителей электронной техники в пользу цифровых потенциометров.

Наличие энергонезависимой памяти

Это очень важный параметр. Простые переменные резисторы после настройки сохраняют регулировочные параметры. У цифровых все обстоит иначе: как только происходит выключение, заданные настройки сбрасываются. При следующем подключении ЦП возвращается в положение, введенное изначально (заводские настройки, например). Первоначальные параметры зависят от типа резистора.

В системе с цифровым потенциометром часто устанавливается микропроцессор, способный загружать нужные для восстановления регулировок коды. При его отсутствии следует использовать резистор с энергозависимой памятью.

Эта встроенная функция позволяет единожды установить нужные параметры, а при последующих выключениях/включениях аппарата восстанавливать их. Сегодня большинство производителей, например, Catalyst или Xicor изготавливают ЦП исключительно с программируемой памятью.

Есть даже цифровые резисторы с возможностью запоминания до 4-х настроек, что весьма полезно, если устройство работает сразу в нескольких режимах или в условиях предустановки. Количество памяти может быть разным в зависимости от назначений ЦП. Так, резистор DS1845/46 обладает памятью 256 Б.

Разбег допустимых напряжений

Особенностью цифровых потенциометров является то, что их нельзя подключать к цепи, показатель которой выше допустимого для них напряжения. Этот параметр не должен выходить за рамки напряжения ЦП. Для большинства имеющихся на рынке цифровых резисторов он находится в диапазоне от 0 до 5 В. ЦП можно использовать лишь в цепях с таким же напряжением питания.

Правда, существуют варианты, напряжение на выводах которых больше, чем в питании. Так, электронный потенциометр X9312 имеет питание +5 В, но способен принять +15 В.

Также есть резисторы с двухполярным типом питания, например, ±5 В. Как отмечают некоторые пользователи, двухполярное питание при подаче управляющих сигналов относительно отрицательного напряжения, можно подавать и на обычный ЦП.

Зависимость от ТКС

Температурный коэффициент сопротивления — важный параметр. Он достаточно большого диапазона, так как резисторы изготавливаются из поликристаллического кремния, который обладает положительным ТКС. Абсолютное значение температурного коэффициента равен 300–800 ppm/град.

Его нужно учитывать, когда ЦП применяется в качестве делителя напряжения или трехполюсника, так как показатель первого обладает небольшим температурным коэффициентом — всего 20 ppm/град.

Возможные помехи

Они могут появиться в связи с тем, что в ЦП проникают посторонние сигналы с управляющих входов в цепь. Это происходит из-за наличия в них емкостей, например, между каналами или затвором полевого ключа.

Такие помехи практически незаметны там, где регулировка проводится редко, но, например, при установке силы громкости они нежелательны. Для устройств, в которых ЦП должны настраиваться, часто бывают нужны специальные электронные резисторы для устранения подобных помех, например, glitchless-регуляторы.

Сферы применения ЦП

В цифровых (электронных) усилителях. Эти приборы применяются для усиления электрической мощности.
В источниках опорного напряжения. ИОНы устанавливаются во все измерительные приборы и являются их основным узлом. Цифровой потенциометр в их схеме обеспечивает точность настроек.
В системах регулировки громкости в любых акустических устройствах.
В операционных усилителях (ОУ) для смещения напряжения к нулю.
В стабилизаторах напряжения для его регулировки.
В устройствах или схемах для измерения уровня сопротивления электротока для настройки мостов.
Для настройки частоты, регулировки усиления или ослабления звука в полосовых фильтрах. ЦП необходим для калибровки системы колебаний.
В измерительных приборах с датчиками усиления сигнала для регулирования полной шкалы и ее смещения.
В генераторах импульсов с несимметричным типом сигнала для регулирования их частоты.
В широкополосных регулируемых ВЧ аттенюаторах для регулирования Pin-диодов. Последние отвечают за защиту радиоаппаратуры от нежелательных СВЧ-импульсов.
В ЖК-индикаторах для регулирования контрастности.

Чаще всего ЦП применяют в качестве настройщиков громкости в смартфонах, в multimedia, в небольшого размера переносной аппаратуре. Для использования в высококачественных регуляторах есть специализированные ЦП, например, CS3310 от Crystal или AD7111 от Analog Devices.

Примеры использования

Ниже приведен пример использования и управления 6-канальным ЦП AD5206 при помощи платы Arduino. Устройство предназначено для регулирования яркостью диодов. При этом используется связь SPI. Для настройки резисторов нужны:

Плата Arduino.
ЦП AD5206.
Светодиоды (6 шт.).
Перемычки и макетная плата.

Ниже представлена схема AD5206, ее распиновка и назначение выводов.

Данный цифровой потенциометр оснащен 6-ю переменными резисторами, для каждого из которых в корпусе отведено по 3 вывода. У отдельных потенциометров выводы обозначены A1, B1 и W1.

В данном примере все 6 потенциометров используются в роли делителя напряжения. Для чего 1 крайний вывод (А) подключается к питанию, а второй (В) — к шине земли. Wiper (или средний) берет изменяющееся напряжение.

При таком подключении AD5206 создает сопротивление в 10 кОм, которое изменяется в 255 шагов.

Ниже приведена схема подсоединения.

ЦП для программирования в схемах

Если цифровые потенциометры используются для программирования различных уровней в схемах или для калибровки в устройствах датчиков, то именно их состояние определяет скорость и точность регулировки при подключении к питанию.

В продаже есть много разных видов ЦП, отличающихся возможностями пользовательской настройки состояния при включении, но основных категорий лишь две:

Энергонезависимые кристаллические резисторы, у которых есть элемент памяти. Именно последний фиксирует положение движка при подключении устройства.
Энергозависимые. Эти виды ЦП не обладают памятью, поэтому в них движок занимает положение нулевое, среднее или верхнее при подключении к питанию в зависимости от их конструкции. Чтобы установить его правильно, следует изучить инструкцию с техническими параметрами.

Первые варианты ЦП можно разделить на 3 вида по используемому в них типу памяти:

Электрически стираемые или перепрограммируемые (EEPROM). В них данные могут стираться и заново записываться неограниченное количество раз.
С однократной программой.
Многократно программируемые.

Подобное разделение помогает подобрать оптимальный вид потенциометра под конкретную схему или систему. Так, в аппаратуре, где необходима постоянная (частая) настройка, например, звука в аудиосистеме, можно установить энергозависимый вариант.

Если в устройстве нужно настроить один раз параметры для его использования, например, заводские настройки, то подойдет тип с ОРТ. Он остается неизменным на все время его эксплуатации.

Цифровой потенциометр способен принять только ту амплитуду сигнала, которая заложена в рамках его верхнего и нижнего показателя напряжения питания. Если планируется применить его для проведения переменного тока, то лучше воспользоваться резисторами с двухполярным питанием.

Заключение

Как уже было сказано, цифровые потенциометры замещают механические и другие виды резисторов при создании регулируемых систем. Тем самым вся схема (или узел) устройства становится более надежной, долговечной, ей не страшны встряски, падения, окисление элементов, как это происходит в механических аналогах. Также ЦП незаменимы в платах или схемах крайне малого размера, например, картах памяти.

Чтобы подобрать нужный вариант, следует внимательно изучить параметры и область применения цифровых потенциометров. Именно совокупность первых и уровень их влияния на качество и эффективность ЦП должны быть решающим фактором при покупке.

Читайте также: