電位器的全面解析

什么是電位器？

電位器（Potentiometer），簡稱“Pots”，是工程師中常用的稱謂，實(shí)際上是一種帶有機(jī)械調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的電阻器，可以手動(dòng)調(diào)節(jié)其阻值。電阻器本身提供固定的阻值，用于阻止或“限制”電路中的電流流動(dòng)。而電位器的本質(zhì)是一種可變電阻。

電位器的工作原理是通過分壓器調(diào)節(jié)輸出電壓，并能夠精確測量（即“計(jì)量”）電勢，這也是“電位器”名稱的由來。它們產(chǎn)生的輸出信號(hào)與電刷在電阻元件上的物理位置成比例，具有連續(xù)可變性。作為被動(dòng)元件，電位器無需額外電源或電路即可運(yùn)行。

電位器的簡史

在19世紀(jì)初電力研究和開發(fā)快速發(fā)展的背景下，許多人開始探索控制設(shè)備或電路電量的方法。然而，直到1841年，電位器的概念才被提出。1872年，托馬斯·愛迪生（Thomas Edison）發(fā)明了首個(gè)實(shí)用的碳電位器。

現(xiàn)代電位器的體積更小，精度更高，根據(jù)應(yīng)用需求有多種類型和封裝形式。它們廣泛用于調(diào)節(jié)亮度、音量、音頻信號(hào)以及視頻亮度和顏色，同時(shí)也可作為位置傳感器使用。

電位器如何工作？

旋轉(zhuǎn)式電位器的內(nèi)部工作原理

物體的電阻取決于多個(gè)因素，其中之一是長度。當(dāng)材料和橫截面相同時(shí)，長度為10厘米的物體電阻是長度為20厘米的物體電阻的一半。電位器利用了這一原理。通過調(diào)整滑動(dòng)觸點(diǎn)在均勻電阻元件上的線性或旋轉(zhuǎn)位置，電位器可以改變電流路徑的長度，從而調(diào)節(jié)輸出。

輸入電壓施加在整個(gè)電阻元件上，輸出電壓則是固定電阻元件與滑動(dòng)觸點(diǎn)間的電壓降?；瑒?dòng)觸點(diǎn)的位置決定了施加到電路上的輸入電壓。

由于電位器需要耗散輸入功率，它們很少用于控制超過1瓦的功率，因?yàn)檫^高的功率會(huì)導(dǎo)致不可接受的發(fā)熱。相反，電位器通過調(diào)整模擬信號(hào)控制其他元件。例如，簡單的燈光調(diào)節(jié)器通過電位器控制三端雙向可控硅（TRIAC）來調(diào)節(jié)燈光亮度。

電位器的類型

電位器主要分為兩大類：模擬電位器和數(shù)字電位器。

• 模擬電位器：通過手動(dòng)操作機(jī)械元件來控制輸出，通常分為線性和旋轉(zhuǎn)兩種形式：

• 旋轉(zhuǎn)電位器：通過旋轉(zhuǎn)旋鈕或軸改變電阻和輸出。無軸版本則使用螺絲刀進(jìn)行調(diào)節(jié)，通常稱為微調(diào)電位器（Trimmer）。

• 線性電位器：通過滑動(dòng)方式改變電阻，適用于需要線性關(guān)系的應(yīng)用。

• 數(shù)字電位器：通過數(shù)字信號(hào)調(diào)節(jié)輸出，無需機(jī)械操作。本文重點(diǎn)討論模擬電位器。

模擬電位器的其他類型

根據(jù)應(yīng)用需求，模擬電位器還包括以下子類型：

• 預(yù)設(shè)和微調(diào)器：小型電路板安裝器件，用于調(diào)試和校準(zhǔn)。

• 雙聯(lián)電位器：單軸上組合兩個(gè)電位器，可同時(shí)調(diào)節(jié)兩路信號(hào)。

• 伺服電位器：連接旋轉(zhuǎn)軸（如電機(jī)）的電位器，用于位置檢測。

• 對(duì)數(shù)電位器：阻值呈對(duì)數(shù)變化，常用于音量調(diào)節(jié)。

• 同軸電位器：兩個(gè)旋轉(zhuǎn)電位器同軸安裝，用于多功能控制。

• 滑動(dòng)電位器：通過滑動(dòng)調(diào)整阻值，適用于混音器或均衡器。

• 電動(dòng)滑動(dòng)電位器：由小型直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，用于自動(dòng)化控制。

• 單圈與多圈電位器：分別適用于普通和高精度應(yīng)用。

電位器與變阻器的區(qū)別

電位器是三端元件，通常用于電壓控制；變阻器是兩端元件，用于電流控制。電位器通過斷開一端可用作變阻器。變阻器多為高功率線繞電阻，用于燈具或電機(jī)的高電流控制。

電位器與旋轉(zhuǎn)編碼器

旋轉(zhuǎn)編碼器將軸的角位移轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，與電位器在結(jié)構(gòu)和用途上有所不同。電位器是模擬設(shè)備，易于設(shè)置，而旋轉(zhuǎn)編碼器為數(shù)字設(shè)備，精度高，但需要額外電路翻譯信號(hào)。

電位器的性能參數(shù)

• 阻值：電位器的總電阻值。

• 額定功率：最大可承受功率。

• 分辨率：精度，取決于電刷的移動(dòng)。

• 滑動(dòng)噪聲：內(nèi)部接觸產(chǎn)生的電噪聲。

• 溫度系數(shù)：阻值隨溫度變化的程度。

• 機(jī)械壽命：循環(huán)次數(shù)。

電位器的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)包括設(shè)計(jì)簡單、成本低、操作便捷、阻值范圍廣等；缺點(diǎn)則是帶寬有限、易磨損以及可能產(chǎn)生電噪聲。

常見應(yīng)用

如前所述，電位器常用于音頻和視頻設(shè)備或系統(tǒng)中，用來控制音量、亮度、對(duì)比度和顏色等參數(shù)。它們還可用于測試設(shè)備中的電壓測量，以及過程控制和自動(dòng)化系統(tǒng)中的位置傳感。電位器的靈活性以及用作變阻器的可能性，使其不僅局限于這些常見應(yīng)用，還擴(kuò)展到了幾乎所有模擬和許多數(shù)字應(yīng)用中。只要需要主動(dòng)控制電路或從電路接收反饋，電位器都可以作為一個(gè)備選方案。

總結(jié)

電位器是一種結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單的設(shè)備，采用成熟的技術(shù)，能夠在多種電子或電氣設(shè)備和系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)電壓控制或測量功能。它們還能夠?qū)€性或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行精確的傳感和測量。由于其多樣化的封裝形式、額定值、尺寸和設(shè)計(jì)，電位器可適配于廣泛的不同應(yīng)用。
Same Sky 提供多種電位器選擇，包括旋轉(zhuǎn)式和微調(diào)式，阻值范圍廣泛，能夠滿足多種需求。