全方位分析電位器基本知識

電位器是一種通用的機電元件, 在儀器儀表和各種電子設(shè)備中已獲得廣泛應用。電位器是電阻值可以調(diào)節(jié)變化的電阻，是一種可調(diào)的電子元件。它是由一個電阻體和一個轉(zhuǎn)動或滑動系統(tǒng)組成。當電阻體的兩個固定觸點之間外加一個電壓時，通過轉(zhuǎn)動或滑動系統(tǒng)改變觸點在電阻體上的位置，在動觸點與固定觸點之間便可得到一個與動觸點位置成一定關(guān)系的電壓。

在家用電器和其他電子設(shè)備電路中，電位器的作用是用來分壓、分流和用來作為變阻器。常用于阻值經(jīng)常調(diào)整且要求阻值穩(wěn)定可靠的場合，在電路中主要通過改變阻值來調(diào)節(jié)電壓和電流的大小，常用于各類需調(diào)整工作點、頻率點的電子產(chǎn)品中。

電位器的結(jié)構(gòu)

電位器通常有三個引出端子，其中有兩個固定端，固定端之間的阻值最大，為電位器的標稱值;另一端子為活動端子，通過改變活動端子與固定端子間的位置，可以改變相應端子間的電阻值。其典型電位器基本結(jié)構(gòu)如下圖所示，均由電阻體、滑動臂、轉(zhuǎn)軸、外殼和焊片構(gòu)成。它有三個引出端，其中 AC 兩端電阻值最大， AB 、 BC 之間的電阻值可以通過與轉(zhuǎn)軸相連的簧片位置不同而加以改變。

電位器的分類

從構(gòu)造形式來看, 電位器可分為線繞電位器和非線繞電位器兩大類：

1、線繞電位器是將電阻絲繞在金屬、陶瓷和塑料骨架上作為電阻元件, 具有電阻溫度系數(shù)低, 電阻值穩(wěn)定性好, 功率負荷性大,工作壽命長等優(yōu)點。但線繞電阻元件的主要缺陷是分辯力有一定階梯性, 同時多圈的電阻元件的感抗會呈現(xiàn)隨頻率增加而增加, 因此高頻性能差。此外, 還存在總阻值范圍窄等缺點。

2、非線繞電位器有合成膜電位器、玻璃釉電位器、導電塑料電位器等。

1)合成膜電位器是將炭黑、石墨和有機粘合劑、填充料等混合制成的漿料采用多種方法(如絲網(wǎng)印刷) 涂覆在基體上再經(jīng)固化而制成的電阻膜作為電阻體。合成碳膜電位器能大規(guī)模生產(chǎn), 價格便宜, 調(diào)節(jié)時噪聲較小, 優(yōu)越的高頻性能, 還具有較小的電感量和分布容量, 且工作壽命長, 很少突然發(fā)生嚴重損壞, 總阻值范圍寬廣。線路設(shè)計人員總是首先想到選用碳膜電位器來作為在電子線路中改變電阻的經(jīng)濟方法。但合成碳膜電位器的總電阻值隨時間和溫度變化較大, 抗潮濕的能力較差, 碳膜電阻元件的接觸電阻較大。

2)玻璃釉電位器是將金屬(或其氧化物) 粉、玻璃釉等混合而成的漿料采用絲網(wǎng)印刷等方法涂覆在陶瓷基體上, 經(jīng)烘干、高溫燒結(jié)而成的電阻膜作為電阻體。其優(yōu)點有:總電阻值范圍寬廣, 且有很高的分辯力和良好的穩(wěn)定性, 噪聲小, 頻率響應非常好, 遠遠超過100MHz。電阻溫度系數(shù)較小, 電阻元件表面堅硬而耐磨, 工作壽命長。玻璃釉電阻元件越來越廣泛地應用于預調(diào)電位器中。

3)導電塑料電位器是將炭黑、石墨和超細金屬粉、DA P 樹脂和交聯(lián)劑等混合而成的漿料采用絲網(wǎng)印刷等方法涂覆在陶瓷或特制塑料基體上而成的電阻膜作為電阻體。優(yōu)點是接觸電阻變化小, 工作壽命很長。因為表面特別光滑, 所以分辨力非常高, 即使動觸點在電阻體上循環(huán)運動數(shù)百萬次后, 仍不會產(chǎn)生明顯的摩擦力和磨損。對電阻元件加以修刻, 可使其線性度達01001 的水平。動態(tài)噪聲非常小, 有良好的高頻工作性能, 適用于高增益伺服系統(tǒng)中。但導電塑料電位器耐潮濕性能較差, 穩(wěn)定性不如玻璃釉電位器, 動觸點額定電流小, 溫度系數(shù)介于線繞電位器和玻璃釉電位器之間。

另外, 非線繞電位器還有金屬膜電位器、金屬體(箔) 電位器、有機實芯電位器、無機實芯電位器等。

電位器的電氣參數(shù)

總電阻值

定義為電位器兩終端(1, 3 端) 之間的電阻值。標定任何電位器時, 都需要規(guī)定標稱阻值。同時應規(guī)定標稱阻值的允許偏差, 而總電阻值應在允許偏差范圍內(nèi)。

測量總電阻值時, 一般采用數(shù)字歐姆表。在電位器有機械止檔時, 動觸點應盡可能靠近一個終端引出端。如果是連續(xù)旋轉(zhuǎn)的電位器, 應將動觸點調(diào)節(jié)到與電阻元件工作段完全脫離為止。標準測試還規(guī)定了測量總電阻值的最高(直流) 電壓, 以限制電阻體在測量過程中溫度無明顯上升。

終端電阻(零位電阻)

定義為當動觸點位于鄰近的止檔時, 動觸點引出端與該終端引出端之間獲得的最小阻值。連續(xù)旋轉(zhuǎn)的電位器沒有止檔, 不規(guī)定終端電阻。

測量終端電阻時, 施加到電位器上的電壓應使動觸點電流不超過產(chǎn)品標準中規(guī)定的極限值。當動觸點位于止檔位置時, 1, 2 兩引出端之間的最小電阻值稱為前終端電阻,2, 3 兩引出端之間的最小電阻值稱為后終端電阻。

接觸電阻變化

定義為動觸點在規(guī)定的速度下移動時,動觸點與電阻體之間阻值的變化。接觸電阻是由于動觸點與電阻元件接觸不良引起的,表面金屬氧化物, 硫化物等都能在觸點或電阻元件表面形成, 這些薄膜起著絕緣層的作用, 并形成接觸電阻。

接觸電阻會隨測量電流的大小而變化。接觸電阻變化還與元件的材料、動觸點材料、接觸表面狀況及動觸點與電阻元件的接觸壓力有關(guān)。

電阻溫度系數(shù)

定義為在規(guī)定的環(huán)境工作溫度范圍內(nèi), 給定的兩個溫度之間, 阻值的相對變化除以引起該變化的溫差及變化前的總電阻值(平均溫度系數(shù)) , 通常以10- 6℃- 1為單位。電阻溫度系數(shù)主要取決于電阻元件的材料和部件本身的具體結(jié)構(gòu)。

額定功率

定義為在規(guī)定條件下能夠耗散的最大功率。它是在最低環(huán)境溫度到額定環(huán)境溫度范圍內(nèi), 能保證電位器連續(xù)正常工作的功率最大值。額定功率P = I 2R = U 2?R 。最大額定功率為線路設(shè)計人員說明電位器能夠安全耗散而不致?lián)p壞的功率數(shù)值, 各個具體電位器的使用方式會影響額定功率的最大允許耗散值。

對于多數(shù)電位器來說, 額定功率的最大值是指當電位器作為分壓器使用的情況。因此, 在電位器的輸入端加上電壓時, 通過動觸點的負載電流值是不大的。電位器制造廠一般采用如圖所示的降功耗曲線。

圖中當環(huán)境溫度在t1 和tmax之間的允許耗散功率由連接A、B 兩點的直線所構(gòu)成的減負荷特性加以規(guī)定。而環(huán)境溫度在tm in和t1 之間的溫度下最大允許耗散功率均為額定功率。

完整的額定功率的技術(shù)規(guī)范, 應規(guī)定安裝條件, 周圍環(huán)境是靜止空氣還是強迫對流。通常是用標準的安裝方法使給定的電位器放置在靜止空氣中的允許值。當電位器需要安裝在靠近發(fā)熱元件如功率晶體管、變壓器、大功率電阻等或鄰近另一電位器時, 應當減少允許耗散功率。

產(chǎn)品上和性能數(shù)據(jù)表上規(guī)定的額定功率適用于電位器作分壓器用的情況。此時, 耗散功率可認為是沿整個電阻元件均勻分布的。

而當電位器作變阻器或兩引出端連接方式應用時, 對應動觸點某一給定的調(diào)節(jié)位置,只有一部分電阻元件是消耗功率的, 而且流過電阻元件的電流全部流過動觸點電路, 而動觸點和電阻元件之間的壓力接觸點并不總是能夠承受像電阻元件單獨承受的那樣大的電流。分壓器式接法的額定功率是假定動觸點電流可忽略不計的, 因此對于變阻器式接法, 必須限制其動觸點電流的最大允許值Im= P?R T。式中P 為最大耗散功率; R T 為總電阻值。采用這個最大電流極限值, 即可保證電位器的最大功率不被超過。

電阻變化規(guī)律

定義為電位器輸出電壓(V 122或V 223) 與輸入電壓(V 123) 的比值與動觸點所處機械位置(對于旋轉(zhuǎn)電位器是指轉(zhuǎn)角) 之間的關(guān)系。

通用電位器的電阻規(guī)律有如下幾種： 直線規(guī)律、對數(shù)規(guī)律、反轉(zhuǎn)對數(shù)規(guī)律、超對數(shù)規(guī)律。

耐久性

機械耐久性(耐磨壽命)：

在規(guī)定的試驗條件下, 使電位器性能的降低程度保持在技術(shù)規(guī)范允許范圍內(nèi)時, 電位器驅(qū)動機構(gòu)得到的運轉(zhuǎn)周數(shù)(動觸點沿電阻元件工作道往返運行一次為一周)。

電氣耐久性：在規(guī)定的負荷和動觸點不運動的試驗條件下, 電位器能連續(xù)正常工作而其性能保持在技術(shù)規(guī)范允許范圍內(nèi)的時間。按IEC 規(guī)定, 電位器的電氣耐久性為1 000 h。

絕緣電壓

定義為在連續(xù)正常工作的條件下, 可以施加在電位器引出端和其外部導體之間的最大峰值電壓。對于多聯(lián)電位器來說, 應在每一聯(lián)引出端和其他各聯(lián)的引出端之間進行測量。在正常氣壓下絕緣電壓值應不小于電阻體極限電壓的 1.42 倍。

耐電壓

定義為加在電位器引出端和其外部導體之間; 多聯(lián)電位器應在每一聯(lián)的引出端和其他各聯(lián)的引出端之間; 帶開關(guān)電位器的開關(guān)引出端與電位器引出端和其外部導體之間的交流電壓(頻率為40～ 60Hz) 施加1 m in, 不應發(fā)生損傷、火花、絕緣破壞?？蓪⒏饕龆艘黄疬B接起來進行測量。耐電壓通常為交流100～1 000V , 對于具體產(chǎn)品, 其耐電壓在產(chǎn)品標準中給出。

電位器型號命名及種類

根據(jù)國標規(guī)定，電位器型號命名由四個部分構(gòu)成：

例如：WNM107表示直滑式精密類無機實芯電位器、WXJ2表示單圈旋轉(zhuǎn)精密類線繞電位器、WH122表示合成碳膜電位器。

線繞電位器

線繞電位器是用康銅絲和鎳鉻合金絲繞在一個環(huán)狀支架上制成的，其特點是：功率大、耐高溫、熱穩(wěn)定性好且噪聲低，它的阻值變化是線性的，通常用于大電流調(diào)節(jié)電路中，由于電感量大，不宜用在高頻電路場合。

碳膜電位器

碳膜電位器的電阻體是在絕緣基體上蒸涂一層碳膜制成的，其特點是：結(jié)構(gòu)簡單、絕緣性好、噪聲小且成本低，廣泛用于家用電子產(chǎn)品中。

單圈和多圈電位器

普通電位器和一些精密電位器大部分多為單圈電位器，而多圈電位器的結(jié)構(gòu)有兩種：一是電位器的動接點沿著螺旋形的繞組作螺旋運動來調(diào)節(jié)阻值、二是通過蝸輪、蝸桿來傳動，電位器的接觸刷裝在輪上并在電阻體上作圓周運動。多圈電位器屬于精密電位器，具有線性優(yōu)良、能進行精細調(diào)整等優(yōu)點，廣泛用于對電阻進行精密調(diào)整的場合。

單聯(lián)和雙聯(lián)電位器

單聯(lián)電位器具有獨立的轉(zhuǎn)軸，而雙聯(lián)電位器是兩個電位器裝在同一個軸上，即同軸雙聯(lián)電位器，它可以減少電子元件個數(shù)，美化電子設(shè)備的外觀。

有機實芯電位器

有機實芯電位器由導電材料與有機填料、熱固性樹脂配制成電阻粉，經(jīng)過熱壓，在基座上形成實芯電阻體，其特點是：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、耐高溫、阻值范圍寬、可靠性高，缺點是耐壓低、噪聲大。

導電塑料電位器

導電塑料電位器是將DAP(鄰苯二甲酸二稀丙脂)電阻漿料覆在絕緣機體上，加熱聚合成電阻膜，或?qū)AP電阻粉熱塑壓在絕緣基體的凹槽內(nèi)形成的實芯體作為電阻體，其特點是：平滑性好、耐磨性好、壽命長、噪聲小、可靠性極高、耐化學腐蝕。常用于宇宙裝置、導彈、飛機雷達天線的伺服系統(tǒng)等。