Существуют ли «бесщеточные» потенциометры?

Как получить максимальную отдачу от потенциометра?

Во многих прецизионных малошумящих конструкциях начинать с того, что сигнал проходит через переднюю панель, — плохая идея. Так что, по крайней мере, управляющий элемент должен просто выдавать сигнал напряжения, который управляет усилителем/аттенюатором, управляемым напряжением. С потенциометрическим источником вы можете буферизовать и фильтровать сигнал управления низкими частотами, чтобы свести к минимуму эффекты выпадения вайпера.

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Здесь опорное напряжение питает потенциометр. Переменное сопротивление стеклоочистителя моделируется Rw, которое может варьироваться на 9 порядков, но в основном является «низким» и имеет порядок Ома. R2 поддерживает постоянную времени выше 50 мс. Поскольку R2>>R1, влияние R1 невелико. C2 образует фильтр нижних частот с R1+R2, но также действует как удерживающий конденсатор. U2 — это операционный усилитель, работающий в неинвертирующем режиме, поэтому его вход имеет очень высокое сопротивление. Выход U2 идет на усилитель, управляемый напряжением.

C2 должен быть с малой утечкой и диэлектриком NP0 или пластиком, а U2 должен иметь входной каскад на полевых транзисторах или CMOS. Так что не используйте 741 для U2, ожидая, что он будет работать так же хорошо, хотя он все равно будет работать лучше, чем голый потенциометр.

Если провод от R1 к цепи длинный, вам может понадобиться защитный экран. Тем не менее, необходимы некоторые эксперименты, чтобы обеспечить стабильность схемы, поскольку емкость экран-сигнал добавляет в систему положительную обратную связь.

Это уже дает вам гораздо лучшую схему, чем использование потенциометра непосредственно на сигнале. Даже с достаточно короткой постоянной времени 50 мс можно избавиться от потрескивания даже на самых нелепо грязных потенциометрах. Вы всегда можете обменять время отклика на нечувствительность к потрескиванию.

Маршрутизация звука на передние панели обычно является кошмаром электромагнитных помех, и зачастую сделать это должным образом совсем недешево.

Усиление, регулируемое напряжением

Хороший недорогой усилительный элемент с регулируемым напряжением можно изготовить, используя фоторезистор, подсвечиваемый светодиодом. Фоторезисторы, если их выбрать, могут иметь очень низкий коэффициент сопротивления по напряжению и, следовательно, очень низкие искажения, безусловно превосходящие большинство простых схем умножителей на порядок или более. Они доступны как автономные блоки, известные как Vactrols, от Excelitas . Их нужно применять с некоторой осторожностью, так как вы не хотите превышать 100 мВ на фоторезисторе, но в остальном это удивительно мощные устройства примерно по 5 долларов за штуку.

Есть достойные интегральные усилители, управляемые напряжением, такие как недавно купленный (к сожалению) SSM2018 или более новые AD8338, THAT2181 и т. д.

Как насчет подвижного контакта?

Если у вас все еще есть механическая мышь, откройте ее. Выньте мяч и посмотрите на ролики. Неизменно они будут покрыты затвердевшим следом грязи. Катящийся контакт — это еще не все, чем он может быть, если вы не можете достаточно хорошо контролировать окружающую среду. Скользящие контакты обладают свойством самоочищения. Роликовые контакты в потенциометре будут иметь прямо противоположное поведение - они будут самозагрязняться . Это было бы очень плохой идеей.

В механике есть еще один аспект, который вы, кажется, забываете: контакт качения прекрасно концентрирует напряжения и требует достаточно твердых поверхностей для предотвращения износа. Довольно сложно сделать резистивный датчик с низким энергопотреблением, поверхность которого должна соприкасаться с металлическим шариком/роликом, и при этом иметь хоть какой-то ожидаемый срок службы.

Если вас действительно не волнует мощность схемы, вы можете сделать резистивную дорожку С-образной формы из закаленной стали. Подайте на него пару ампер в импульсах, используйте схему выборки и хранения, чтобы получить амплитуду импульса, и все готово. Он будет работать до тех пор, пока вы поместите его в пыленепроницаемый корпус. Обратите внимание, что защита от пыли обычно сложнее, чем защита от воды (!).

Вкратце: вращающийся контакт, пожалуй, худшее, что вы когда-либо могли пожелать от дворника с потенциометром.

Итак, какие еще есть варианты?

Вы можете получить сигнал из других источников. Все они работают путем преобразования угла вала в напряжение с использованием различных методов. Я представляю их в произвольном порядке.

Бесконтактные потенциометры

Предположим, вы начинаете с базовой С-образной резистивной дорожки потенциометра. Выбирайте крупную, чтобы с ней было легко работать. Откройте его. Согните стеклоочиститель так, чтобы он приподнялся над направляющей, но совсем немного. Подайте на дорожку сигнал переменного тока, скажем, прямоугольную волну 1 МГц, с другим концом дорожки на 0 В. Стеклоочиститель имеет емкостную связь с дорожкой и улавливает сигнал, амплитуда которого пропорциональна положению на дорожке. Вам нужно будет настроить его, чтобы избавиться от наихудших паразитных емкостей, но это сработает. Вы можете использовать повторитель на полевых транзисторах или операционный усилитель, чтобы снизить импеданс сигнала дворника, а затем использовать синхронный демодулятор, чтобы преобразовать амплитуду обратно в полосу модулирующих частот. Это может показаться фантастическим, но для такого простого датчика вы можете сделать это на деталях стоимостью в пару долларов, вообще ничего особенного не нужно.

Переменные трансформаторы

Очень точным и, возможно, чрезмерным источником будет RVDT (вращающийся двоюродный брат LVDT). Для разового «тщеславного» проекта это был бы неплохой выбор — эти вещи практически не поддаются разрушению, и, если повезет, их можно дешево достать из излишков. Для регулятора громкости можно сделать очень простой кондиционер RVDT (схема такая же, как и для LVDT).

Переменные конденсаторы

Другим вариантом тщеславия может быть старый тяжелый вращающийся конденсатор. У лучших есть пара шарикоподшипников. Подобно RVDT, у них нет других контактирующих частей, которые могут изнашиваться. Поместите конденсатор в цепь мультивибратора, подключите к цепи преобразователя напряжения в частоту (их много в примечаниях к приложению LT), и все готово.

Магнитные датчики

Гораздо более дешевым вариантом был бы датчик Холла. Предположим, у вас есть магнит, ориентированный радиально на валу, и датчик Холла рядом с ним. При вращении вала магнитный поток, проходящий через правильно расположенный датчик, будет меняться. Это хороший источник управляющего напряжения, к тому же недорогой в реализации.

Оптические датчики

У вас также может быть оптический датчик: напечатайте V-образный зазор с XY, сопоставленным с полярными координатами, на листе прозрачной фольги. Установить на вал. Поставьте пару светодиод-фотоприемник так, чтобы он «видел» сквозь щель. Подготовьте фотодетектор (транзистор или диод) с помощью операционного усилителя.

Другой оптический вариант, для которого не требуется V-образный зазор, — установить наклонный диск на конец вала так, чтобы он был не совсем перпендикулярен оси вала. Затем используйте отражающий датчик (светодиод + фотодетектор) для получения непрерывного сигнала, пропорционального углу.

Другой оптический вариант состоит в том, чтобы напечатать многофазный рисунок на цилиндре на валу и использовать несколько оптических датчиков с суммированием их выходных сигналов для получения выходного сигнала. Шаблон может выглядеть следующим образом:

axial distance
^
|   █████████
|      ██████
|         ███
|0---------360--> angle

По мере того, как цилиндр поворачивается над датчиками, их выходные сигналы постепенно снижаются. Разумно изменив количество детекторов/полос и расстояние обнаружения, вы можете обойтись простым черно-белым шаблоном. Иногда это проще изготовить, чем что-то более красивое.

Преобразователи деформации в угол

Еще один вариант, вполне разумный, если вы умеете обращаться с тензорезисторами, — это сопряжение вала с длинной спиральной пружиной. Наденьте где-нибудь на пружину тензометрический мост с 4 датчиками, с осью чувствительности вдоль длины пружины, и вы получите очень хороший сигнал, пропорциональный углу наклона вала. Вам нужно добавить немного трения в механическую цепь, чтобы вал оставался на месте, когда вы отпускаете ручку.

Разногласия

Еще один вариант, если вы хотите получить фанк, - это иметь переменный акустический конденсатор. Пропустите вал через плоскую тороидальную коробку. Конечно, он может иметь прямоугольное сечение. Сделайте радиальный паз внутри коробки и вытяните радиальный штифт из вала через радиальный паз. Прикрепите лопасть, которая почти заполняет поперечное сечение коробки, к концу штифта. В нулевой точке в боксе добавьте перегородку и акустический преобразователь. Присоедините его к генератору, и вы получите электроакустический преобразователь угла в период.

Вышеперечисленное — это только то, что я пробовал с некоторой степенью успеха в какой-то момент жизни. Есть почти бесконечный запас других идей, если вы хотите повеселиться с трансдукцией.

Нет, их не существует. Просто потому, что не могут.

Потенциометр состоит из углеродистой дорожки с движущимся вверх и вниз дворником. Дворник не может двигаться по карбоновой дорожке без трения. Да, вы можете уменьшить трение с помощью подшипников и тому подобного, но это трение будет всегда.

Поэтому люди вместо этого используют поворотный энкодер — чаще всего оптический, если вам нужно низкое трение — диск с прорезями в нем, который прерывает несколько инфракрасных лучей.

Очень трудно избежать того, чтобы сопротивление стеклоочистителя произвольно менялось в зависимости от положения стеклоочистителя. Однако в хорошем проекте сопротивление движка будет иметь минимальное влияние на поведение схемы. Каждое десятикратное уменьшение количества тока, проходящего через стеклоочиститель, приведет к десятикратному уменьшению величины напряжения, наложенного на его сопротивление. Точно так же каждое десятикратное увеличение напряжения, переносимого горшком, вызовет десятикратное уменьшение значения любого напряжения, накладываемого сопротивлением.

Если устройство пытается управлять 1/8-ваттным 8-омным динамиком (1VRMS), используя 10-омный потенциометр в качестве регулятора громкости, изменение сопротивления движка на один ом проявится как изменение на 1/8 вольта в сигнал. Противный. Если бы кто-то использовал повышающий трансформатор 50:1 для масштабирования напряжения от 1 В 1/8 А до 50 В 1/400 А, прежде чем пропустить его через потенциометр на 500 Ом, то изменение сопротивления движка на один Ом проявилось бы как изменение сигнала на потенциометре на 1/400 вольта; пропуская его через понижающий трансформатор 1:50 для управления динамиком, он будет отображаться там как сигнал 1/20 000 вольт (снижение в 2500 раз по сравнению с прямым управлением динамиком). Серьезное улучшение.

С более инженерной точки зрения, чтобы добиться эффекта «потенциометра без трения», вы можете управлять цифровым потенциометром (или чем-то подобным) с помощью бесконтактного измерительного инструмента.

Например, вы можете получить один из этих модулей сонара и управлять d-потенциометром, переводя расстояние между датчиком и движущейся целью, измеренное бесконтактным способом с помощью сонара, в сопротивление (или положение дворника) на d-потенциометре.