器
電位器()也被叫做滑動變阻器()是一個機械電子元件,一般具有三個端口,即左右兩個固定端以及中間的滑動端。
兩個固定端聯接在一個由內阻絲、碳膜、陶瓷、有機膜等組成的固定內阻兩端。滑動端可以在電位器旋鈕機械驅動下(單圈、多圈、直線)在內阻中間位置聯通,進而改變滑動端與兩個端口之間的阻值。
▲各種方式的電位器
電位器可以看成由兩個阻值R12,R23串聯上去的分壓電路。其中R12,R23的電阻隨著滑動端的位置變化而改變,但R12,R23相乘等于一個固定的內阻。
▲電位器表示符號以及等效電路
在電路中,電位器可以對(直流、交流)訊號形成可變比列的分壓、可以形成不同電阻的阻值。諸如用于放大器輸入訊號硬度調節,反饋電路倍數調節電位器如何串聯電阻,線路阻抗匹配調節,也可以作為位置傳感獲取相應的角度和距離。
三端電電位器的概念仍然持續到看見一個電動雙聯電位器,它包括兩個電位器,都具有四個端口。
▲電動雙聯電位器
02內部插口
電動雙聯電位器是用于一些傳統耳機放大器進行手動音量調節使用電位器如何串聯電阻,可以同時控制左右兩路聲道音量。即可手工調節,也可以有內部電路驅動進行手動音量調節。
右圖顯示了這款電位器的外部接線和性能指標。奇怪的是,它的每位電位器都具有四個輸出端口。
▲電位器的主要特點
通過檢測可以看見,相比于傳統電位器的三個端口之外,還有一個坐落內阻中間的固定端口,它與兩個固定端口之間的電阻基本相同。
右圖網路上的圖片顯示了四端電位器內部的結構。其中第四個端口是固定在導電碳膜的中間位置。
▲四條管腳的電位器內部結構
這類電位器為何降低了一個固定中間引腳呢?
03降低端口作用
Steve在其博文:WhatDoesItDo?中給出用于音響放大器中四端口電位器的功能。
他首先在一開始對人類觸覺系統的特點總結了相關一些研究結果,顯示在聲音大的時侯,人耳對于不同頻度聲音感知能力是相對平坦的。但當聲音硬度小時,對于低頻和高頻衰減的程度更大,非常是低頻聲音。
右圖顯示了貝爾實驗室等人在1930通過實驗檢測的好多人人耳實際相應曲線,之后平均估算以后得到的人耳感知曲線分布,恰好說明了里面的特性。
▲人耳實際感知相應曲線分布
在初期高保真音響系統中,還都使用分離的電子元元件來實現訊號頻度均衡。右圖就顯示了通過一個太刀雙擲開關按鈕來選擇音頻補償的電路。
電路中C1,R,C2組成了一個帶阻混頻電路,提高后的頻度份量通過電位器的中間固定管腳被引入電位器的輸出。這樣就可以在輸出訊號中降低低頻和高頻的訊號份量。
▲頻率補償電路
因為補償低頻、高頻份量是注入在電位器的中間位置,所以當音量控制電位器在高檔(音量大)的時侯,這個作用并不顯著。當電位器處于高端(音量小)的時侯,補償訊號對于輸出影響就很大。
下邊給出了上述電路網路簡化線性模型。假定其中電位器有R2,R3串聯而成。電位器第四個固定端口坐落中間,R2=R3。
▲電路的等效模型
這么U1電位器中間U3處的傳遞函數為:
假定電路參數為:R1=1kΩ,R2=10kΩ,R3=10kΩ,C1=0.012uF,C2=0.3uF。這么該傳遞函數為:
將s=j2πΩ代入前面表達式,令Ω從0變化到10kHz。取表達式的模(絕對值)可以得到電路網路的頻度響應,如右圖所示:
▲電阻網路U3/U1的頻度響應
可以看見它的確是一個對低頻和高頻訊號提高,對于中頻()左右的訊號有較大衰減的混頻器網路。
本想使用這款電動雙聯電位器用作實驗中手動調整,但在訂購時沒有考慮到它是用于音頻放大器所使用。除了它具有四個端口,但是它的中間滑動端的內阻變化與角度之間不是線性的。
▲電位器運動
右圖給出了一款標稱值為100kΩ電動電位器滑動端與其中一個固定端之間的內阻隨著角度旋轉的變化值。它顯著呈現出一種指數變化的特點。這對于音量調整來說,符合人耳對于聲音硬度的感知規律。
▲施加+5V,脈沖100ms電位器聯通步數
圖中也可以見到,因為中間固定點的存在,中間內阻變化存在一個小小的非線性波動。
在現代耳機中,對于聲音的控制和均衡逐漸過渡到專用集成化和數字處理器(DSP)來實現相同的功能。這除了省去了容積較大的電位器,并且在處理療效上也比使用離散元元件組成的混頻器好。
隨著技術的發展,這些四管腳電位器將會逐漸消失在我們的視野中了。
公眾號留言
提問:卓老師那種隊名和中學名印在了絲印層可以嘛?
回復:規則上要求自制電路板的隊伍信息(中學名、隊伍名稱、制作日期)須要放置在敷銅層。不能否置于絲印層。
提問:卓老師,請問聲音信標可以運用到哪些場景哩,還有我們的電磁和攝像頭車車?
回復:聲音信標實際上是模擬實際應用中的被動聲納定位技術的應用。電磁車模是對深井鉆探中電磁定位的模擬。攝像頭車模則是對應實際應用中的視覺導航技術的應用。