Apakah potensiometer 'tanpa penghapus' ada?

Potensiometer terkenal karena aus (setidaknya dalam pengalaman saya); wiper kecil akhirnya hanya memakai kontaknya dan nolonger memiliki koneksi listrik yang kuat. Untuk perangkat audio, ini dapat bermanifestasi sebagai kresek saat mengubah volume. Keausan itu belum merata dan mungkin ada posisi yang memiliki kontak lebih buruk daripada yang lain. Saya perhatikan lebih buruk biasanya di dekat batas atas (volume penuh; kecerahan penuh; dll.), Tetapi distribusi keausan mungkin sebagian besar disebabkan oleh bagaimana perangkat telah digunakan.
    Memiliki komponen dengan gesekan seperti itu sepertinya ide yang sangat buruk bagi saya (dan ternyata memang begitu) dan saya sering bertanya-tanya apakah ada desain yang tersedia secara komersial yang tidak memiliki kontak geser (tidak termasuk potensiometer digital [1]), dan apakah mereka ' kembali ekonomis. Saya membayangkan bahwa satu desain tanpa wiper seperti itu akan didasarkan pada bantalan bola atau roda gigi episiklik, dengan setidaknya satu bola atau roda gigi planet yang konduktif, sisanya bersifat insulatif, dan trek di mana mereka bergulir, atau annulus atau bintang / sun gear, memiliki elemen gradien resistif. Tetapi apakah hal seperti ini saat ini tersedia?

Catatan 1: Ini harus berperilaku mirip dengan potensiometer pasif biasa. Potensiometer digital memerlukan catu daya dan daya tarikan sehingga, seperti yang saya mengerti, belum tentu pengganti drop-in (potensiometer digital 3-pin akan mengharuskan ujung pin ganda sebagai catu daya, yang tidak selalu terjadi ). Saya secara khusus tertarik untuk mengetahui apakah ada komponen seperti potensiometer pasif wiperless yang ada dalam bentuk paling sederhana mereka memiliki 3 pin di mana jumlah resistensi antara pin 1 dan 2 dan antara pin 2 dan 3 dimaksudkan untuk menjadi konstan (yaitu 2- resistor variabel pin tidak dengan sendirinya potensiometer).

Bagaimana cara memaksimalkan potensiometer?

Dalam banyak desain presisi, noise rendah, itu ide yang buruk untuk memulai bahkan untuk memiliki sinyal dialihkan melalui panel depan. Jadi, paling tidak, elemen kontrol seharusnya hanya menghasilkan sinyal tegangan yang mengatur amplifier / attenuator yang dikontrol tegangan. Dengan sumber potensiometri, Anda dapat menyangga dan memfilter rendah sinyal kontrol, sehingga efek putus sekolah penghapus diminimalkan.

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Di sini, referensi tegangan memberi makan potensiometer. Variabel resistensi penghapus dimodelkan oleh Rw, yang dapat bervariasi dengan 9 kali lipat, tetapi sebagian besar "rendah" dan pada urutan Ohm. R2 menjaga waktu konstan di atas 50 ms. Sejak R2 >> R1, pengaruh R1 kecil. C2 membentuk low pass filter dengan R1 + R2, tetapi juga bertindak sebagai kapasitor penahan. U2 adalah op-amp yang diatur dalam mode non-pembalik, sehingga inputnya memiliki impedansi yang sangat tinggi. Output U2 beralih ke amplifier yang dikontrol tegangan.

C2 harus merupakan tipe kebocoran rendah dengan NP0 atau dielektrik plastik, dan U2 harus memiliki tahap input FET atau CMOS. Jadi, jangan gunakan 741 untuk U2 dengan harapan bahwa itu akan bekerja dengan baik - meskipun masih akan bekerja lebih baik daripada potensiometer telanjang.

Jika kabel dari R1 ke sirkuit panjang, Anda mungkin memerlukan pelindung bootstrapped. Namun, beberapa eksperimen diperlukan untuk memastikan kestabilan sirkuit, karena kapasitansi shield-to-signal menambah umpan balik positif ke sistem.

Itu sudah memberi Anda sirkuit berkinerja lebih baik daripada menggunakan potensiometer langsung pada sinyal. Bahkan dengan konstanta waktu 50ms yang cukup singkat, Anda dapat menyingkirkan kresek bahkan pada potensiometer yang paling kotor sekali. Anda selalu dapat menukar waktu respons untuk ketidakpekaan untuk berderak.

Routing audio ke panel depan biasanya merupakan mimpi buruk EMI dan seringkali tidak murah untuk melakukannya dengan benar.

Penguatan Tegangan Terkendali

Elemen penguatan yang dikontrol tegangan dengan baik dapat dilakukan dengan menggunakan fotoresistor yang diterangi oleh LED. Photoresistor, jika Anda memilih mereka, dapat memiliki koefisien resistansi tegangan sangat rendah dan dengan demikian distorsi sangat rendah, tentu saja mengalahkan sirkuit pengali paling sederhana dengan urutan besar atau lebih. Mereka tersedia sebagai unit mandiri, yang dikenal sebagai Vactrols, dari Excelitas . Mereka perlu diterapkan dengan hati-hati, karena Anda tidak ingin melebihi 100mV di photoresistor, tetapi jika tidak mereka adalah perangkat yang sangat kuat untuk masing-masing sekitar $ 5.

Ada amplifier terintegrasi yang terkontrol tegangan yang layak, seperti SSM2018 yang terakhir kali dibeli (sayangnya), atau AD8338 yang lebih baru, THAT2181, dll.

Bagaimana dengan kontak bergulir?

Jika Anda masih memiliki mouse mekanik, bukalah. Keluarkan bola dan lihat rolnya. Selalu mereka akan diliputi dengan kotoran yang mengeras. Kontak bergulir bukanlah segalanya jika Anda tidak dapat mengendalikan lingkungan dengan cukup baik. Kontak geser memiliki properti pembersih sendiri. Kontak bergulir, dalam potensiometer, akan memiliki perilaku yang berlawanan - mereka akan mengotori diri . Itu ide yang sangat buruk.

Secara mekanis ada aspek lain yang sepertinya Anda lupakan: kontak bergulir sangat bagus untuk memusatkan tekanan, dan membutuhkan permukaan yang cukup keras untuk mencegah keausan. Agak sulit untuk membuat sensor resistif berdaya rendah di mana permukaan perlu berinteraksi dengan bola logam / roller sambil memiliki segala harapan hidup yang berguna.

Jika Anda benar-benar tidak peduli dengan kekuatan sirkuit, Anda harus membuat jalur resistif, berbentuk C, dari baja yang dikeraskan. Beri makan beberapa ampere, dalam pulsa, gunakan sirkuit sampel-dan-tahan untuk mendapatkan amplitudo pulsa, dan Anda siap. Ini akan bekerja selama Anda menyimpannya di kandang anti debu. Perhatikan bahwa tahan debu biasanya lebih sulit daripada tahan air (!).

TL; DR: Kontak bergulir mungkin adalah hal terburuk yang pernah Anda inginkan dalam penghapus potensiometer.

Jadi, opsi apa lagi yang ada?

Anda dapat memperoleh sinyal dari sumber lain. Mereka semua bekerja dengan mengubah sudut poros menjadi tegangan, menggunakan berbagai teknik. Saya menyajikannya tanpa urutan tertentu.

Potensiometer Tanpa Kontak

Misalkan Anda mulai dengan jalur resistif dasar berbentuk C dari potensiometer. Pilih yang besar, sehingga mudah dikerjakan. Buka itu. Tekuk wiper sehingga terangkat dari lintasan, tetapi sedikit saja. Beri makan trek dengan sinyal AC, katakanlah gelombang persegi 1MHz, dengan ujung trek yang lain di 0V. Wiper digabungkan secara kapasitif ke trek, dan akan mengambil sinyal yang amplitudo sebanding dengan posisi di trek. Anda perlu men-tweak untuk menyingkirkan kapasitansi parasit terburuk, tetapi bekerja akan melakukannya. Anda dapat menggunakan pengikut FET atau op-amp untuk menurunkan impedansi sinyal wiper, kemudian menggunakan demodulator sinkron untuk mengubah amplitudo kembali menjadi baseband. Mungkin terdengar mewah, tetapi untuk sensor sederhana seperti itu Anda dapat melakukannya pada beberapa bagian senilai dolar, tidak ada yang mewah sama sekali.

Transformer Variabel

Sumber yang sangat tepat, dan mungkin over-the-top adalah RVDT (sepupu putar dari LVDT). Untuk proyek "kesombongan" satu kali, itu akan menjadi pilihan yang bagus - hal-hal ini hampir tidak dapat dihancurkan, dan dengan keberuntungan Anda bisa mendapatkannya dengan murah dari surplus. Untuk kontrol volume, Anda bisa membuat kondisioner RVDT yang sangat sederhana (rangkaiannya sama dengan untuk LVDT).

Kapasitor variabel

Pilihan batil lainnya adalah kapasitor lama, berat, dan berputar. Yang lebih baik memiliki sepasang bantalan bola. Mirip dengan RVDT, mereka tidak memiliki bagian kontak lainnya yang aus. Masukkan kapasitor ke dalam rangkaian multivibrator, kaitkan ke rangkaian konverter tegangan-ke-frekuensi (catatan aplikasi LT memiliki banyak dari itu), dan Anda siap.

Sensor Magnetik

Pilihan biaya yang jauh lebih rendah adalah sensor Hall. Misalkan Anda memiliki magnet yang berorientasi radial pada poros, dan transduser Hall di sebelahnya. Saat Anda memutar poros, fluks magnet yang melewati sensor yang ditempatkan dengan benar akan bervariasi. Ini adalah sumber tegangan kontrol yang baik - murah untuk diimplementasikan juga.

Sensor Optik

Anda juga dapat memiliki sensor optik: cetak celah-V, dengan XY dipetakan ke koordinat kutub, pada selembar kertas transparansi. Pasang di poros. Pasang pasangan LED-photodectector sehingga "melihat" melalui celah. Kondisikan fotodetektor (baik transistor atau dioda) dengan op-amp.

Pilihan optik lain yang tidak memerlukan celah-V adalah memiliki cakram miring yang dipasang di ujung poros, sehingga tidak terlalu tegak lurus terhadap poros poros. Kemudian gunakan sensor reflektif (LED + photodetector) untuk mendapatkan sinyal kontinu sebanding dengan sudutnya.

Pilihan optik lainnya adalah memiliki pola multifase dicetak pada silinder pada poros, dan menggunakan beberapa sensor optik, dengan outputnya dijumlahkan, memberikan output. Polanya mungkin terlihat sebagai berikut:

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

Saat silinder berputar di atas sensor, outputnya semakin rendah. Dengan mengubah jumlah detektor / garis dengan cermat, dan jarak deteksi, Anda dapat bertahan dengan pola hitam-putih sederhana. Terkadang itu lebih mudah dibuat daripada sesuatu yang lebih menarik.

Konverter Strain-to-angle

Namun pilihan lain, cukup masuk akal jika Anda tahu bagaimana menghadapi strain gages, akan memiliki antarmuka poros dengan pegas spiral panjang. Menampar jembatan pengukur regangan 4-gage di suatu tempat di pegas, dengan sumbu sensitif di sepanjang pegas, dan Anda mendapatkan sinyal yang sangat bagus sebanding dengan sudut poros. Anda harus menambahkan sedikit gesekan ke dalam rangkaian mekanis agar poros tetap terpasang saat Anda melepaskan kenop.

Peluang

Namun pilihan lain, jika Anda ingin mendapatkan yang funky, akan memiliki kapasitor akustik variabel. Mintalah poros melewati kotak toroidal datar. Itu bisa memiliki penampang persegi panjang, tentu saja. Buat slot radial melalui bagian dalam kotak, dan rentangkan pin radial dari poros melalui slot radial. Pasang dayung yang hampir memenuhi penampang kotak ke ujung pin. Pada titik nol di dalam kotak, tambahkan partisi dan transduser akustik. Pasang ke osilator, dan Anda punya konverter sudut-ke-periode elektro-akustik.

Di atas hanyalah hal-hal yang telah saya coba, dengan beberapa tingkat keberhasilan, pada titik tertentu dalam kehidupan. Ada pasokan ide-ide lain yang hampir tak terbatas, jika Anda ingin bersenang-senang transduksi.

Tidak, mereka tidak ada. Hanya karena mereka tidak bisa.

Potensiometer terdiri dari jalur karbon dengan penghapus bergerak ke atas dan ke bawah. Anda tidak bisa membiarkan wiper itu bergerak di atas jalur karbon tanpa gesekan. Ya, Anda bisa mengurangi gesekan dengan bantalan dan semacamnya, tetapi akan selalu ada gesekan itu.

Jadi orang menggunakan rotary encoder sebagai gantinya - paling sering yang optik jika Anda ingin gesekan rendah - disk dengan slot di dalamnya yang memecah sejumlah sinar infra-merah.

Sangat sulit untuk menghindari resistansi penghapus yang bervariasi tergantung pada posisi penghapus. Dalam desain yang baik, bagaimanapun, resistensi penghapus akan memiliki efek minimal pada perilaku rangkaian. Setiap pengurangan sepuluh kali lipat dalam jumlah arus yang dibawa oleh penghapus akan menyebabkan pengurangan sepuluh kali lipat dalam jumlah tegangan yang ditumpangkan oleh resistansi. Demikian juga setiap kenaikan sepuluh kali lipat pada tegangan yang dibawa oleh pot akan menyebabkan pengurangan sepuluh kali lipat pada signifikansi dari setiap tegangan yang ditumpangkan oleh resistansi.

Jika suatu perangkat mencoba menggerakkan 1/8 watt speaker 8-ohm (1VRMS) menggunakan pot 10-ohm sebagai kontrol volume, variasi satu-ohm pada resistensi penghapus akan memanifestasikan dirinya sebagai variasi 1/8-volt dalam sinyal. Menjijikan. Jika seseorang menggunakan transformator step-up 50: 1 untuk skala tegangan dari 1V 1 / 8A ke 50V 1 / 400A sebelum melewati pot 500-ohm, maka variasi satu-ohm dalam resistensi penghapus akan memanifestasikan dirinya sebagai variasi 1/400-volt pada sinyal di pot; melewatinya melalui transformator step-down 1:50 untuk menggerakkan speaker akan membuatnya tampak di sana sebagai sinyal 1 / 20.000 volt (pengurangan 2.500 kali lipat dibandingkan mengendalikan speaker secara langsung). Perbaikan besar.

Pada aspek yang lebih teknis, untuk mencapai efek "panci tanpa gesekan", Anda dapat mengontrol panci digital (atau yang serupa) dengan alat pengukuran tanpa kontak.

Misalnya, Anda bisa mendapatkan salah satu modul sonar dan mengontrol pot-d dengan menerjemahkan jarak antara sensor dan target bergerak yang diukur tanpa kontak menggunakan sonar ke dalam resistansi (atau posisi penghapus) pada pot-d.