电位器这个元件看起来不起眼,但在电子电路里用得特别多:收音机的音量旋钮、台灯的调光旋钮、电机的调速旋钮、万用表的电阻档调零,里面都是电位器。很多新手觉得电位器不就是个可变电阻嘛,随便接两根线就行,但真用起来才发现有各种问题:噪音大、调节不线性、甚至烧坏电位器。今天就聊聊电位器的正确接线方法和常见应用电路,看完你就知道不同接法的区别在哪里了。
先搞清楚电位器的结构。一般电位器有三个引脚,两边的两个是固定端,中间那个是滑动端(也叫抽头)。旋转旋钮或者推动滑柄时,滑动端在电阻体上移动,改变滑动端到两个固定端之间的电阻值。常见的电位器有旋转式和直滑式两种,阻值有1K、5K、10K、50K、100K这些,阻值变化规律分线性(A型)、对数型(B型)、反对数型(C型)三种。做音量调节选对数型B,因为人耳对声音响度的感知是对数关系;做普通分压和电压调节选线性A型就行。
最基础的接法是"可变电阻接法",也就是把电位器当两引脚的可变电阻用。具体接法是把中间滑动端和其中一个固定端短接,剩下的一个固定端和短接好的两端就构成了一个两引脚的可变电阻,旋转旋钮时阻值在0到最大阻值之间变化。这种接法简单,但有个缺点:滑动端接触不良的时候,阻值会突然跳变甚至开路,用在调光电路里就是灯突然闪一下,用在信号通路里就是噪音。另外这种接法不能限制最小阻值,如果滑到0阻值的位置,后级电路可能因为电流太大烧坏。
更常用的是"分压器接法",三个引脚全部用上:两个固定端分别接电源VCC和地GND,中间滑动端接输出。这样输出电压就在0V到VCC之间连续可调,而且是线性关系(线性电位器的话)。这种接法的好处是滑动端即使接触不良,输出电压也只会在两个固定端之间跳变,不会出现开路或者无穷大的情况,电路更稳定。音量调节电路基本都是这种接法:音频信号接一个固定端,另一个固定端接地,滑动端接功放输入,旋转时改变分压比例就调节了音量大小。实际用的时候通常在滑动端后面串一个几kΩ的隔离电阻,防止滑动端的接触噪音直接耦合到后级。
做LED调光或者小电机调速时,电位器本身不能直接带负载,因为电位器的额定功率很小,一般只有0.125W到0.5W,超过了会烧坏。正确的做法是用电位器做分压,给三极管或者MOS管的控制极提供可调电压,让功率管来承受负载电流。比如做一个简单的LED调光:电位器接成分压器,滑动端接NPN三极管的基极,基极和地之间接一个10kΩ电阻保证三极管可靠截止,LED和集电极电阻串联接在集电极回路上。旋转电位器时基极电压变化,三极管的集电极电流跟着变,LED的亮度就调好了。这种接法里电位器只控制基极小电流,不会被烧坏。
电位器使用中的几个常见问题。第一个是调节时有杂音,多半是碳膜磨损或者有灰尘,可以往里面喷一点WD-40或者专用的接点清洁剂,旋转几次基本就能解决,不行就换个新的,反正电位器也便宜。第二个是线性度不好,多半是选了不对的阻值变化类型,比如音量调节用了线性A型,就会感觉前面转了一大半音量没变化,后面一小段突然变大,换成对数B型就对了。第三个是安装问题,电位器的金属外壳最好接地,能起到屏蔽作用,防止干扰信号从旋钮耦合进去,特别是高增益的音频前置放大电路里这点很重要。最后就是选型时根据应用选合适的类型:精密调节选多圈电位器,普通调节选单圈碳膜电位器,大电流场合用带开关的电位器或者干脆把电位器和功率器件分开。
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