Có chiết áp 'không cần gạt nước' không?

Potentiometer nổi tiếng để hao mòn (ít nhất là theo kinh nghiệm của tôi); cái gạt nước nhỏ cuối cùng chỉ mặc tiếp xúc của nó và bộ kéo dài hơn có kết nối điện chắc chắn. Đối với một thiết bị âm thanh, điều này có thể biểu hiện như tiếng kêu khi thay đổi âm lượng. Mặc không nhất thiết phải thậm chí và có thể có vị trí tiếp xúc kém hơn so với những người khác. Tôi đã nhận thấy nó thường tệ hơn ở gần giới hạn trên (âm lượng đầy đủ; độ sáng đầy đủ, v.v.), nhưng phân phối hao mòn có thể chủ yếu được quy cho cách sử dụng thiết bị.
    Có một thành phần với ma sát như vậy có vẻ là một ý tưởng rất tồi đối với tôi (và rõ ràng là như vậy) và tôi thường tự hỏi liệu có những thiết kế thương mại không có tiếp xúc trượt (không bao gồm chiết áp kỹ thuật số [1]) hay không và liệu chúng ' lại kinh tế. Tôi hình dung rằng một thiết kế không cần gạt nước như vậy sẽ dựa trên vòng bi hoặc bánh răng epicyclic, với ít nhất một trong số các quả bóng hoặc bánh răng hành tinh được dẫn điện, phần còn lại được cách điện và các rãnh mà chúng lăn, hoặc hình khuyên hoặc ngôi sao / bánh răng mặt trời, có (các) phần tử gradient điện trở. Nhưng có bất cứ điều gì như thế này hiện đang có sẵn?

Lưu ý 1: Nó nên hoạt động tương tự như một chiết áp thụ động thông thường. Chiết áp kỹ thuật số đòi hỏi một nguồn cung cấp năng lượng và rút điện, vì vậy, theo tôi hiểu, không nhất thiết phải thay thế thả vào (một chiết áp kỹ thuật số 3 chân sẽ yêu cầu các đầu cuối tăng gấp đôi như nguồn cung cấp, không phải lúc nào cũng như vậy ). Tôi đặc biệt quan tâm đến việc liệu các thành phần như chiết áp thụ động không cần gạt nước có tồn tại hay không, ở dạng đơn giản nhất của chúng có 3 chân trong đó tổng điện trở giữa các chân 1 và 2 và giữa các chân 2 và 3 được dự định là không đổi (ví dụ: 2- điện trở biến pin không phải là một chiết áp).

Làm thế nào để tận dụng tối đa chiết áp?

Trong nhiều thiết kế có độ chính xác, độ ồn thấp, việc bắt đầu với tín hiệu được truyền qua bảng mặt trước là một ý tưởng tồi. Vì vậy, ít nhất, phần tử điều khiển chỉ nên tạo ra tín hiệu điện áp chi phối bộ khuếch đại / suy hao điều khiển điện áp. Với nguồn chiết áp, bạn có thể đệm và bộ lọc thông thấp tín hiệu điều khiển, để giảm thiểu hiệu ứng gạt nước.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Ở đây, một tham chiếu điện áp cung cấp cho chiết áp. Điện trở gạt nước biến đổi được mô hình bởi Rw, có thể thay đổi 9 bậc độ lớn, nhưng chủ yếu là "thấp" và theo thứ tự của một Ohm. R2 giữ thời gian không đổi trên 50ms. Vì R2 >> R1, ảnh hưởng của R1 là nhỏ. C2 tạo thành bộ lọc thông thấp với R1 + R2, nhưng cũng hoạt động như một tụ giữ. U2 là một op-amp được thiết lập ở chế độ không đảo, do đó đầu vào của nó có trở kháng rất cao. Đầu ra của U2 đi đến một bộ khuếch đại điều khiển điện áp.

C2 phải là loại rò rỉ thấp với NP0 hoặc nhựa điện môi và U2 nên có giai đoạn đầu vào FET hoặc CMOS. Vì vậy, đừng sử dụng 741 cho U2 với mong muốn nó sẽ hoạt động tốt đến mức đó - mặc dù nó vẫn hoạt động tốt hơn so với chiết áp trần.

Nếu dây từ R1 đến mạch dài, bạn có thể cần một tấm chắn khởi động. Tuy nhiên, một số thử nghiệm là cần thiết để đảm bảo sự ổn định của mạch, vì điện dung lá chắn tín hiệu bổ sung phản hồi tích cực cho hệ thống.

Điều đó đã cung cấp cho bạn một mạch hiệu suất tốt hơn nhiều so với việc sử dụng một chiết áp trực tiếp trên tín hiệu. Ngay cả với hằng số thời gian 50ms khá ngắn, bạn vẫn có thể thoát khỏi crackle ngay cả trên các chiết áp bẩn kỳ cục nhất. Bạn luôn có thể đánh đổi thời gian phản hồi để không nhạy cảm với crackle.

Định tuyến âm thanh đến các bảng mặt trước thường là một cơn ác mộng EMI và nó thường không rẻ chút nào để làm điều đó đúng cách.

Kiểm soát điện áp đạt được

Một phần tử khuếch đại được điều khiển bằng điện áp tốt có thể được tạo ra bằng cách sử dụng một quang điện trở được chiếu sáng bằng đèn LED. Chất phát quang, nếu bạn chọn chúng, có thể có hệ số điện trở rất thấp và do đó độ méo rất thấp, chắc chắn đánh bại hầu hết các mạch nhân đơn giản bằng một bậc độ lớn trở lên. Chúng có sẵn dưới dạng các đơn vị độc lập, được gọi là Vactrols, từ Excelitas . Chúng cần được áp dụng cẩn thận, vì bạn không muốn vượt quá khoảng 100mV trên toàn bộ quang điện trở, nhưng nếu không, chúng là những thiết bị mạnh mẽ tuyệt vời với giá khoảng 5 đô la mỗi cái.

Có các bộ khuếch đại điều khiển điện áp tích hợp khá, chẳng hạn như SSM2018 mua lần cuối (đáng buồn), hoặc AD8338 mới hơn, THAT2181, v.v.

Làm thế nào về tiếp xúc cán?

Nếu bạn vẫn còn chuột cơ, hãy mở nó ra. Lấy bóng ra và nhìn vào các con lăn. Lúc nào họ cũng sẽ được bao phủ bởi một vết bẩn cứng rắn. Tiếp xúc không phải là tất cả, nó sẽ bị phá vỡ nếu bạn không thể kiểm soát môi trường khá tốt. Danh bạ trượt có một tài sản tự làm sạch. Các tiếp điểm lăn, trong một chiết áp, sẽ có hành vi hoàn toàn ngược lại - chúng sẽ tự làm bẩn mình . Đó là một ý tưởng rất tồi.

Về mặt cơ học, có một khía cạnh khác mà bạn dường như quên: tiếp xúc lăn là tuyệt vời trong việc tập trung các ứng suất, và đòi hỏi các bề mặt đủ cứng để chống mài mòn. Thật khó để chế tạo một cảm biến điện trở công suất thấp trong đó bề mặt cần phải giao tiếp với một quả bóng / con lăn kim loại trong khi có bất kỳ loại tuổi thọ hữu ích nào.

Nếu bạn thực sự không quan tâm đến sức mạnh của mạch điện, bạn sẽ phải trả phí để tạo ra đường ray điện trở, hình chữ C, bằng thép cứng. Cho nó ăn một vài ampe, theo xung, sử dụng mạch giữ mẫu để lấy biên độ xung và bạn đã thiết lập. Nó sẽ hoạt động miễn là bạn cất nó trong vỏ chống bụi. Lưu ý rằng chống bụi thường khó hơn chống nước (!).

TL; DR: Tiếp xúc lăn có thể là điều tồi tệ nhất bạn từng mong muốn trong một cái gạt nước chiết áp.

Vì vậy, những lựa chọn khác là gì?

Bạn có thể thu được tín hiệu từ các nguồn khác. Tất cả đều hoạt động bằng cách chuyển đổi góc trục thành điện áp, sử dụng nhiều kỹ thuật khác nhau. Tôi trình bày chúng không theo thứ tự cụ thể.

Potentiometer không tiếp xúc

Giả sử rằng bạn bắt đầu với một điện trở cơ bản, hình chữ C của một chiết áp. Chọn một cái lớn, để dễ dàng làm việc. Mở nó ra. Bẻ cong cần gạt để nó nhấc lên khỏi đường ray, nhưng chỉ hơi quá. Cung cấp bản nhạc với tín hiệu AC, giả sử là sóng vuông 1 MHz, với đầu kia của bản nhạc ở 0V. Cần gạt được ghép điện dung với rãnh và sẽ thu tín hiệu có biên độ tỷ lệ với vị trí trên rãnh. Bạn sẽ cần phải điều chỉnh nó để thoát khỏi khả năng ký sinh tồi tệ nhất, nhưng nó sẽ hoạt động. Bạn có thể sử dụng bộ theo dõi FET hoặc op-amp để giảm trở kháng của tín hiệu của bộ lau, sau đó sử dụng bộ giải mã đồng bộ để chuyển đổi biên độ trở lại dải tần gốc. Nghe có vẻ lạ mắt, nhưng đối với một cảm biến đơn giản như vậy, bạn có thể làm điều đó với các bộ phận trị giá vài đô la, không có gì lạ mắt cần thiết cả.

Biến áp

Một nguồn rất chính xác và có lẽ là nguồn vượt trội sẽ là RVDT (anh em họ của LVDT). Đối với một dự án "phù phiếm" một lần, đó sẽ là một lựa chọn tốt - những thứ này hầu như không thể phá hủy được, và may mắn là bạn có thể có được chúng với giá rẻ từ thặng dư. Đối với điều khiển âm lượng, bạn có thể tạo một bộ điều hòa RVDT rất đơn giản (mạch tương tự như đối với LVDT).

Tụ điện biến

Một lựa chọn phù phiếm khác sẽ là một tụ điện cũ, nặng, quay. Những người tốt hơn có một cặp vòng bi. Tương tự như RVDT, chúng không có bộ phận tiếp xúc nào khác để hao mòn. Đặt tụ điện vào mạch đa hệ số, nối với mạch chuyển đổi điện áp thành tần số (ghi chú ứng dụng LT có rất nhiều trong số đó) và bạn đã thiết lập.

Cảm biến từ

Một lựa chọn chi phí thấp hơn nhiều sẽ là một cảm biến Hall. Giả sử bạn có một nam châm định hướng triệt để trên một trục và đầu dò Hall bên cạnh nó. Khi bạn xoay trục, từ thông đi qua một cảm biến được đặt đúng sẽ thay đổi. Đây là một nguồn tốt của điện áp điều khiển - giá rẻ để thực hiện, quá.

Cảm biến quang

Bạn cũng có thể có một cảm biến quang học: in một khoảng trống V, với XY được ánh xạ tới tọa độ cực, trên một tờ giấy bạc trong suốt. Lắp đặt trên trục. Đặt cặp đèn LED-photodectector để nó "nhìn thấy" qua khe hở. Điều kiện bộ tách sóng quang (có thể là bóng bán dẫn hoặc diode) với op-amp.

Một tùy chọn quang học khác không cần có khe chữ V sẽ có một đĩa nghiêng được gắn ở đầu trục, sao cho nó không vuông góc với trục của trục. Sau đó sử dụng cảm biến phản xạ (LED + bộ tách sóng quang) để thu được tín hiệu liên tục tỷ lệ với góc.

Một tùy chọn quang học khác là có một mẫu đa pha được in trên một hình trụ trên trục và sử dụng nhiều cảm biến quang, với đầu ra của chúng được tóm tắt, cung cấp đầu ra. Mẫu có thể trông như sau:

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

Khi xi lanh quay phía trên các cảm biến, đầu ra của chúng sẽ giảm dần. Bằng cách tinh chỉnh một cách thận trọng số lượng máy dò / sọc và khoảng cách phát hiện, bạn có thể có được bằng một mẫu đen trắng đơn giản. Đôi khi điều đó dễ sản xuất hơn thứ gì đó lạ hơn.

Bộ chuyển đổi biến dạng góc

Một lựa chọn khác, khá hợp lý nếu bạn biết cách xử lý các thiết bị đo biến dạng, sẽ có giao diện trục với lò xo xoắn dài. Tát một cây cầu đo biến dạng 4 gage ở đâu đó vào mùa xuân, với trục nhạy dọc theo chiều dài của lò xo, và bạn nhận được tín hiệu rất đẹp tỷ lệ thuận với góc trục. Bạn sẽ cần thêm một chút ma sát vào mạch cơ để trục vẫn được đặt khi bạn nhả núm.

Vụn vặt

Một lựa chọn khác, nếu bạn muốn có được funky, sẽ có một tụ điện âm thay đổi. Có trục đi qua một hộp hình xuyến phẳng. Nó có thể có một mặt cắt hình chữ nhật, tất nhiên. Tạo một khe xuyên tâm qua bên trong hộp và mở rộng một chốt xuyên tâm từ trục qua khe xuyên tâm. Gắn một mái chèo gần như lấp đầy mặt cắt ngang của hộp đến cuối chốt. Tại điểm không trong hộp, thêm phân vùng và bộ chuyển đổi âm thanh. Gắn nó vào một bộ tạo dao động và bạn đã có một bộ chuyển đổi góc theo chu kỳ điện âm.

Trên đây chỉ là những điều tôi đã cố gắng, với một mức độ thành công nào đó, tại một số điểm trong cuộc sống. Gần như có một nguồn cung cấp vô tận các ý tưởng khác, nếu bạn muốn có một số niềm vui tải nạp.

Không, chúng không tồn tại. Đơn giản vì họ không thể.

Một chiết áp bao gồm một rãnh carbon với một cần gạt di chuyển lên và xuống nó. Bạn không thể có cái gạt nước đó di chuyển trên đường ray carbon mà không có ma sát. Vâng, bạn có thể giảm ma sát với vòng bi và như vậy, nhưng sẽ luôn có ma sát đó.

Vì vậy, mọi người sử dụng một bộ mã hóa quay thay thế - thường là một bộ quang nếu bạn muốn ma sát thấp - một đĩa có các khe trong đó phá vỡ một số chùm tia hồng ngoại.

Rất khó để tránh việc có cần gạt nước thay đổi tùy ý với vị trí gạt nước. Tuy nhiên, trong một thiết kế tốt, khả năng chống gạt nước sẽ có ảnh hưởng tối thiểu đến hành vi của mạch. Mỗi lần giảm mười lần lượng dòng mang theo của cần gạt sẽ làm giảm mười lần lượng điện áp được chồng lên bởi điện trở của nó. Tương tự như vậy, mỗi lần tăng gấp 10 lần điện áp mà nồi mang theo sẽ làm giảm mười lần về tầm quan trọng của bất kỳ điện áp nào được đặt lên bởi điện trở.

Nếu một thiết bị cố gắng lái loa 8 ohm 8 watt (1VRMS) bằng cách sử dụng nồi 10 ohm làm điều khiển âm lượng, một biến thể một ohm trong điện trở gạt nước sẽ biểu hiện dưới dạng biến đổi 1/8 volt trong tín hiệu. Bẩn thỉu. Nếu người ta sử dụng máy biến áp tăng áp 50: 1 để mở rộng điện áp từ 1V 1/8 đến 50V 1 / 400A trước khi đưa nó qua nồi 500 ohm, thì một biến thể một ohm trong điện trở gạt nước sẽ tự biểu hiện như sự thay đổi 1/400-volt trong tín hiệu ở nồi; đưa nó qua máy biến áp bước xuống 1:50 để lái loa sẽ làm cho nó xuất hiện ở đó dưới dạng tín hiệu 1 / 20.000 volt (giảm 2.500 lần so với điều khiển loa trực tiếp). Một cải tiến lớn.

Trên khía cạnh kỹ thuật hơn, để đạt được hiệu quả của "nồi không ma sát", bạn có thể điều khiển nồi kỹ thuật số (hoặc một cái gì đó tương tự) bằng một công cụ đo không tiếp xúc.

Ví dụ, bạn có thể lấy một trong các mô-đun sonar đó và điều khiển một d-pot bằng cách dịch khoảng cách giữa cảm biến và mục tiêu di chuyển khi đo không ngừng bằng cách sử dụng sonar vào điện trở (hoặc vị trí gạt nước) trên d-pot.