Существуют ли потенциометры «без стеклоочистителей»?

Потенциометры славятся износом (по крайней мере, по моему опыту); маленький стеклоочиститель в конечном итоге просто изнашивается, и nolonger имеет надежное электрическое соединение. Для аудиоустройства это может проявляться как треск при изменении громкости. Износ не обязательно даже, и могут быть позиции, которые имеют худший контакт, чем другие. Я заметил, что обычно это бывает хуже вблизи верхнего предела (полная громкость; полная яркость и т. Д.), Но распределение износа, вероятно, в основном можно объяснить тем, как использовалось устройство.
    Наличие компонента с таким трением кажется мне очень плохой идеей (и, очевидно, так оно и есть), и я часто задаюсь вопросом, существуют ли коммерчески доступные конструкции, в которых нет скользящего контакта (за исключением цифровых потенциометров [1]), и действительно ли они экономичный. Я предполагаю, что одна такая конструкция без стеклоочистителя будет основана на шарикоподшипниках или эпициклических зубчатых колесах, причем по крайней мере один из шариков или планетарных зубчатых колес будет проводящим, а остальные изолирующими, и гусеницы, в которых они вращаются, или кольцо или звезда / солнечная шестерня, имеющая резистивный градиентный элемент (элементы). Но есть ли что-нибудь подобное в настоящее время доступно?

Примечание 1: Он должен вести себя аналогично обычному пассивному потенциометру. Для цифровых потенциометров требуется источник питания и потребляемая мощность, поэтому, как я понимаю, не обязательно заменять их в случае необходимости (3-контактный цифровой потенциометр потребует, чтобы концевые штыри удвоились в качестве источника питания, что не всегда так). ). Мне особенно интересно узнать, существуют ли такие компоненты, как пассивные потенциометры без стеклоочистителя, которые в своей простейшей форме имеют 3 контакта, где сумма сопротивлений между контактами 1 и 2 и между контактами 2 и 3 должна быть постоянной (то есть контактный переменный резистор сам по себе не является потенциометром).

Как получить максимальную отдачу от потенциометра?

Во многих точных конструкциях с низким уровнем шума начинать с плохой идеи - даже направлять сигнал через переднюю панель. Таким образом, по меньшей мере, элемент управления должен просто генерировать сигнал напряжения, который управляет управляемым напряжением усилителем / аттенюатором. С помощью потенциометрического источника вы можете буферизовать и отфильтровать сигнал нижних частот управляющего сигнала, чтобы минимизировать эффекты выпадения из стеклоочистителя.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Здесь, опорное напряжение питает потенциометр. Переменное сопротивление стеклоочистителя моделируется значением Rw, которое может варьироваться на 9 порядков, но в основном оно «низкое» и порядка Ом. R2 поддерживает постоянную времени выше 50 мс. Поскольку R2 >> R1, влияние R1 мало. C2 образует фильтр нижних частот с R1 + R2, но также действует как удерживающий конденсатор. U2 - это операционный усилитель, настроенный в неинвертирующем режиме, поэтому его вход имеет очень высокий импеданс. Выход U2 поступает на управляемый напряжением усилитель.

C2 должен быть с типом малой утечки с NP0 или пластиковым диэлектриком, а U2 должен иметь входной каскад FET или CMOS. Таким образом, не используйте 741 для U2, ожидая, что он будет работать очень хорошо - хотя он все равно будет работать лучше, чем голый потенциометр.

Если провод от R1 к цепи длинный, вам может понадобиться загрузочный экран. Тем не менее, некоторые эксперименты необходимы для обеспечения стабильности схемы, так как емкость экрана к сигналу добавляет положительную обратную связь к системе.

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

Направление звука на передние панели - это, как правило, кошмар EMI, и зачастую это совсем не дешево сделать правильно.

Усиление, контролируемое напряжением

Хороший стабилизирующий элемент с регулируемым напряжением можно получить с помощью фоторезистора, освещаемого светодиодом. Фоторезисторы, если вы их выберете, могут иметь очень низкий коэффициент напряжения и, следовательно, очень низкий уровень искажений, что, безусловно, превосходит большинство простых схем умножителя на порядок или более. Они доступны как автономные модули, известные как Vactrols, из Excelitas . Их нужно применять с некоторой осторожностью, так как вы не хотите превышать около 100 мВ на фоторезисторе, но в остальном они являются удивительно мощными устройствами по цене около 5 долларов каждый.

Существуют приличные встроенные усилители, управляемые напряжением, такие как SSM2018, купленный в последний раз (или, к сожалению), или более новые AD8338, THAT2181 и т. Д.

Как насчет подвижного контакта?

Если у вас еще есть механическая мышь, откройте ее. Выньте мяч и посмотрите на ролики. Неизменно они будут покрыты закаленным следом грязи. Скользящий контакт - это еще не все, чем он может быть, если вы не можете достаточно хорошо контролировать окружающую среду. Скользящие контакты имеют свойство самоочищения. Вращающиеся контакты в потенциометре будут иметь совершенно противоположное поведение - они будут саморазрушаться . Это была бы очень плохая идея.

Механически есть еще один аспект, который вы, кажется, забыли: контакт качения прекрасно подходит для концентрации напряжений и требует достаточно твердых поверхностей для предотвращения износа. Довольно сложно создать маломощный резистивный датчик, в котором поверхность должна взаимодействовать с металлическим шариком / роликом, и при этом иметь ожидаемый срок полезного использования.

Если вы действительно не заботитесь о мощности цепи, вы должны сделать резистивный трек в форме буквы С из закаленной стали. Подайте ему пару ампер, в импульсах, используйте схему выборки и удержания, чтобы получить амплитуду импульса, и все готово. Он будет работать до тех пор, пока вы поместите его в пыленепроницаемый корпус. Обратите внимание, что пыленепроницаемый, как правило, более твердый, чем водостойкий (!).

TL; DR: катящийся контакт был бы, возможно, худшим, что вы когда-либо хотели бы в стеклоочистителе потенциометра.

Итак, какие еще есть варианты?

Вы можете получить сигнал из других источников. Все они работают путем преобразования угла вала в напряжение, используя различные методы. Я представляю их в произвольном порядке.

Бесконтактные потенциометры

Предположим, вы начинаете с базовой С-образной резистивной дорожки потенциометра. Выберите большой, чтобы с ним было легко работать. Откройте это. Согните стеклоочиститель так, чтобы он поднялся с колеи, но чуть-чуть. Подайте дорожку с сигналом переменного тока, скажем, прямоугольной волной 1 МГц, с другим концом дорожки на 0V. Стеклоочиститель имеет емкостную связь с дорожкой и воспринимает сигнал, амплитуда которого пропорциональна положению на дорожке. Вам нужно будет настроить его, чтобы избавиться от наихудших паразитных емкостей, но работать он будет. Вы можете использовать FET-повторитель или операционный усилитель для понижения импеданса сигнала стеклоочистителя, а затем использовать синхронный демодулятор для преобразования амплитуды обратно в основную полосу. Это может показаться странным, но для такого простого датчика вы можете сделать это на пару долларов, ничего особенного не нужно.

Переменные Трансформаторы

Очень точным и, возможно, чрезмерным источником был бы RVDT (вращающийся двоюродный брат LVDT). Для одноразового «тщеславного» проекта это был бы хороший выбор - эти вещи практически не поддаются разрушению, и, если повезет, вы можете получить их дешево за счет излишка. Для регулировки громкости вы можете сделать очень простой кондиционер RVDT (схема такая же, как для LVDT).

Переменные конденсаторы

Другим вариантом тщеславия будет старый, тяжелый, вращающийся конденсатор. Лучшие из них имеют пару шариковых подшипников. Как и в случае RVDT, у них нет других контактирующих частей, изнашивающихся. Поместите конденсатор в цепь мультивибратора, подключите к цепи преобразователя напряжения в частоту (в примечаниях к приложению LT их много), и все готово.

Магнитные датчики

Гораздо более дешевым вариантом будет 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 изменяться. Это хороший источник управляющего напряжения - он тоже дешев в реализации.

Оптические Датчики

Вы также можете иметь оптический датчик: напечатать V-образный зазор с XY, сопоставленным с полярными координатами, на листе прозрачной пленки. Установите на вал. Положите пару светодиод-фотодетектор так, чтобы она «видела» через щель. Поставьте на фотоприемник (транзистор или диод) операционный усилитель.

Другим оптическим вариантом, для которого не требуется V-образный зазор, было бы установить наклонный диск на конце вала, чтобы он не был перпендикулярен оси вала. Затем используйте отражающий датчик (светодиод + фотоприемник), чтобы получить непрерывный сигнал, пропорциональный углу.

Другой оптический вариант состоит в том, чтобы иметь многофазный рисунок, напечатанный на цилиндре на валу, и использовать несколько оптических датчиков с суммированием их выходных сигналов, чтобы обеспечить выходной сигнал. Шаблон может выглядеть следующим образом:

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

Когда цилиндр поворачивается над датчиками, их выходы постепенно снижаются. Разумно подправив количество детекторов / полос и расстояние обнаружения, вы можете обойтись простым черно-белым рисунком. Иногда это проще в изготовлении, чем что-то более необычное.

Преобразователи напряжения в угол

Еще один вариант, весьма разумный, если вы знаете, как обращаться с тензодатчиками, - это иметь интерфейс вала с длинной спиральной пружиной. Прикоснитесь 4-метровым тензодатчиком где-нибудь на пружине, с чувствительной осью вдоль длины пружины, и вы получите очень хороший сигнал, пропорциональный углу вала. Вам нужно будет добавить немного трения в механическую цепь, чтобы вал оставался на месте, когда вы отпускаете ручку.

Коэффициенты-и-энды

Еще один вариант, если вы хотите получить фанк, будет иметь переменный акустический конденсатор. Пропустите вал через плоскую тороидальную коробку. Конечно, он может иметь прямоугольное сечение. Сделайте радиальный паз через внутреннюю часть коробки и проденьте радиальный штифт от вала через радиальный паз. Прикрепите лопасть, которая почти заполняет поперечное сечение коробки до конца штифта. В нулевой точке в поле добавьте перегородку и акустический преобразователь. Подключите его к генератору, и у вас есть электроакустический преобразователь угла в период.

Вышесказанное - это только то, что я пытался с некоторым успехом в какой-то момент жизни. Существует почти бесконечный запас других идей, если вы хотите получить удовольствие от трансдукции.

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

Потенциометр состоит из угольной гусеницы со скользящим движением вверх и вниз по ней. Вы не можете заставить этот дворник двигаться по угольной дорожке без трения. Да, вы можете уменьшить трение с подшипниками и тому подобным, но это трение всегда будет.

Таким образом, вместо этого люди используют вращающийся датчик - чаще всего оптический, если вам нужно низкое трение - диск с прорезями в нем, который разбивает несколько инфракрасных лучей.

Очень трудно избежать произвольного изменения сопротивления стеклоочистителя в зависимости от положения стеклоочистителя. Однако в хорошей конструкции сопротивление стеклоочистителя будет иметь минимальное влияние на поведение цепи. Каждое десятикратное уменьшение величины тока, переносимого стеклоочистителем, приведет к десятикратному уменьшению величины напряжения, наложенного на его сопротивление. Аналогично, каждое десятикратное увеличение напряжения, которое несет горшок, приведет к десятикратному уменьшению значимости любого напряжения, наложенного сопротивлением.

Если устройство пытается управлять 8-омным громкоговорителем на 1/8 Вт (1 В), используя 10-омную емкость в качестве регулятора громкости, то изменение сопротивления стеклоочистителя на 1 Ом будет проявляться как изменение на 1/8 вольт. сигнал. Насти. 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 500-омную емкость, то изменение сопротивления стеклоочистителя на 1 Ом проявилось бы как 1/400-вольтное изменение сигнала в банке; пропуск его через понижающий трансформатор 1:50 для управления громкоговорителем привел бы к появлению в нем сигнала 1/20 000 вольт (уменьшение в 2500 раз по сравнению с непосредственным управлением громкоговорителем). Главное улучшение.

С более инженерной точки зрения, для достижения эффекта «кастрюли без трения» вы можете управлять цифровым котлом (или чем-то подобным) с помощью бесконтактного измерительного инструмента.

Например, вы можете получить один из этих модулей гидролокатора и управлять d-горшком, переводя расстояние между датчиком и движущейся целью, измеренное бесконтактно с помощью сонара, в сопротивление (или положение стеклоочистителя) на d-горшке.