一文读懂之电位器知识

电位器是一种通用的机电元件, 在仪器仪表和各种电子设备中已获得广泛应用。电位器是电阻值可以调节变化的电阻，是一种可调的电子元件。它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。当电阻体的两个固定触点之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。

在家用电器和其他电子设备电路中，电位器的作用是用来分压、分流和用来作为变阻器。常用于阻值经常调整且要求阻值稳定可靠的场合，在电路中主要通过改变阻值来调节电压和电流的大小，常用于各类需调整工作点、频率点的电子产品中。

电位器通常有三个引出端子，其中有两个固定端，固定端之间的阻值最大，为电位器的标称值;另一端子为活动端子，通过改变活动端子与固定端子间的位置，可以改变相应端子间的电阻值。其典型电位器基本结构如下图所示，均由电阻体、滑动臂、转轴、外壳和焊片构成。它有三个引出端，其中 AC 两端电阻值最大， AB 、 BC 之间的电阻值可以通过与转轴相连的簧片位置不同而加以改变。

从构造形式来看, 电位器可分为线绕电位器和非线绕电位器两大类：

1、线绕电位器是将电阻丝绕在金属、陶瓷和塑料骨架上作为电阻元件, 具有电阻温度系数低, 电阻值稳定性好, 功率负荷性大,工作寿命长等优点。但线绕电阻元件的主要缺陷是分辩力有一定阶梯性, 同时多圈的电阻元件的感抗会呈现随频率增加而增加, 因此高频性能差。此外, 还存在总阻值范围窄等缺点。

2、非线绕电位器有合成膜电位器、玻璃釉电位器、导电塑料电位器等。

1)合成膜电位器是将炭黑、石墨和有机粘合剂、填充料等混合制成的浆料采用多种方法(如丝网印刷) 涂覆在基体上再经固化而制成的电阻膜作为电阻体。合成碳膜电位器能大规模生产, 价格便宜, 调节时噪声较小, 优越的高频性能, 还具有较小的电感量和分布容量, 且工作寿命长, 很少突然发生严重损坏, 总阻值范围宽广。线路设计人员总是首先想到选用碳膜电位器来作为在电子线路中改变电阻的经济方法。但合成碳膜电位器的总电阻值随时间和温度变化较大, 抗潮湿的能力较差, 碳膜电阻元件的接触电阻较大。

2)玻璃釉电位器是将金属(或其氧化物) 粉、玻璃釉等混合而成的浆料采用丝网印刷等方法涂覆在陶瓷基体上, 经烘干、高温烧结而成的电阻膜作为电阻体。其优点有:总电阻值范围宽广, 且有很高的分辩力和良好的稳定性, 噪声小, 频率响应非常好, 远远超过100MHz。电阻温度系数较小, 电阻元件表面坚硬而耐磨, 工作寿命长。玻璃釉电阻元件越来越广泛地应用于预调电位器中。

3)导电塑料电位器是将炭黑、石墨和超细金属粉、DA P 树脂和交联剂等混合而成的浆料采用丝网印刷等方法涂覆在陶瓷或特制塑料基体上而成的电阻膜作为电阻体。优点是接触电阻变化小, 工作寿命很长。因为表面特别光滑, 所以分辨力非常高, 即使动触点在电阻体上循环运动数百万次后, 仍不会产生明显的摩擦力和磨损。对电阻元件加以修刻, 可使其线性度达01001 的水平。动态噪声非常小, 有良好的高频工作性能, 适用于高增益伺服系统中。但导电塑料电位器耐潮湿性能较差, 稳定性不如玻璃釉电位器, 动触点额定电流小, 温度系数介于线绕电位器和玻璃釉电位器之间。

另外, 非线绕电位器还有金属膜电位器、金属体(箔) 电位器、有机实芯电位器、无机实芯电位器等。

总电阻值

定义为电位器两终端(1, 3 端) 之间的电阻值。标定任何电位器时, 都需要规定标称阻值。同时应规定标称阻值的允许偏差, 而总电阻值应在允许偏差范围内。

测量总电阻值时, 一般采用数字欧姆表。在电位器有机械止档时, 动触点应尽可能靠近一个终端引出端。如果是连续旋转的电位器, 应将动触点调节到与电阻元件工作段完全脱离为止。标准测试还规定了测量总电阻值的最高(直流) 电压, 以限制电阻体在测量过程中温度无明显上升。

终端电阻(零位电阻)

定义为当动触点位于邻近的止档时, 动触点引出端与该终端引出端之间获得的最小阻值。连续旋转的电位器没有止档, 不规定终端电阻。

测量终端电阻时, 施加到电位器上的电压应使动触点电流不超过产品标准中规定的极限值。当动触点位于止档位置时, 1, 2 两引出端之间的最小电阻值称为前终端电阻,2, 3 两引出端之间的最小电阻值称为后终端电阻。

接触电阻变化

定义为动触点在规定的速度下移动时,动触点与电阻体之间阻值的变化。接触电阻是由于动触点与电阻元件接触不良引起的,表面金属氧化物, 硫化物等都能在触点或电阻元件表面形成, 这些薄膜起着绝缘层的作用, 并形成接触电阻。

接触电阻会随测量电流的大小而变化。接触电阻变化还与元件的材料、动触点材料、接触表面状况及动触点与电阻元件的接触压力有关。

电阻温度系数

定义为在规定的环境工作温度范围内, 给定的两个温度之间, 阻值的相对变化除以引起该变化的温差及变化前的总电阻值(平均温度系数) , 通常以10- 6℃- 1为单位。电阻温度系数主要取决于电阻元件的材料和部件本身的具体结构。

额定功率

定义为在规定条件下能够耗散的最大功率。它是在最低环境温度到额定环境温度范围内, 能保证电位器连续正常工作的功率最大值。额定功率P = I 2R = U 2öR 。最大额定功率为线路设计人员说明电位器能够安全耗散而不致损坏的功率数值, 各个具体电位器的使用方式会影响额定功率的最大允许耗散值。

对于多数电位器来说, 额定功率的最大值是指当电位器作为分压器使用的情况。因此, 在电位器的输入端加上电压时, 通过动触点的负载电流值是不大的。电位器制造厂一般采用如图所示的降功耗曲线。

图中当环境温度在t1 和tmax之间的允许耗散功率由连接A、B 两点的直线所构成的减负荷特性加以规定。而环境温度在tm in和t1 之间的温度下最大允许耗散功率均为额定功率。

完整的额定功率的技术规范, 应规定安装条件, 周围环境是静止空气还是强迫对流。通常是用标准的安装方法使给定的电位器放置在静止空气中的允许值。当电位器需要安装在靠近发热元件如功率晶体管、变压器、大功率电阻等或邻近另一电位器时, 应当减少允许耗散功率。

产品上和性能数据表上规定的额定功率适用于电位器作分压器用的情况。此时, 耗散功率可认为是沿整个电阻元件均匀分布的。

而当电位器作变阻器或两引出端连接方式应用时, 对应动触点某一给定的调节位置,只有一部分电阻元件是消耗功率的, 而且流过电阻元件的电流全部流过动触点电路, 而动触点和电阻元件之间的压力接触点并不总是能够承受像电阻元件单独承受的那样大的电流。分压器式接法的额定功率是假定动触点电流可忽略不计的, 因此对于变阻器式接法, 必须限制其动触点电流的最大允许值Im= PöR T。式中P 为最大耗散功率; R T 为总电阻值。采用这个最大电流极限值, 即可保证电位器的最大功率不被超过。

电阻变化规律

定义为电位器输出电压(V 122或V 223) 与输入电压(V 123) 的比值与动触点所处机械位置(对于旋转电位器是指转角) 之间的关系。

通用电位器的电阻规律有如下几种：直线规律、对数规律、反转对数规律、超对数规律。

耐久性

机械耐久性(耐磨寿命)：

在规定的试验条件下, 使电位器性能的降低程度保持在技术规范允许范围内时, 电位器驱动机构得到的运转周数(动触点沿电阻元件工作道往返运行一次为一周)。

电气耐久性：在规定的负荷和动触点不运动的试验条件下, 电位器能连续正常工作而其性能保持在技术规范允许范围内的时间。按IEC 规定, 电位器的电气耐久性为1 000 h。

绝缘电压

定义为在连续正常工作的条件下, 可以施加在电位器引出端和其外部导体之间的最大峰值电压。对于多联电位器来说, 应在每一联引出端和其他各联的引出端之间进行测量。在正常气压下绝缘电压值应不小于电阻体极限电压的 1.42 倍。

耐电压

定义为加在电位器引出端和其外部导体之间; 多联电位器应在每一联的引出端和其他各联的引出端之间; 带开关电位器的开关引出端与电位器引出端和其外部导体之间的交流电压(频率为40～ 60Hz) 施加1 m in, 不应发生损伤、火花、绝缘破坏。可将各引出端一起连接起来进行测量。耐电压通常为交流100～1 000V , 对于具体产品, 其耐电压在产品标准中给出。

根据国标规定，电位器型号命名由四个部分构成：

例如：WNM107表示直滑式精密类无机实芯电位器、WXJ2表示单圈旋转精密类线绕电位器、WH122表示合成碳膜电位器。

线绕电位器

线绕电位器是用康铜丝和镍铬合金丝绕在一个环状支架上制成的，其特点是：功率大、耐高温、热稳定性好且噪声低，它的阻值变化是线性的，通常用于大电流调节电路中，由于电感量大，不宜用在高频电路场合。

碳膜电位器

碳膜电位器的电阻体是在绝缘基体上蒸涂一层碳膜制成的，其特点是：结构简单、绝缘性好、噪声小且成本低，广泛用于家用电子产品中。

单圈和多圈电位器

普通电位器和一些精密电位器大部分多为单圈电位器，而多圈电位器的结构有两种：一是电位器的动接点沿着螺旋形的绕组作螺旋运动来调节阻值、二是通过蜗轮、蜗杆来传动，电位器的接触刷装在轮上并在电阻体上作圆周运动。多圈电位器属于精密电位器，具有线性优良、能进行精细调整等优点，广泛用于对电阻进行精密调整的场合。

单联和双联电位器

单联电位器具有独立的转轴，而双联电位器是两个电位器装在同一个轴上，即同轴双联电位器，它可以减少电子元件个数，美化电子设备的外观。

有机实芯电位器

有机实芯电位器由导电材料与有机填料、热固性树脂配制成电阻粉，经过热压，在基座上形成实芯电阻体，其特点是：结构简单、体积小、耐高温、阻值范围宽、可靠性高，缺点是耐压低、噪声大。

导电塑料电位器

导电塑料电位器是将DAP(邻苯二甲酸二稀丙脂)电阻浆料覆在绝缘机体上，加热聚合成电阻膜，或将DAP电阻粉热塑压在绝缘基体的凹槽内形成的实芯体作为电阻体，其特点是：平滑性好、耐磨性好、寿命长、噪声小、可靠性极高、耐化学腐蚀。常用于宇宙装置、导弹、飞机雷达天线的伺服系统等。