在電機(jī)工程領(lǐng)域，電位器（Potentiometers，常簡稱為 pots）是一種基本且關(guān)鍵的組件。它作為控制和測量電訊號的重要工具，于電路與實(shí)體世界的交互中提供了動態(tài)接口，廣泛應(yīng)用于從音訊系統(tǒng)到機(jī)器人技術(shù)等眾多領(lǐng)域。本文將從電位器的基本原理、構(gòu)造和內(nèi)部工作原理入手，深入探討市售的各類型電位器，以及電位器、變阻器、編碼器的區(qū)別，同時(shí)闡述關(guān)鍵設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)和規(guī)格。

電位器基本知識

電位器是基于電阻的組件，具備機(jī)械調(diào)節(jié)機(jī)制，可手動調(diào)整電阻值。與固定電阻不同，電位器可作為可變電阻使用。它作為分壓器，既能調(diào)節(jié)電路內(nèi)的電壓輸出，又能測量電位。其工作時(shí)，滑針沿著電阻式元件調(diào)整位置，從而產(chǎn)生連續(xù)、可變的電壓輸出訊號。由于電位器是被動元件，無需電源或額外電路即可運(yùn)作。

物體的電阻值與其長度成正比，電位器正是利用這一原理實(shí)現(xiàn)可調(diào)式輸出。它通過改變滑動觸點(diǎn)沿均勻電阻式元件的線性或旋轉(zhuǎn)位置，改變電流流動路徑。輸入電壓施加在整個(gè)電阻式元件上，輸出電壓則由固定電阻式元件與滑動或旋轉(zhuǎn)觸點(diǎn)之間的電位降獲得?？梢苿佑|點(diǎn)的位置決定了施加到電路的輸入電壓大小。不過，電位器通常不直接控制超過 1W 的功率，因?yàn)樵旧砗纳⑤斎牍β蕰a(chǎn)生過多熱量。它主要用于調(diào)整其他組件使用的類比訊號以調(diào)節(jié)功率，如基本調(diào)光器利用電位器控制三端雙向可控矽開關(guān)元件（TRIAC）來改變燈光亮度。

電位器類型

電位器主要分為類比和數(shù)位兩種形式，本文著重介紹類比電位器。類比電位器又可分為線性和旋轉(zhuǎn)形式。旋轉(zhuǎn)電位器通過連接到滑針元件的旋鈕和軸實(shí)現(xiàn)角動作，滑針沿電阻式元件滑動改變電阻值和輸出。此外，還有無軸的微調(diào)電位器，使用螺絲起子等工具移動滑針。線性電位器則采用滑動機(jī)制，以線性動作與電阻式元件接觸，改變電阻值和輸出。

相較于類比電位器，數(shù)位或電子電位器以數(shù)位訊號控制輸出，無機(jī)械運(yùn)動。

電位器、變阻器、編碼器的區(qū)別

• 電位器與變阻器：電位器是三端子元件，主要用于控制電壓；變阻器是二端子元件，用于控制電流。不過，電位器可讓其中一個(gè)端子不連接當(dāng)作變阻器使用。變阻器通常具有高功率和繞線結(jié)構(gòu)，用于高電流應(yīng)用，控制燈具和馬達(dá)等裝置的流入電流，其規(guī)格依據(jù)功率處理能力而非電阻值。
  

  

  
  圖 3：電位器和變阻器電路圖。(圖片CUI Devices)
• 電位器與旋轉(zhuǎn)編碼器：
  • 工作原理：電位器主要是類比元件，依靠軸旋轉(zhuǎn)時(shí)電阻變化指示位置或調(diào)整電壓；旋轉(zhuǎn)編碼器是數(shù)位元件，使用二進(jìn)位邏輯將軸的角位置或動作編碼并以數(shù)位訊號傳輸，采用電容式、光學(xué)或磁感測技術(shù)。
  • 設(shè)置復(fù)雜性：電位器設(shè)置和連接簡單，易整合到電路；旋轉(zhuǎn)編碼器需額外電路處理和解譯數(shù)位輸出訊號。
  • 輸入范圍和解析度：電位器具有類比特性，可實(shí)現(xiàn)無限可變輸入，提供平滑連續(xù)值和非線性分壓；旋轉(zhuǎn)編碼器可連續(xù)旋轉(zhuǎn)，以數(shù)位格式提供精準(zhǔn)位置或動作資訊，適用于精準(zhǔn)馬達(dá)控制或位置準(zhǔn)確度要求高的應(yīng)用。
  • 應(yīng)用注意事項(xiàng)：電位器用于類比控制應(yīng)用，如音訊系統(tǒng)音量調(diào)節(jié)；旋轉(zhuǎn)編碼器在工業(yè)、自動化和機(jī)器人應(yīng)用中受青睞，用于精準(zhǔn)角度量測的馬達(dá)控制系統(tǒng)。

電位器錐度

電位器錐度指電樞旋轉(zhuǎn)或滑針滑動時(shí)電阻值的變化方式，主要有線性和對數(shù)（音訊錐度）兩種類型。線性錐度電位器中，電樞位置和電阻值呈線性關(guān)系，在整個(gè)動作范圍內(nèi)提供均勻電阻變化；對數(shù)錐度電位器提供非線性響應(yīng)，模擬人耳對聲音的對數(shù)靈敏度，常用于音訊元件的音量控制。此外，還有反對數(shù)電位器用于逆時(shí)針方向控制的音訊。

其他主要規(guī)格

選擇電位器時(shí)，還需考慮以下關(guān)鍵參數(shù)：

• 電阻值：跨整個(gè)電阻式元件兩端的電阻值。
• 額定功率：電位器可處理的功率，防止過熱或故障。
• 解析度：電阻增量變化的準(zhǔn)確度，通常以總電阻百分比表示。
• 滑動雜訊：電位器內(nèi)部接觸零件移動產(chǎn)生的電子雜訊，會干擾訊號。
• 溫度系數(shù)：指示電阻值隨工作溫度的變化情況，低溫度系數(shù)的電位器在不同熱條件下性能更穩(wěn)定。
• 機(jī)械壽命：電位器保持效能規(guī)格可承受的預(yù)期循環(huán)次數(shù)。