電位器的全面解析

什么是電位器？

電位器（Potentiometer），簡稱“Pots”，是工程師中常用的稱謂，實際上是一種帶有機械調節機構的電阻器，可以手動調節其阻值。電阻器本身提供固定的阻值，用于阻止或“限制”電路中的電流流動。而電位器的本質是一種可變電阻。

電位器的工作原理是通過分壓器調節輸出電壓，并能夠精確測量（即“計量”）電勢，這也是“電位器”名稱的由來。它們產生的輸出信號與電刷在電阻元件上的物理位置成比例，具有連續可變性。作為被動元件，電位器無需額外電源或電路即可運行。

電位器的簡史

在19世紀初電力研究和開發快速發展的背景下，許多人開始探索控制設備或電路電量的方法。然而，直到1841年，電位器的概念才被提出。1872年，托馬斯·愛迪生（Thomas Edison）發明了首個實用的碳電位器。

現代電位器的體積更小，精度更高，根據應用需求有多種類型和封裝形式。它們廣泛用于調節亮度、音量、音頻信號以及視頻亮度和顏色，同時也可作為位置傳感器使用。

電位器如何工作？

旋轉式電位器的內部工作原理

物體的電阻取決于多個因素，其中之一是長度。當材料和橫截面相同時，長度為10厘米的物體電阻是長度為20厘米的物體電阻的一半。電位器利用了這一原理。通過調整滑動觸點在均勻電阻元件上的線性或旋轉位置，電位器可以改變電流路徑的長度，從而調節輸出。

輸入電壓施加在整個電阻元件上，輸出電壓則是固定電阻元件與滑動觸點間的電壓降。滑動觸點的位置決定了施加到電路上的輸入電壓。

由于電位器需要耗散輸入功率，它們很少用于控制超過1瓦的功率，因為過高的功率會導致不可接受的發熱。相反，電位器通過調整模擬信號控制其他元件。例如，簡單的燈光調節器通過電位器控制三端雙向可控硅（TRIAC）來調節燈光亮度。

電位器的類型

電位器主要分為兩大類：模擬電位器和數字電位器。

• 模擬電位器：通過手動操作機械元件來控制輸出，通常分為線性和旋轉兩種形式：

• 旋轉電位器：通過旋轉旋鈕或軸改變電阻和輸出。無軸版本則使用螺絲刀進行調節，通常稱為微調電位器（Trimmer）。

• 線性電位器：通過滑動方式改變電阻，適用于需要線性關系的應用。

• 數字電位器：通過數字信號調節輸出，無需機械操作。本文重點討論模擬電位器。

模擬電位器的其他類型

根據應用需求，模擬電位器還包括以下子類型：

• 預設和微調器：小型電路板安裝器件，用于調試和校準。

• 雙聯電位器：單軸上組合兩個電位器，可同時調節兩路信號。

• 伺服電位器：連接旋轉軸（如電機）的電位器，用于位置檢測。

• 對數電位器：阻值呈對數變化，常用于音量調節。

• 同軸電位器：兩個旋轉電位器同軸安裝，用于多功能控制。

• 滑動電位器：通過滑動調整阻值，適用于混音器或均衡器。

• 電動滑動電位器：由小型直流電機驅動，用于自動化控制。

• 單圈與多圈電位器：分別適用于普通和高精度應用。

電位器與變阻器的區別

電位器是三端元件，通常用于電壓控制；變阻器是兩端元件，用于電流控制。電位器通過斷開一端可用作變阻器。變阻器多為高功率線繞電阻，用于燈具或電機的高電流控制。

電位器與旋轉編碼器

旋轉編碼器將軸的角位移轉換為數字信號，與電位器在結構和用途上有所不同。電位器是模擬設備，易于設置，而旋轉編碼器為數字設備，精度高，但需要額外電路翻譯信號。

電位器的性能參數

• 阻值：電位器的總電阻值。

• 額定功率：最大可承受功率。

• 分辨率：精度，取決于電刷的移動。

• 滑動噪聲：內部接觸產生的電噪聲。

• 溫度系數：阻值隨溫度變化的程度。

• 機械壽命：循環次數。

電位器的優缺點

優點包括設計簡單、成本低、操作便捷、阻值范圍廣等；缺點則是帶寬有限、易磨損以及可能產生電噪聲。

常見應用

如前所述，電位器常用于音頻和視頻設備或系統中，用來控制音量、亮度、對比度和顏色等參數。它們還可用于測試設備中的電壓測量，以及過程控制和自動化系統中的位置傳感。電位器的靈活性以及用作變阻器的可能性，使其不僅局限于這些常見應用，還擴展到了幾乎所有模擬和許多數字應用中。只要需要主動控制電路或從電路接收反饋，電位器都可以作為一個備選方案。

總結

電位器是一種結構相對簡單的設備，采用成熟的技術，能夠在多種電子或電氣設備和系統中實現電壓控制或測量功能。它們還能夠對線性或旋轉運動進行精確的傳感和測量。由于其多樣化的封裝形式、額定值、尺寸和設計，電位器可適配于廣泛的不同應用。
Same Sky 提供多種電位器選擇，包括旋轉式和微調式，阻值范圍廣泛，能夠滿足多種需求。