電位器是一種通用的機(jī)電元件, 在儀器儀表和各種電子設(shè)備中已獲得廣泛應(yīng)用。電位器是電阻值可以調(diào)節(jié)變化的電阻，是一種可調(diào)的電子元件。它是由一個(gè)電阻體和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)系統(tǒng)組成。當(dāng)電阻體的兩個(gè)固定觸點(diǎn)之間外加一個(gè)電壓時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)系統(tǒng)改變觸點(diǎn)在電阻體上的位置，在動(dòng)觸點(diǎn)與固定觸點(diǎn)之間便可得到一個(gè)與動(dòng)觸點(diǎn)位置成一定關(guān)系的電壓。

在家用電器和其他電子設(shè)備電路中，電位器的作用是用來(lái)分壓、分流和用來(lái)作為變阻器。常用于阻值經(jīng)常調(diào)整且要求阻值穩(wěn)定可靠的場(chǎng)合，在電路中主要通過(guò)改變阻值來(lái)調(diào)節(jié)電壓和電流的大小，常用于各類需調(diào)整工作點(diǎn)、頻率點(diǎn)的電子產(chǎn)品中。

電位器的結(jié)構(gòu)

電位器通常有三個(gè)引出端子，其中有兩個(gè)固定端，固定端之間的阻值最大，為電位器的標(biāo)稱值;另一端子為活動(dòng)端子，通過(guò)改變活動(dòng)端子與固定端子間的位置，可以改變相應(yīng)端子間的電阻值。其典型電位器基本結(jié)構(gòu)如下圖所示，均由電阻體、滑動(dòng)臂、轉(zhuǎn)軸、外殼和焊片構(gòu)成。它有三個(gè)引出端，其中 AC 兩端電阻值最大， AB 、 BC 之間的電阻值可以通過(guò)與轉(zhuǎn)軸相連的簧片位置不同而加以改變。

電位器的分類

從構(gòu)造形式來(lái)看, 電位器可分為線繞電位器和非線繞電位器兩大類：

1、線繞電位器是將電阻絲繞在金屬、陶瓷和塑料骨架上作為電阻元件, 具有電阻溫度系數(shù)低, 電阻值穩(wěn)定性好, 功率負(fù)荷性大,工作壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但線繞電阻元件的主要缺陷是分辯力有一定階梯性, 同時(shí)多圈的電阻元件的感抗會(huì)呈現(xiàn)隨頻率增加而增加, 因此高頻性能差。此外, 還存在總阻值范圍窄等缺點(diǎn)。

2、非線繞電位器有合成膜電位器、玻璃釉電位器、導(dǎo)電塑料電位器等。

1)合成膜電位器是將炭黑、石墨和有機(jī)粘合劑、填充料等混合制成的漿料采用多種方法(如絲網(wǎng)印刷) 涂覆在基體上再經(jīng)固化而制成的電阻膜作為電阻體。合成碳膜電位器能大規(guī)模生產(chǎn), 價(jià)格便宜, 調(diào)節(jié)時(shí)噪聲較小, 優(yōu)越的高頻性能, 還具有較小的電感量和分布容量, 且工作壽命長(zhǎng), 很少突然發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞, 總阻值范圍寬廣。線路設(shè)計(jì)人員總是首先想到選用碳膜電位器來(lái)作為在電子線路中改變電阻的經(jīng)濟(jì)方法。但合成碳膜電位器的總電阻值隨時(shí)間和溫度變化較大, 抗潮濕的能力較差, 碳膜電阻元件的接觸電阻較大。

2)玻璃釉電位器是將金屬(或其氧化物) 粉、玻璃釉等混合而成的漿料采用絲網(wǎng)印刷等方法涂覆在陶瓷基體上, 經(jīng)烘干、高溫?zé)Y(jié)而成的電阻膜作為電阻體。其優(yōu)點(diǎn)有:總電阻值范圍寬廣, 且有很高的分辯力和良好的穩(wěn)定性, 噪聲小, 頻率響應(yīng)非常好, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)100MHz。電阻溫度系數(shù)較小, 電阻元件表面堅(jiān)硬而耐磨, 工作壽命長(zhǎng)。玻璃釉電阻元件越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于預(yù)調(diào)電位器中。

3)導(dǎo)電塑料電位器是將炭黑、石墨和超細(xì)金屬粉、DA P 樹(shù)脂和交聯(lián)劑等混合而成的漿料采用絲網(wǎng)印刷等方法涂覆在陶瓷或特制塑料基體上而成的電阻膜作為電阻體。優(yōu)點(diǎn)是接觸電阻變化小, 工作壽命很長(zhǎng)。因?yàn)楸砻嫣貏e光滑, 所以分辨力非常高, 即使動(dòng)觸點(diǎn)在電阻體上循環(huán)運(yùn)動(dòng)數(shù)百萬(wàn)次后, 仍不會(huì)產(chǎn)生明顯的摩擦力和磨損。對(duì)電阻元件加以修刻, 可使其線性度達(dá)01001 的水平。動(dòng)態(tài)噪聲非常小, 有良好的高頻工作性能, 適用于高增益伺服系統(tǒng)中。但導(dǎo)電塑料電位器耐潮濕性能較差, 穩(wěn)定性不如玻璃釉電位器, 動(dòng)觸點(diǎn)額定電流小, 溫度系數(shù)介于線繞電位器和玻璃釉電位器之間。

另外, 非線繞電位器還有金屬膜電位器、金屬體(箔) 電位器、有機(jī)實(shí)芯電位器、無(wú)機(jī)實(shí)芯電位器等。

電位器的電氣參數(shù)

總電阻值

定義為電位器兩終端(1, 3 端) 之間的電阻值。標(biāo)定任何電位器時(shí), 都需要規(guī)定標(biāo)稱阻值。同時(shí)應(yīng)規(guī)定標(biāo)稱阻值的允許偏差, 而總電阻值應(yīng)在允許偏差范圍內(nèi)。

測(cè)量總電阻值時(shí), 一般采用數(shù)字歐姆表。在電位器有機(jī)械止檔時(shí), 動(dòng)觸點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近一個(gè)終端引出端。如果是連續(xù)旋轉(zhuǎn)的電位器, 應(yīng)將動(dòng)觸點(diǎn)調(diào)節(jié)到與電阻元件工作段完全脫離為止。標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試還規(guī)定了測(cè)量總電阻值的最高(直流) 電壓, 以限制電阻體在測(cè)量過(guò)程中溫度無(wú)明顯上升。

終端電阻(零位電阻)

定義為當(dāng)動(dòng)觸點(diǎn)位于鄰近的止檔時(shí), 動(dòng)觸點(diǎn)引出端與該終端引出端之間獲得的最小阻值。連續(xù)旋轉(zhuǎn)的電位器沒(méi)有止檔, 不規(guī)定終端電阻。

測(cè)量終端電阻時(shí), 施加到電位器上的電壓應(yīng)使動(dòng)觸點(diǎn)電流不超過(guò)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的極限值。當(dāng)動(dòng)觸點(diǎn)位于止檔位置時(shí), 1, 2 兩引出端之間的最小電阻值稱為前終端電阻,2, 3 兩引出端之間的最小電阻值稱為后終端電阻。

接觸電阻變化

定義為動(dòng)觸點(diǎn)在規(guī)定的速度下移動(dòng)時(shí),動(dòng)觸點(diǎn)與電阻體之間阻值的變化。接觸電阻是由于動(dòng)觸點(diǎn)與電阻元件接觸不良引起的,表面金屬氧化物, 硫化物等都能在觸點(diǎn)或電阻元件表面形成, 這些薄膜起著絕緣層的作用, 并形成接觸電阻。

接觸電阻會(huì)隨測(cè)量電流的大小而變化。接觸電阻變化還與元件的材料、動(dòng)觸點(diǎn)材料、接觸表面狀況及動(dòng)觸點(diǎn)與電阻元件的接觸壓力有關(guān)。

電阻溫度系數(shù)

定義為在規(guī)定的環(huán)境工作溫度范圍內(nèi), 給定的兩個(gè)溫度之間, 阻值的相對(duì)變化除以引起該變化的溫差及變化前的總電阻值(平均溫度系數(shù)) , 通常以10- 6℃- 1為單位。電阻溫度系數(shù)主要取決于電阻元件的材料和部件本身的具體結(jié)構(gòu)。

額定功率

定義為在規(guī)定條件下能夠耗散的最大功率。它是在最低環(huán)境溫度到額定環(huán)境溫度范圍內(nèi), 能保證電位器連續(xù)正常工作的功率最大值。額定功率P = I 2R = U 2?R 。最大額定功率為線路設(shè)計(jì)人員說(shuō)明電位器能夠安全耗散而不致?lián)p壞的功率數(shù)值, 各個(gè)具體電位器的使用方式會(huì)影響額定功率的最大允許耗散值。

對(duì)于多數(shù)電位器來(lái)說(shuō), 額定功率的最大值是指當(dāng)電位器作為分壓器使用的情況。因此, 在電位器的輸入端加上電壓時(shí), 通過(guò)動(dòng)觸點(diǎn)的負(fù)載電流值是不大的。電位器制造廠一般采用如圖所示的降功耗曲線。

圖中當(dāng)環(huán)境溫度在t1 和tmax之間的允許耗散功率由連接A、B 兩點(diǎn)的直線所構(gòu)成的減負(fù)荷特性加以規(guī)定。而環(huán)境溫度在tm in和t1 之間的溫度下最大允許耗散功率均為額定功率。

完整的額定功率的技術(shù)規(guī)范, 應(yīng)規(guī)定安裝條件, 周圍環(huán)境是靜止空氣還是強(qiáng)迫對(duì)流。通常是用標(biāo)準(zhǔn)的安裝方法使給定的電位器放置在靜止空氣中的允許值。當(dāng)電位器需要安裝在靠近發(fā)熱元件如功率晶體管、變壓器、大功率電阻等或鄰近另一電位器時(shí), 應(yīng)當(dāng)減少允許耗散功率。

產(chǎn)品上和性能數(shù)據(jù)表上規(guī)定的額定功率適用于電位器作分壓器用的情況。此時(shí), 耗散功率可認(rèn)為是沿整個(gè)電阻元件均勻分布的。

而當(dāng)電位器作變阻器或兩引出端連接方式應(yīng)用時(shí), 對(duì)應(yīng)動(dòng)觸點(diǎn)某一給定的調(diào)節(jié)位置,只有一部分電阻元件是消耗功率的, 而且流過(guò)電阻元件的電流全部流過(guò)動(dòng)觸點(diǎn)電路, 而動(dòng)觸點(diǎn)和電阻元件之間的壓力接觸點(diǎn)并不總是能夠承受像電阻元件單獨(dú)承受的那樣大的電流。分壓器式接法的額定功率是假定動(dòng)觸點(diǎn)電流可忽略不計(jì)的, 因此對(duì)于變阻器式接法, 必須限制其動(dòng)觸點(diǎn)電流的最大允許值Im= P?R T。式中P 為最大耗散功率; R T 為總電阻值。采用這個(gè)最大電流極限值, 即可保證電位器的最大功率不被超過(guò)。

電阻變化規(guī)律

定義為電位器輸出電壓(V 122或V 223) 與輸入電壓(V 123) 的比值與動(dòng)觸點(diǎn)所處機(jī)械位置(對(duì)于旋轉(zhuǎn)電位器是指轉(zhuǎn)角) 之間的關(guān)系。

通用電位器的電阻規(guī)律有如下幾種： 直線規(guī)律、對(duì)數(shù)規(guī)律、反轉(zhuǎn)對(duì)數(shù)規(guī)律、超對(duì)數(shù)規(guī)律。

耐久性

機(jī)械耐久性(耐磨壽命)：

在規(guī)定的試驗(yàn)條件下, 使電位器性能的降低程度保持在技術(shù)規(guī)范允許范圍內(nèi)時(shí), 電位器驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)得到的運(yùn)轉(zhuǎn)周數(shù)(動(dòng)觸點(diǎn)沿電阻元件工作道往返運(yùn)行一次為一周)。

電氣耐久性：在規(guī)定的負(fù)荷和動(dòng)觸點(diǎn)不運(yùn)動(dòng)的試驗(yàn)條件下, 電位器能連續(xù)正常工作而其性能保持在技術(shù)規(guī)范允許范圍內(nèi)的時(shí)間。按IEC 規(guī)定, 電位器的電氣耐久性為1 000 h。

絕緣電壓

定義為在連續(xù)正常工作的條件下, 可以施加在電位器引出端和其外部導(dǎo)體之間的最大峰值電壓。對(duì)于多聯(lián)電位器來(lái)說(shuō), 應(yīng)在每一聯(lián)引出端和其他各聯(lián)的引出端之間進(jìn)行測(cè)量。在正常氣壓下絕緣電壓值應(yīng)不小于電阻體極限電壓的 1.42 倍。

耐電壓

定義為加在電位器引出端和其外部導(dǎo)體之間; 多聯(lián)電位器應(yīng)在每一聯(lián)的引出端和其他各聯(lián)的引出端之間; 帶開(kāi)關(guān)電位器的開(kāi)關(guān)引出端與電位器引出端和其外部導(dǎo)體之間的交流電壓(頻率為40～ 60Hz) 施加1 m in, 不應(yīng)發(fā)生損傷、火花、絕緣破壞?？蓪⒏饕龆艘黄疬B接起來(lái)進(jìn)行測(cè)量。耐電壓通常為交流100～1 000V , 對(duì)于具體產(chǎn)品, 其耐電壓在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中給出。

電位器型號(hào)命名及種類

根據(jù)國(guó)標(biāo)規(guī)定，電位器型號(hào)命名由四個(gè)部分構(gòu)成：

例如：WNM107表示直滑式精密類無(wú)機(jī)實(shí)芯電位器、WXJ2表示單圈旋轉(zhuǎn)精密類線繞電位器、WH122表示合成碳膜電位器。

線繞電位器

線繞電位器是用康銅絲和鎳鉻合金絲繞在一個(gè)環(huán)狀支架上制成的，其特點(diǎn)是：功率大、耐高溫、熱穩(wěn)定性好且噪聲低，它的阻值變化是線性的，通常用于大電流調(diào)節(jié)電路中，由于電感量大，不宜用在高頻電路場(chǎng)合。

碳膜電位器

碳膜電位器的電阻體是在絕緣基體上蒸涂一層碳膜制成的，其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、絕緣性好、噪聲小且成本低，廣泛用于家用電子產(chǎn)品中。

單圈和多圈電位器

普通電位器和一些精密電位器大部分多為單圈電位器，而多圈電位器的結(jié)構(gòu)有兩種：一是電位器的動(dòng)接點(diǎn)沿著螺旋形的繞組作螺旋運(yùn)動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)阻值、二是通過(guò)蝸輪、蝸桿來(lái)傳動(dòng)，電位器的接觸刷裝在輪上并在電阻體上作圓周運(yùn)動(dòng)。多圈電位器屬于精密電位器，具有線性優(yōu)良、能進(jìn)行精細(xì)調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于對(duì)電阻進(jìn)行精密調(diào)整的場(chǎng)合。

單聯(lián)和雙聯(lián)電位器

單聯(lián)電位器具有獨(dú)立的轉(zhuǎn)軸，而雙聯(lián)電位器是兩個(gè)電位器裝在同一個(gè)軸上，即同軸雙聯(lián)電位器，它可以減少電子元件個(gè)數(shù)，美化電子設(shè)備的外觀。

有機(jī)實(shí)芯電位器

有機(jī)實(shí)芯電位器由導(dǎo)電材料與有機(jī)填料、熱固性樹(shù)脂配制成電阻粉，經(jīng)過(guò)熱壓，在基座上形成實(shí)芯電阻體，其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、耐高溫、阻值范圍寬、可靠性高，缺點(diǎn)是耐壓低、噪聲大。

導(dǎo)電塑料電位器

導(dǎo)電塑料電位器是將DAP(鄰苯二甲酸二稀丙脂)電阻漿料覆在絕緣機(jī)體上，加熱聚合成電阻膜，或?qū)AP電阻粉熱塑壓在絕緣基體的凹槽內(nèi)形成的實(shí)芯體作為電阻體，其特點(diǎn)是：平滑性好、耐磨性好、壽命長(zhǎng)、噪聲小、可靠性極高、耐化學(xué)腐蝕。常用于宇宙裝置、導(dǎo)彈、飛機(jī)雷達(dá)天線的伺服系統(tǒng)等。