感測器與訊號調理

電位器(potentiometer)

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電位器是一顆帶可動抽頭的電阻——一個旋鈕或滑桿,在兩端之間某處取出一個電壓。想像一長條電阻,上面有個可滑動的滑臂。把兩端跨接一個電壓,滑臂便依其所在位置取出該電壓的一個比例。當位置感測器,它直接得漂亮:軸的角度或滑桿的位置直接變成電壓,完全不需放大。

它內部是一條電阻軌(碳膜、金屬陶瓷或繞線),加上一個接觸它的滑臂。作為三端元件,它是一個可調分壓器:當電阻軌跨接電源 Vs 時,滑臂電壓為 Vs times(沿軌走的比例)——旋鈕轉到三分之一處,就得到三分之一的電源電壓。只用兩端(一端加滑臂)時,它就只是可變電阻或變阻器。電位器有線性錐度(電壓與角度成正比,用於感測)與對數錐度(用於音量,符合我們對響度的聽覺)。多圈電位器以量程換取精細解析度。

為何重要:作為位置換能器,電位器是最便宜、最簡單的選擇——它藏在音量旋鈕、搖桿、油門與踏板感測器、機械回饋之後。以比例方式讀它(用同一電源供給電位器與轉換器的參考),讀數就只取決於位置,而與確切的電源電壓無關。誠實的提醒:滑臂實際摩擦電阻軌,所以它會磨損、隨歲月變得吵雜刮擦、甚至瞬間失去接觸;而且你不可用低電阻負載拉住滑臂,否則分壓下垂、讀數變非線性。要無磨損的位置感測,霍爾效應或光學感測器是現代替代品。

一顆 10 kΩ 的線性電位器跨接 3.3 V,當作油門。轉到一半時滑臂在 3.3 V times 0.5 = 1.65 V;轉到四分之三時讀 3.3 V times 0.75 = 2.48 V。轉換器直接把角度讀成電壓——不用放大器、不用電橋。

位置直接變成電壓——一個你可以轉動的分壓器。

滑臂是機械滑動接點:它會磨損、隨歲月變吵,且不可被低電阻拉住,否則分壓下垂成非線性。要長壽、無磨損的位置感測,請用非接觸式的霍爾效應或光學感測器。

又称
potvariable resistor可變電阻電位計