Переменный резистор как элемент электроники¶

Переменный резистор — это резистор, электрическое сопротивление которого можно плавно или ступенчато изменять механическим воздействием. Относится к классу пассивных компонентов электрических цепей и служит для регулирования тока и напряжения, задания режимов работы схем, настройки параметров сигналов. В отличие от постоянного резистора с фиксированным номиналом, переменный резистор имеет подвижный контакт (ползунок), перемещаемый по резистивному элементу.

¶Терминология и обозначения

В русскоязычной технической литературе наряду с термином «переменный резистор» применяются названия «потенциометр» и «реостат». Строго говоря, они различаются схемой включения, а не конструкцией: потенциометр включается по схеме делителя напряжения (используются все три вывода), реостат — по схеме регулируемого сопротивления (задействованы два вывода). В англоязычной традиции закрепились термины variable resistor, potentiometer, а для малогабаритных подстроечных элементов — trimmer и preset.

На принципиальных схемах переменный резистор обозначается прямоугольником с отходящей стрелкой, направленной к его середине. Подстроечные варианты часто изображаются со стрелкой-подчёркиванием. В маркировке отечественных изделий применялись обозначения вида СП (сопротивление переменное) с цифровыми индексами, указывающими тип конструкции.

¶Устройство и принцип действия

Основные элементы конструкции:

• Резистивный элемент — токопроводящая дорожка или обмотка, выполняемая из углеродных композиций, металлических плёнок, проволоки из сплавов высокого сопротивления либо керметов.
• Подвижный контакт (токосъёмник) — пружинящая щётка или ползунок, скользящий по дорожке.
• Механизм перемещения — вращающаяся ось либо прямолинейный движок, связанный с органом управления.
• Корпус — защищает элемент от влаги, пыли и механических повреждений.

При перемещении ползунка изменяется длина участка резистивного слоя, включённого в цепь, а вместе с ней — сопротивление между крайним и средним выводами. Сопротивление между крайними выводами остаётся практически постоянным и называется полным или номинальным.

¶Основные характеристики

Линейная характеристика применяется в делителях напряжения, логарифмическая — в регуляторах громкости звуковоспроизводящей аппаратуры, поскольку слух человека воспринимает громкость по логарифмическому закону.

¶Классификация

По назначению различают:

• Регулировочные — для многократной плавной регулировки в процессе эксплуатации (регуляторы громкости, яркости, частоты).
• Подстроечные — для разовой настройки при сборке и калибровке, после чего положение фиксируется.
• Сдвоенные и многосекционные — объединяют два и более элемента на общей оси, что необходимо для одновременной регулировки нескольких каналов.

По конструкции выделяют проволочные, углеродные, металлоплёночные, керметные и полупроводниковые (цифровые) разновидности. Проволочные отличаются высокой точностью и мощностью, но ограничены по частотному диапазону из-за индуктивности обмотки. Плёночные обеспечивают лучшие частотные свойства, но меньшую мощность.

Отдельную группу образуют цифровые потенциометры — интегральные микросхемы, в которых роль резистивной матрицы и коммутатора выполняют транзисторные ключи, управляемые по последовательному интерфейсу. Такие элементы лишены механического износа и применяются в современной электронной аппаратуре.

¶Применение

Переменные резисторы используются в следующих областях:

• Регулировка громкости, тембра и баланса в звуковой аппаратуре.
• Установка рабочей точки транзисторных каскадов при настройке усилителей.
• Регулирование яркости, скорости вращения, температуры в бытовых приборах.
• Задание опорных напряжений и порогов срабатывания в измерительных схемах.
• Модели датчиков положения в учебных и лабораторных установках.

В измерительной технике на основе переменных резисторов строятся мостовые схемы, компенсаторы и делители, позволяющие сравнивать неизвестное напряжение с образцовым.

¶История и развитие

Проволочные реостаты появились в XIX веке вместе с развитием телеграфии и электротехники. В первой половине XX века, с массовым распространением радиоприёмников, потребовались компактные регуляторы громкости, что привело к созданию углеродных переменных резисторов с вращающейся осью. Во второй половине столетия широкое применение получили подстроечные элементы для печатного монтажа. С конца XX века наблюдается постепенное вытеснение механических регулировочных элементов цифровыми и сенсорными решениями, однако в силовой и измерительной технике, а также в аудиофильской аппаратуре классические переменные резисторы сохраняют позиции.

¶Особенности эксплуатации

К основным факторам, ограничивающим ресурс переменного резистора, относятся износ токопроводящей дорожки, окисление контакта и накопление загрязнений. Износ проявляется в виде шорохов и скачков сопротивления, что особенно заметно в звуковых регуляторах. Для повышения надёжности применяют смазки, многослойные дорожки и герметичные корпуса. При работе с проволочными реостатами учитывают нагрев и необходимость отвода тепла.

При выборе элемента учитывают номинальное сопротивление, характеристику регулирования, допустимую мощность, тип монтажа и условия эксплуатации. Для прецизионных схем предпочтительны многооборотные конструкции, обеспечивающие высокую точность установки.

Источники:

• ГОСТ 10318-80. Резисторы переменные. Общие технические условия.
• Справочник по электротехническим материалам под редакцией Ю. В. Корицкого.
• Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники.
• Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника.