是否存在“无刮水器”电位器？

电位计因磨损而闻名（至少以我的经验）；小刮水器最终只会磨损其触点，而不再具有牢固的电气连接。对于音频设备，更改音量时可能会发出裂纹。磨损不一定均匀，并且某些位置的接触可能比其他位置差。我注意到通常在上限附近（全音量，全亮度等）情况会更糟，但是磨损分布可能主要归因于设备的使用方式。
    对我来说，具有这样一种摩擦的组件似乎是个坏主意（显然是），而且我经常想知道是否有没有滑动接触的商用设计（数字电位计[1]除外），以及它们是否再经济。我设想一种这样的无刮水器设计将基于滚珠轴承或行星齿轮，其中滚珠或行星齿轮中至少有一个是导电的，其余的则是绝缘的，并且它们滚动的轨道，环或星/具有电阻梯度元件的太阳齿轮。但是目前有这样的东西吗？

注1：它的行为应与普通无源电位器相似。数字电位器需要电源并消耗功率，因此，据我所知，并不一定是即插即用的替代品（3引脚数字电位器将需要将端部引脚加倍作为电源，但情况并非总是如此。 ）。我特别想知道是否存在诸如无刷无源电位器之类的组件，它们以最简单的形式具有3个引脚，其中引脚1和2之间以及引脚2和3之间的电阻总和旨在保持恒定（即2引脚可变电阻器本身不是电位计）。

如何充分利用电位器？

在许多高精度，低噪声的设计中，首先要使信号通过前面板布线是一个坏主意。因此，至少，控制元件应仅产生控制电压控制放大器/衰减器的电压信号。使用电位源，您可以对控制信号进行缓冲和低通滤波，从而使抽头的压降效应最小。

^{模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

此处，参考电压为电位计供电。可变抽头电阻由Rw建模，Rw可以变化9个数量级，但大多数情况下是“低”的，约为欧姆。R2使时间常数保持在50ms以上。由于R2 >> R1，因此R1的影响很小。C2与R1 + R2组成一个低通滤波器，但也用作保持电容器。U2是在非反相模式下设置的运算放大器，因此其输入具有很高的阻抗。U2的输出进入压控放大器。

C2应该是具有NP0或塑料电介质的低泄漏类型，而U2应该具有FET或CMOS输入级。因此，不要在U2上使用741并期望它能工作的那么好-尽管它仍会比裸电位计更好地工作。

如果从R1到电路的导线很长，则可能需要一个自举屏蔽层。但是，由于屏蔽到信号电容会为系统增加正反馈，因此必须进行一些实验以确保电路的稳定性。

与直接在信号上使用电位计相比，这已经为您提供了性能更好的电路。即使使用50ms的短时间常数，即使在最可笑的脏电位器上也可以消除裂纹。您始终可以权衡响应时间，以减少对裂纹的敏感度。

将音频路由到前面板通常是EMI的噩梦，正确地进行音频通常并不便宜。

压控增益

可以通过使用由LED照明的光敏电阻来制造良好的降压稳压增益元件。如果选择了它们，光敏电阻的电阻电压系数可能非常低，因此失真也非常低，无疑会比大多数简单的乘法器电路高出一个数量级或更多。它们可以从Excelitas中以独立设备（称为Vactrols）的形式获得。需要小心谨慎地施加它们，因为您不希望在整个光敏电阻上超过100mV，但否则它们是功能强大的器件，每个器件的成本约为5美元。

有不错的集成压控放大器，例如最近一次购买（很难）的SSM2018或更新的AD8338，THAT2181等。

滚动接触如何？

如果您还有机械鼠标，请打开它。把球拿出来，看着滚子。它们总是被坚硬的污垢覆盖。如果您不能很好地控制环境，滚动接触并不是全部。滑动触点具有自清洁特性。在电位计中，滚动接触的行为恰好相反-它们会自弄脏。那将是一个非常糟糕的主意。

从机械上讲，您似乎会忘记另一个方面：滚动接触在集中应力方面非常出色，并且需要足够坚硬的表面以防止磨损。在表面需要与金属球/滚子接触并同时具有任何预期使用寿命的情况下，制造低功率电阻传感器有点困难。

如果您真的不关心电路的功率，则需要用硬化钢制成C形电阻性走线。以脉冲形式给它提供几安培的电流，使用一个采样保持电路来获取脉冲幅度，就可以设置好了。只要将其放在防尘罩中，它就会起作用。请注意，防尘通常比防水（！）难。

TL; DR：在电位计抽头中，滚动接触可能是您所希望的最糟糕的事情。

那么，还有哪些其他选择？

您可以从其他来源获得信号。它们都通过使用多种技术将轴角度转换为电压来工作。我没有特别的顺序介绍它们。

非接触式电位器

假设您从电位器的基本C形电阻轨迹开始。选择一个大的，以便于操作。打开它。弯曲刮水器，使其从轨道上提起，但要稍稍抬高一点。向交流轨道馈送一个交流信号，例如1MHz方波，轨道的另一端为0V。游标电容耦合到轨道，并将拾取振幅与轨道位置成比例的信号。您将需要对其进行调整以消除最差的寄生电容，但是可以做到。您可以使用FET跟随器或运算放大器来降低抽头信号的阻抗，然后使用同步解调器将幅度转换回基带。这听起来似乎不错，但是对于这样一个简单的传感器，您可以用几美元的零件来完成它，根本不需要任何花哨的东西。

可变变压器

RVDT（LVDT的旋转表亲）是一种非常精确的方法，也许是最重要的方法。对于一次性的“虚荣”项目，这将是一个不错的选择-这些东西几乎是坚不可摧的，而且幸运的是，您可以从盈余中廉价地获得它们。对于音量控制，您可以制作一个非常简单的RVDT调节器（电路与LVDT相同）。

可变电容器

另一个虚荣选择是使用老式的笨重的旋转电容器。更好的是有一对滚珠轴承。与RVDT相似，它们没有其他接触部件会磨损。将电容器放在多谐振荡器电路中，连接至电压至频率转换器电路（LT应用笔记中有很多这样的电路），您就可以设置好了。

磁传感器

成本更低的选择是霍尔传感器。假设您在轴上径向放置了一块磁铁，并在其旁边有一个霍尔传感器。旋转轴时，通过正确放置的传感器的磁通量会发生变化。这是控制电压的良好来源-实施起来也很便宜。

光学传感器

您还可以使用一个光学传感器：在透明箔纸上打印一个V间隙，XY映射到极坐标。安装在轴上。放置一对LED-光电检测器，以使其“看到”间隙。用运算放大器调节光电探测器（晶体管或二极管）。

不需要V间隙的另一种光学选择是将倾斜的光盘安装在轴的末端，以使其与轴的轴线不太垂直。然后使用反射传感器（LED +光电探测器）获得与角度成比例的连续信号。

另一个光学选择是在轴上的圆柱体上印刷多相图案，并使用多个光学传感器（将其输出求和以提供输出）。该模式可能如下所示：

axial distance
^
|   █████████
|      ██████
|         ███
|0---------360--> angle

当气缸在传感器上方旋转时，其输出逐渐降低。通过明智地调整检测器/条纹的数量和检测距离，您可以得到简单的黑白图案。有时候，这比想象中的产品更容易制造。

应变角转换器

如果您知道如何处理应变计，那么另一种选择是非常明智的，那就是使轴接口带有长螺旋弹簧。在弹簧上的某处拍一个4应变片应变计电桥，其敏感轴沿弹簧的长度，您会得到一个与轴角度成比例的非常好的信号。您需要在机械回路中增加一点摩擦力，以便在松开旋钮时轴保持不动。

赔率

如果您想变得时髦，另一种选择是使用可变声电容器。使轴穿过扁平的环形盒。当然，它可以具有矩形的横截面。在盒子的内部做一个径向槽，并从轴上穿过径向槽延伸一个径向销。将几乎填满盒子横截面的桨叶连接到销钉的末端。在框中的零点处，添加一个隔板和一个声换能器。将其连接到振荡器，您将获得一个电声角周期转换器。

以上只是我在人生的某个阶段尝试过并取得一定程度成功的事情。如果您想获得一些转换的乐趣，几乎可以无限提供其他想法。

不，它们不存在。只是因为他们做不到。

电位计由一个碳轨和一个在其上上下移动的刮水器组成。您不能让刮水器在无摩擦的情况下在碳纤维轨道上移动。是的，您可以减少与轴承之类的摩擦，但是总会有这种摩擦。

因此，人们改为使用旋转编码器（如果您希望降低摩擦，则通常使用光学编码器），该编码器中的插槽会破坏许多红外光束。

避免刮水器电阻随刮水器位置任意变化是非常困难的。然而，在一个好的设计中，抽头电阻将对电路性能的影响最小。抽头所携带的电流量每减少十倍，其电阻所叠加的电压量就会减少十倍。同样，电位计所承载的电压每升高十倍，电阻所叠加的任何电压的有效值就会降低十倍。

如果设备尝试使用10欧姆的电位器作为音量控制器来驱动1/8瓦的8欧姆扬声器（1VRMS），则抽头电阻的1欧姆变化将表现为扬声器中1/8伏的变化。信号。讨厌。如果使用50：1升压变压器将电压从1V 1 / 8A缩放到50V 1 / 400A，然后再通过500欧姆电位计，则抽头电阻的1欧姆变化将表现为：电位计信号的1/400伏变化；将其通过一个1:50降压变压器驱动扬声器将使其以1 / 20,000伏信号的形式出现（与直接控制扬声器相比降低了2500倍）。重大改进。

在更多的工程方面，要实现“无摩擦锅”的效果，您可以使用非接触式测量工具控制数字锅（或类似的东西）。

例如，您可以获取这些声纳模块之一，并通过将使用声纳进行非接触式测量的传感器与移动目标之间的距离转换为d电位计的电阻（或抽头位置）来控制d电位计。