Переменный резистор: типы, устройство и принцип работы

Резисторы переменного сопротивления – это пассивные элементы электроцепей, задача которых – изменять сопротивление от нуля до необходимого значения. В бытовых аппаратах и электроприборах они выполняют функции регуляторов тембра, громкости, реализовывают плавную или ступенчатую настройку напряжения, частоты приема, уровня свечения, температуры.

Устройство и принцип работы переменного резистора

В состав таких изделий входят:

• корпус – цилиндрический или в форме параллелепипеда;
• резистивный элемент с обозначенным наибольшим сопротивлением;
• 2 вывода резистивного элемента, монтируемые в электроцепь;
• промежуточный вывод, состыкованный с мобильным контактом, который движется по коллектору с уменьшением или повышением сопротивления между промежуточным и одним из крайних выводов;
• ручки для руководства регулировочным механизмом.

Как работает переменный резистор: с помощью ручки сопротивление изменяют от минимума до номинальной величины, которая отражается на корпусе в виде буквенно-цифрового кода. Руководство характеристиками осуществляется непосредственно в период функционирования прибора.

Типы конструкций переменных резисторов

По конструктивному исполнению резистивного элемента изделия разделяют на непроволочные и проволочные.

Непроволочные

Резистивный элемент представляет собой пластину – прямоугольную или подковообразную, покрытую тонкой пленкой из бора, углерода, металлических или композитных материалов. При производстве пластины используется изоляционный материал. По пластине-подкове ползунок, надежно состыкованный с регулировочным механизмом, осуществляет вращательное перемещение с углом поворота до 270°, по прямоугольной – поступательное.

Проволочные

В состав таких устройств входит пластиковый или керамический каркас в виде трубки, на который наматывается манганиновая, нихромовая или константановая проволока, обладающая значительным сопротивлением. По проволочной намотке перемещается ползунок. Витки располагают плотно друг к другу, но между ними наносят разделительные лаковые слои. Одновременное касание ползунка предыдущего и последующего витков проволоки обеспечивает плавность регулирования. Для создания эффективного контакта дорожку зачищают, шлифуют или полируют.

При производстве каркасов востребованы как изоляционные материалы – гетинакс, стеклотекстолит, текстолит, пластмасса, керамика, так и токопроводящие – алюминий, латунь и прочие металлы и сплавы. Каркасы могут быть изготовлены из пластины, сворачиваемой в кольцо, или из заранее изготовленного кольца, на которое наматывают проволоку. Первый вариант отличается простой производственной технологией, но не способен обеспечить высокую точность геометрии, второй – с точными размерами, но для намотки проволоки необходимо специализированное оборудование. Диаметр проволоки зависит от допустимой плотности тока.

Классификация резисторов по количеству контактов

По этому параметру изделия разделяют на следующие группы:

• Одноэлементные – конструкции стандартного исполнения с двумя неподвижными и одним промежуточным мобильным контактом.
• Многоэлементные – сдвоенные, строенные и счетверенные. Число контактов определяется количеством резистивных компонентов, расположенных в едином корпусе. Ползунки могут быть связаны или не связаны между собой, что определяет синхронное или автономное регулирование.

• С выключателем. В конструкции таких моделей имеются выводы для подсоединения цепи электропитания, что позволяет поворотом ручки не только регулировать определенные параметры, но и включать/выключать прибор. Изделия востребованы в мобильной аппаратуре.

Виды резисторов по принципу действия

При предъявлении особых требований к надежности и продолжительности эксплуатационного периода плавное регулирование заменяется ступенчатым. Основой такого устройства является переключатель с несколькими положениями, к контактам присоединяют резисторы постоянного сопротивления. Они включаются в электроцепь при повороте ручки. Переменные резисторы, обеспечивающие ступенчатое регулирование, называют дискретными, их применяют для управления частотой, громкостью и другими характеристиками.

В приборах, в которых достаточно только одного оборота для регулирования, используются однооборотные резисторы. Вращение обычно происходит максимум на ¾ оборота. В многооборотных устройствах ручка может осуществлять 5, 10, 20 оборотов.

Разновидность переменных резисторов – подстроечные, они предназначены для настройки радиоэлектроники в период ремонта, монтажа и наладки. Функции подстроечных могут выполнять обычные резисторы с линейной функциональной характеристикой, имеющие ось «под шлиц» и стопор. Еще один вариант – специальные изделия, позволяющие особо точно выставить значение сопротивления.

Подстроечные модели, в отличие от обычных устройств, рассчитаны на малое число действий и не выводятся на лицевую панель аппарата. Эти компактные изделия монтируются на электронной плате и востребованы только в период настройки и наладки, после чего их фиксируют клеем или краской. Для удобства регулировки в электроприборах иногда устанавливается два подстроечных устройства – для грубой и точной регулировки.

Основные характеристики переменных резисторов

Основополагающей величиной при выборе подходящего устройства является номинальное сопротивление, а затем уже – прочие характеристики.

Полное сопротивление

Эта величина отображается на корпусе изделия. В соответствии с ГОСТом 10318 оптимальными значениями, по российской версии, являются 1,0, 2,2, 3,3, 4,7 Ом, кОм, МОм, по зарубежной – 1,0, 2,0, 3,0, 5,0 Ом, кОм, МОм. Разрешенные отклонения находятся в интервале +/- 30%.

Форма функциональной характеристики

Устройства одного типа могут иметь разные функциональные характеристики, устанавливающие, по какой закономерности варьируется сопротивление между промежуточным и крайним выводами при повороте ручки. Функциональная характеристика бывает:

• Линейная. В этом случае величина сопротивления варьируется пропорционально передвижению ползунка. Устройства с линейной характеристикой реализуют функции подстроечных или регулировочных моделей в делителях напряжения.
• Нелинейная. Осуществляется по логарифмическому и обратному логарифмическому законам. Использование обратного логарифмического закона в работе резисторов, используемых в звуковоспроизводящих аппаратах, обеспечивает равномерную вариацию уровня громкости. В генераторах частоты используются изделия, работающие в соответствии с логарифмической и обратной логарифмической закономерностями.

Номинальная или рассеиваемая мощность

Этот параметр характеризует наибольшую мощность, рассеиваемую в виде тепловой энергии при долговременной электронагрузке без снижения работоспособности устройства. Обычные электроаппараты оснащены переменными резисторами мощностью 0,04, 0,25, 0,5, 1,0, 2,0 Вт. Проволочные модели могут иметь гораздо большую мощность, по сравнению с тонкопленочными, поскольку тонкая резистивная пленка не способна выдерживать высокие токи.

Максимально допустимое рабочее напряжение

Этот параметр переменных резисторов прост и понятен. Нельзя эксплуатировать это устройство в цепях с напряжением большим, чем значение, установленное для конкретной модели.

ТКС – температурный коэффициент сопротивления

Эта характеристика показывает, как изменяется сопротивление при повышении или понижении температуры наружного пространства на 10°C. ТКС важен при эксплуатации устройств в нестандартных климатических условиях. Чем меньше значение коэффициента, тем устойчивее модель к колебаниям температуры.

Точность или допуск

У обычных переменных и подстроечных резисторов эта характеристика обычно находится в пределах 10…30%.

Рабочая температура

Эта характеристика указывается в виде температурного диапазона, в котором резистивный элемент сохраняет рабочие параметры и может эффективно выполнять свои функции.

Износоустойчивость

Износоустойчивостью называют количество циклов перемещения мобильного контакта, при котором характеристики изделия не выходят за пределы интервала, указанного в технической документации. В особо точных (прецизионных) устройствах этот показатель достигает до 10⁷, но их минус – низкая вибрационная устойчивость. Регулировочные резисторы устойчивы к вибрационным и другим механическим воздействиям, но их износостойкость обычно ограничивается 1000 циклами.

Уровень шумов

Шумы – электрические помехи – возникают при движении мобильного контакта. Их величина зависит от изношенности контактирующих поверхностей, плотности прижима ползунка, скорости перемещения.

Маркировка переменных резисторов – старая и новая системы

В старой российской системе буквенно-цифровых обозначений переменных резисторов указывают:

• тип изделия – СП;
• первая цифра – вид материала и способ производства;
• вторая – номер регистрации.

Маркировка по материалу и способу производства:

• 1 – непроволочные тонкослойные с углеродом и бороуглеродом;
• 2 – непроволочные тонкослойные с металлической пленкой и металлооксидами;
• 3 – непроволочные композитные пленочные;
• 4 – непроволочные композитные объемные;
• 5 – из проволоки;
• 6 – непроволочные тонкослойные металлизованные.

Актуальная система маркировки выглядит следующим образом:

• тип – РП;
• первая цифра – разновидность резистивного элемента (1 – непроволочный, 2 – из проволоки или металлической фольги);
• вторая цифра – номер регистрации типа устройства;
• номинальное сопротивления – главный элемент маркировки;
• год выпуска;
• тип функциональной характеристики;
• буква, обозначающая величину допустимого отклонения от номинального значения.

Общий маркировочный стандарт для этих устройств отсутствует – обозначение изделий зарубежных производителей отличается от маркировки отечественной продукции.

Возможные схемы подключения переменных резисторов

Резисторы переменного сопротивления в электроцепях могут использоваться как потенциометры или как реостаты.

Потенциометры

При подключении потенциометром используются все три контакта, что позволяет применять переменный резистор в качестве делителя напряжения. Потенциометры востребованы для установки требуемого уровня звука, тембра, напряжения, освещения.

Реостстаты (регуляторы тока)

Включение резистора в качестве реостата подразумевает использование среднего и одного крайнего выводов. Минус решения – вероятность потери связи между средним выводом и резистивным элементом. Последствие – несанкционированный разрыв электроцепи, в результате чего устройство или весь электроприбор могут выйти из строя. Включение этим способом целесообразно только в тех случаях, когда резистор должен выполнить функции добавочного сопротивления или ограничителя по току.

Как подобрать переменный резистор – полезные рекомендации

Перед выбором подходящего изделия определяют:

• R (сопротивление) = U (напряжение)/ I (сила тока), Ом;
• P (мощность) = U (напряжение)* I (сила тока), Вт.

Для эффективного функционирования электроцепи необходимо провести анализ условий эксплуатации всех ее элементов – конкретное назначение, схему подключения, условия окружающей среды и другие важные факторы. При выборе учитывают:

• интервал изменения сопротивлений – указываются минимальное и максимальное значения;
• рассеиваемую мощность;
• точность регулировки;
• тепловое сопротивление;
• угол, на который может повернуться регулятор.

Производители предлагают изделия в двух конструктивных исполнениях – для навесного или поверхностного монтажа (SMD-элементы). SMD-резисторы производятся по пленочной технологии, такие устройства отличаются компактными габаритами.