Специфические характеристики переменных резисторов.



Кроме основных характеристик, присущих всем типам резисторов, переменным резисторам присущи несколько специфических характеристик. А именно: Функциональная зависимость (кривая регулирования), разрешающая способность, шумы вращения, момент статического трения и износостойкость. Остановимся на каждой характеристике подробнее.

Функциональная зависимость (кривая регулирования). Кривая регулирования показывает зависимость величины сопротивления между подвижным контактом и одним из неподвижных контактов проводящего элемента от угла поворота. По характеру функциональной зависимости переменные резисторы, разделяются на линейные и нелинейные. Характер нелинейной зависимости определяется схемными задачами, для решения которых предназначен резистор. Наиболее распространенные нелинейные зависимости — логарифмические и обратнологарифмические. Резисторы с такими зависимостями используются для регулировок громкости и тембра звука, яркости свечения электронных трубок и т. п. Встречаются также резисторы с синусными, косинусными и другими зависимостями, используемые для специальных целей в приводах различных устройств.

Отклонения от заданной кривой определяются допусками (границами). Для переменных резисторов общего применения (СП, СПО, СПЗ, СП4, СПб и др.) эти границы устанавливаются в пределах 5—20%, а для прецизионных потенциометров (ПТП, ПЛП, ПМП и др.) в пределах 0,05—1%. Отклонение от функциональной зависимости может иметь скачкообразный характер, в результате чего нарушается плавность регулирования. Причинами таких отклонений могут быть неоднородность и дефекты проводящего элемента и подвижного контакта, а также наличие начального скачка и минимального сопротивления.

Проверка функциональной зависимости производится при помощи устройства с осциллографом и образцовым переменным резистором или путем измерения сопротивления, соответствующего заданному положению подвижного контакта проверяемого резистора.

Разрешающая способность. Важной характеристикой переменных резисторов является разрешающая способность, показывающая, какое наименьшее изменение угла поворота подвижной системы резистора может быть различимо. Ее характеризуют минимально допустимым изменением сопротивления при весьма малом перемещении подвижного контакта. Количественно разрешающую способность выражают отношением скачка сопротивления или напряжения при повороте подвижной системы к общему сопротивлению или к общему напряжению, подводимому к резистору.

У непроволочных резисторов разрешающая способность теоретически неограничена и лимитируется дефектами проводящего слоя, контактной щетки и величиной переходного контактного сопротивления. Разрешающая способность переменных проволочных резисторов зависит от числа витков проводящего элемента и определяется тем перемещением подвижного контакта, при котором происходит изменение величины сопротивления (установленного значения). Поэтому часто разрешающую способность выражают в угловых величинах. Это тот угол, на который должен переместиться подвижный контакт, чтобы перейти с витка на виток (угловой градус обмотки).

Угловая разрешающая способность при равномерном шаге намотки равна: Δy=a/n, где a — общий угол намотки; n — число витков. Чем больше при данном рабочем напряжении число витков, тем меньше скачки напряжения и выше разрешающая способность. Если бы подвижный контакт касался только одного витка обмотки, то величина наименьшего приращения выходного напряжения U была бы равна U0/n, где U0 — напряжение, подводимое к резистору, а n — общее число витков. Тогда так называемая электрическая разрешающая способность, выраженная в процентах, будет равна: Δ=(U/U0)*100%=(1/n)*100%

Разрешающая способность переменных резисторов общего применения находится в пределах от 0,1 до 3%, однооборотных потенциометров - от 0,02 до 0,4%, а многооборотных потенциометров — от 0,001 до 0,2%.

Шумы вращения. Помимо тепловых и токовых шумов при вращении подвижной системы резистора на выходное напряжение, зависящее от угла поворота, накладывается составляющая — напряжение шумов вращения. Их уровень значительно превышает тепловые и токовые шумы в резисторе и достигает 30 — 40 дБ. Шумы вращения особенно характерны для непроволочных потенциометров. Источниками шумов вращения могут быть:
• Шумы переходного сопротивления, возникающие в результате появления контактной разности потенциалов между щеткой и резистивным элементом.
• Термоэлектродвижущая сила, возникающая от нагрева проводящего элемента при быстром вращении подвижной системы.
• Неоднородность структуры и дефекты в проводящем слое и контактной щетке.

Причинами шума проволочных резисторов могут быть также короткое замыкание соседних витков подвижным контактом при его перемещении, ступенчатый характер изменения сопротивления, нагрев подвижного контакта и проволоки обмотки и возникновение термо-ЭДС, разнородность металлов контактной пары и т.д.

Шум короткого замыкания обусловлен тем, что подвижный контакт, имея определенную ширину, при движении замыкает либо один, либо два витка. Он пропорционален проходящему току через обмотку и переходному сопротивлению.

Шум, определяемый ступенчатым характером изменения сопротивления, вызван скачками напряжения между отдельными витками, когда подвижный контакт перескакивает с одного витка на другой. Помеха, создаваемая этим шумом, имеет вид пилообразного напряжения, наложенного на выходное напряжение. Его амплитуда прямо пропорциональна питающему напряжению и обратно пропорциональна числу витков обмотки. Частота основной гармоники шума пропорциональна скорости перемещения подвижного контакта и числу витков обмотки.

Измерение шумов производится с помощью шумомеров при непрерывном вращении оси со скоростью 60—80 цикл/мин.

Контактный шум и шум переходного сопротивления возникает при прохождении тока через переходное сопротивление. Он проявляется как результат изменения действующей площади подвижного контакта и модуляции плотности тока, воспринимаемого в виде шума. Шумы, вызванные изменением переходного сопротивления, проявляются в виде хаотических пиков напряжения. Основные причины этого вида шума: неправильный подбор материалов и конструкции пары контакт — резистивный элемент, загрязнение на резистивном элементе, окисные пленки и продукты износа, создающие дополнительное сопротивление между скользящим контактом и резистивным элементом.

Активный (генераторный) шум обусловлен термоэлектрическим эффектом (эффект термопары), возникающим в точках соприкосновения разных металлов, термоэлектрическим эффектом, возникающим при трении двух металлов, и гальваническим (химическим) гроцессом в местах контактных соединений. Этот шум представляет собой самогенерирующее напряжение при вращении вала резистора, когда к нему не приложено электрическое напряжение.

Механический шум появляется в динамическом режиме от чрезмерно большого (от нескольких Ом до бесконечности) переходного сопротивления. Иногда этот шум называют вибрационным. Причинами его могут быть большие механические нагрузки и большая скорость вращения подвижной системы, приводящая к вибрационным изменениям состояния контактов. При превышении критической скорости скольжения подвижная система теряет контакт с резистивным элементом, при этом может возникнуть скачок напряжения, достигающий напряжения, подаваемого на резистор.

Используемые ранее параметры момент трогания и момент вращения (минимальный момент, необходимый для приведения в движение вала резистора, — момент трогания, и минимальный момент, необходимый для обеспечения непрерывного перемещения подвижной системы после начала ее перемещения, — момент вращения) по сути являются параметрами привода, а не резистора.

Вращение подвижной системы резистора и перемещение подвижного контакта по токопроводящему резистивному элементу более правильно характеризовать моментом статического трения. Момент статического трения подвижной системы переменного резистора - момент, обусловленный силами трения в подвижных частях резистора и численно равный моменту, прикладываемому к валу резистора для обеспечения начала перемещения подвижной системы резистора из любого положения.

Значение момента статического трения зависит от способа крепления, конструкции элементов подвижной системы и контактного давления. Для переменных резисторов разных типов оно может быть от единиц до сотен грамм-сантиметров. Измерение момента статического трения можно производить с помощью приспособлений со шкивом и грузом, специальной пружины или безынерционным способом с использованием механотронов.

Износоустойчивость. Под износоустойчивостью понимают способность резистора сохранять свои параметры (противостоять изнашиванию) при многократных вращениях подвижной системы. Это одна из основных эксплуатационных характеристик переменных резисторов. Количественно износоустойчивость оценивается числом циклов перемещения подвижной системы в течение срока службы при сохранении стабильности параметров в пределах установленных допусков и определяется в основном конструкцией, материалом и формой подвижного контакта и резистивного элемента и контактным давлением.

При вращении подвижной системы происходит износ как самого резистивного элемента, так и контактной щетки. Этот процесс износа тем интенсивнее, чем больше контактное усилие. Отсюда следует, что для повышения износоустойчивости необходимо снижать контактное давление, но в этом случае, вследствие уменьшения момента вращения подвижной системы, снижается стойкость к механическим воздействиям. Поэтому очень трудно соблюсти требование высокой износоустойчивости при сохранении механической стойкости.

Для точных потенциометров, работающих в следящих системах, характерны низкие контактные давления и соответственно малые моменты вращения. Их износоустойчивость достигает 105 — 107 поворотов, но при этом вибрационная и ударная стойкость ниже, чем у резисторов общего применения. Регулировочные резисторы общего применения обладают хорошей механической стойкостью, но их износоустойчивость ниже и лежит в пределах 5000 — 20000 поворотов. Для подстроечных резисторов, поскольку они используются для разовых регулировок, высокая износоустойчивость не требуется, число циклов перемещений подвижной системы для них не превышает 1000.


Список использованной литературы


1. Резисторы: Справочник / В. В. Дубровский, Д. М. Иванов, Н. Я. Пратусевич и др.; под ред. И. И. Четверткова и В. М. Терехова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1991 год.
2. Справочник молодого радиста. В.Г. Бодиловский. - М.: Высшая школа, 1983.



Поиск по сайту