Existem potenciômetros sem limpador?

Os potenciômetros são famosos por se desgastarem (pelo menos na minha experiência); o pequeno limpador eventualmente usa apenas seu contato e não tem mais uma conexão elétrica firme. Para um dispositivo de áudio, isso pode se manifestar como um estalo ao alterar o volume. O desgaste não é necessariamente uniforme e pode haver posições com pior contato do que outras. Notei que é pior geralmente perto do limite superior (volume total; brilho total etc.), mas a distribuição de desgaste provavelmente pode ser atribuída principalmente à maneira como o dispositivo foi usado.
    Ter um componente com esse atrito parece uma péssima idéia para mim (e evidentemente é) e, com frequência, me pergunto se existem modelos disponíveis comercialmente que não tenham contato deslizante (excluindo potenciômetros digitais [1]) e se eles ' re econômico. Eu imagino que um desses projetos sem escova seria baseado em rolamentos de esferas ou engrenagens epicíclicas, com pelo menos uma das esferas ou engrenagens planetárias sendo condutivas, o restante sendo isolante e as faixas nas quais elas rolam, ou o anel ou a estrela / equipamento solar, com elemento (s) de gradiente resistivo (s). Mas algo assim está disponível atualmente?

Nota 1: ele deve se comportar de maneira semelhante a um potenciômetro passivo comum. Os potenciômetros digitais requerem uma fonte de alimentação e consomem energia, portanto, como eu entendo, não são necessariamente substituições drop-in (um potenciômetro digital de 3 pinos exigiria que os pinos finais se dobrassem como fonte de alimentação, o que nem sempre é o caso ) Estou especificamente interessado em saber se existem componentes como potenciômetros passivos sem limpador que, em sua forma mais simples, têm 3 pinos, onde a soma das resistências entre os pinos 1 e 2 e entre os pinos 2 e 3 deve ser constante (ou seja, um 2- O resistor variável de pino não é, por si só, um potenciômetro).

Como tirar o máximo proveito de um potenciômetro?

Em muitos projetos de precisão e baixo ruído, é uma péssima idéia, mesmo para ter o sinal roteado através do painel frontal. Portanto, no mínimo, o elemento de controle deve apenas produzir um sinal de tensão que governe um amplificador / atenuador controlado por tensão. Com uma fonte potenciométrica, é possível armazenar em buffer e filtrar passa-baixo o sinal de controle, para que os efeitos de remoção do limpador sejam minimizados.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Aqui, uma referência de tensão alimenta o potenciômetro. A resistência variável do limpador é modelada por Rw, que pode variar em 9 ordens de magnitude, mas é principalmente "baixa" e da ordem de um Ohm. R2 mantém o tempo constante acima de 50ms. Desde R2 >> R1, a influência de R1 é pequena. C2 forma um filtro passa-baixo com R1 + R2, mas também atua como um capacitor de retenção. O U2 é um amplificador operacional configurado no modo não inversor, de modo que sua entrada possui uma impedância muito alta. A saída do U2 vai para um amplificador controlado por tensão.

C2 deve ser do tipo de baixo vazamento com NP0 ou dielétrico de plástico e U2 deve ter um estágio de entrada FET ou CMOS. Portanto, não use o 741 para o U2 com a expectativa de que funcione muito bem - embora ainda funcione melhor do que o potenciômetro nu.

Se o fio do R1 ao circuito for longo, você pode precisar de uma blindagem de inicialização. Algumas experiências são necessárias para garantir a estabilidade do circuito, no entanto, pois a capacitância blindagem-sinal acrescenta feedback positivo ao sistema.

Isso já oferece um circuito com desempenho muito melhor do que usar um potenciômetro diretamente no sinal. Mesmo com uma constante de tempo razoavelmente curta de 50ms, você pode se livrar do crackle mesmo nos potenciômetros mais ridiculamente sujos. Você sempre pode trocar o tempo de resposta pela insensibilidade a estalar.

O roteamento de áudio para os painéis frontais geralmente é um pesadelo da EMI e geralmente não é barato fazê-lo corretamente.

Ganho controlado por tensão

Para obter um bom elemento de ganho controlado por tensão, use um fotorresistor iluminado por um LED. Os fotorresistores, se você os selecionar, podem ter um coeficiente de resistência de voltagem muito baixa e, portanto, distorção muito baixa, certamente superando a maioria dos circuitos multiplicadores simples por uma ordem de magnitude ou mais. Eles estão disponíveis como unidades independentes, conhecidas como Vactrols, da Excelitas . Eles precisam ser aplicados com algum cuidado, pois você não deseja exceder cerca de 100 mV no fotorresistor, mas, caso contrário, eles são dispositivos maravilhosamente poderosos por cerca de US $ 5 cada.

Existem amplificadores controlados por tensão integrados decentes, como o SSM2018 de última compra (infelizmente), ou o AD8338, o THAT2181, etc. mais recente

Que tal rolar o contato?

Se você ainda possui um mouse mecânico, abra-o. Pegue a bola e olhe para os roletes. Invariavelmente, eles serão cobertos com uma trilha endurecida de sujeira. O contato contínuo não é tudo o que está rachado, se você não pode controlar o ambiente muito bem. Os contatos deslizantes têm uma propriedade de auto-limpeza. Os contatos rolantes, em um potenciômetro, teriam o comportamento exatamente oposto - eles se auto-sujariam . Seria uma péssima ideia.

Mecanicamente, há outro aspecto que você parece esquecer: o contato rolante é maravilhoso na concentração das tensões e requer superfícies suficientemente duras para evitar o desgaste. É meio difícil criar um sensor resistivo de baixa potência, onde a superfície precisa interagir com uma esfera / rolo de metal e ter qualquer tipo de expectativa de vida útil.

Se você realmente não se importa com a potência do circuito, pode fazer a faixa resistiva, em forma de C, de aço temperado. Alimente alguns amperes, em pulsos, use um circuito de amostra e espera para obter a amplitude do pulso e pronto. Funcionará desde que você o guarde em um gabinete à prova de poeira. Observe que a prova de poeira é geralmente mais difícil que a prova de água (!).

TL; DR: O contato rolante seria possivelmente a pior coisa que você jamais desejaria em um limpador de potenciômetro.

Então, que outras opções existem?

Você pode obter o sinal de outras fontes. Todos eles trabalham convertendo o ângulo do eixo em uma tensão, usando uma variedade de técnicas. Eu os apresento em nenhuma ordem específica.

Potenciômetros sem contato

Suponha que você comece com uma faixa resistiva básica em forma de C de um potenciômetro. Escolha um grande, para facilitar o trabalho. Abra. Dobre o limpador para que seja levantado da pista, mas levemente. Alimente a pista com um sinal CA, digamos uma onda quadrada de 1 MHz, com a outra extremidade da pista em 0V. O limpador é capacitivamente acoplado à pista e capta um sinal cuja amplitude é proporcional à posição na pista. Você precisará ajustá-lo para se livrar das piores capacitâncias parasitas, mas funcionará. Você pode usar um seguidor de FET ou um amplificador operacional para diminuir a impedância do sinal do limpador e, em seguida, usar um desmodulador síncrono para converter a amplitude novamente na banda base. Pode parecer sofisticado, mas, para um sensor tão simples, você pode fazê-lo com alguns dólares em peças, nada sofisticado.

Transformadores variáveis

Uma fonte muito precisa e talvez exagerada seria um RVDT (um primo rotativo de um LVDT). Para um projeto único de "vaidade", seria uma boa escolha - essas coisas são praticamente indestrutíveis e, com sorte, você pode obtê-las a baixo custo do excedente. Para um controle de volume, você pode fazer um condicionador RVDT muito simples (o circuito é o mesmo que para um LVDT).

Capacitores variáveis

Outra opção de vaidade seria um capacitor rotativo antigo, pesado. Os melhores têm um par de rolamentos de esferas. Semelhante a um RVDT, eles não têm outras peças de contato para desgastar. Coloque o capacitor em um circuito multivibrador, conecte-o a um circuito conversor de tensão em frequência (as notas do aplicativo LT têm muitas delas) e pronto.

Sensores magnéticos

Uma opção de custo muito mais baixo seria um sensor Hall. Suponha que você tenha um ímã orientado radialmente em um eixo e um transdutor Hall próximo a ele. À medida que você gira o eixo, o fluxo magnético que passa através de um sensor colocado corretamente varia. Essa é uma boa fonte de tensão de controle - barata de implementar também.

Sensores ópticos

Você também pode ter um sensor óptico: imprima um espaço V, com XY mapeado para coordenadas polares, em uma folha de transparência. Instale no eixo. Coloque um par LED-fotodetector para "ver" através da abertura. Condicione o fotodetector (um transistor ou um diodo) com um amplificador operacional.

Outra opção óptica que não precisa de um espaço em V seria ter um disco inclinado montado na extremidade de um eixo, para que não fique perpendicular ao eixo do eixo. Em seguida, use um sensor refletivo (LED + fotodetector) para obter um sinal contínuo proporcional ao ângulo.

Outra opção óptica é ter um padrão multifásico impresso em um cilindro no eixo e usar vários sensores ópticos, com suas saídas somadas, para fornecer a saída. O padrão pode ter a seguinte aparência:

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

À medida que o cilindro gira acima dos sensores, suas saídas diminuem progressivamente. Ajustando criteriosamente o número de detectores / faixas e a distância de detecção, você pode conviver com um simples padrão em preto e branco. Às vezes é mais fácil fabricar do que algo mais sofisticado.

Conversores de tensão para ângulo

Outra opção, bastante sensata se você souber lidar com extensômetros, seria ter a interface do eixo com uma longa mola em espiral. Coloque uma ponte de strain gage de 4 manômetros em algum lugar da mola, com o eixo sensível ao longo do comprimento da mola, e você obterá um sinal muito agradável proporcional ao ângulo do eixo. Você precisará adicionar um pouco de fricção no circuito mecânico para que o eixo permaneça fixo quando você soltar o botão.

Miudezas

Ainda outra opção, se você quiser se divertir, seria ter um capacitor acústico variável. Faça com que o eixo passe por uma caixa toroidal plana. Pode ter uma seção transversal retangular, é claro. Faça um slot radial através do interior da caixa e estenda um pino radial do eixo através do slot radial. Anexe uma raquete que quase encha a seção transversal da caixa até o final do pino. No ponto zero da caixa, adicione uma partição e um transdutor acústico. Conecte-o a um oscilador e você terá um conversor eletroacústico de ângulo para período.

O exposto acima são apenas as coisas que tentei, com algum grau de sucesso, em algum momento da vida. Há quase um suprimento infinito de outras idéias, se você quiser se divertir um pouco com a transdução.

Não, eles não existem. Simplesmente porque eles não podem.

Um potenciômetro consiste em uma pista de carbono com um limpador movendo-se para cima e para baixo. Você não pode ter esse limpador movendo-se sobre a pista de carbono sem atrito. Sim, você pode reduzir o atrito com rolamentos e similares, mas sempre haverá esse atrito.

Portanto, as pessoas usam um codificador rotativo - na maioria das vezes um óptico, se você deseja baixa fricção - um disco com slots que rompe vários feixes de infravermelho.

É muito difícil evitar que a resistência do limpador varie arbitrariamente com a posição do limpador. Em um bom design, no entanto, a resistência do limpador terá um efeito mínimo no comportamento do circuito. Cada redução de dez vezes na quantidade de corrente transportada pelo limpador causará uma redução de dez vezes na quantidade de tensão sobreposta por sua resistência. Da mesma forma, cada aumento de dez vezes na voltagem transportada pelo pote causará uma redução de dez vezes na significância de qualquer voltagem sobreposta pela resistência.

Se um dispositivo tentar acionar um alto-falante de 8 ohms de 1/8 watts (1VRMS) usando um pote de 10 ohms como controle de volume, uma variação de um ohm na resistência do limpador se manifestará como uma variação de 1/8 volts no sinal. Desagradável. Se alguém usasse um transformador de 50: 1 para escalar a tensão de 1V 1 / 8A a 50V 1 / 400A antes de passar por um pote de 500 ohms, uma variação de um ohm na resistência do limpador se manifestaria como uma variação de 1/400 volts no sinal no pote; passá-lo através de um transformador 1:50 para acionar um alto-falante faria com que ele aparecesse lá como um sinal de 1/20.000 volts (uma redução de 2.500 vezes em comparação ao controle direto do alto-falante). Uma grande melhoria.

Em um aspecto mais técnico, para obter o efeito de um "pote sem atrito", você pode controlar um pote digital (ou algo semelhante) com uma ferramenta de medição sem contato.

Por exemplo, você pode obter um desses módulos de sonar e controlar um d-pot traduzindo a distância entre o sensor e o alvo em movimento conforme medido sem contato usando o sonar em uma resistência (ou posição do limpador) no d-pot.