電位器如何選用、檢測及結構原理

外形與符號

電位器是一種阻值可以通過調節而變化的電阻器，又稱可變電阻器。 常見電位器的實物外形及電位器的電路符號如圖2-11所示。

圖2-11　電位器

結構與原理

電位器種類很多，但結構基本相同，電位器的結構示意圖如圖2-12所示。

圖2-12　電位器的結構示意圖

從圖中可看出，電位器有A、C、B三個引出極，在A、B極之間連接著一段電阻體，該電阻體的阻值用 R AB 表示，對於一個電位器， R AB 的值是固定不變的，該值為電位器的標稱阻值，C極連接一個導體滑動片，該滑動片與電阻體接觸，A極與C極之間電阻體的阻值用 R AC 表示，B極與C極之間電阻體的阻值用 R BC 表示， R AC + R BC = R AB 。

當轉軸逆時針旋轉時，滑動片往B極滑動， R BC 減小， R AC 增大;當轉軸順時針旋轉時，滑動片往A極滑動， R BC 增大， R AC 減小，當滑動片移到A極時， R AC =0，而 R BC = R AB 。

應用

電位器與固定電阻器一樣，都具有降壓、限流和分流的功能，不過由於電位器具有阻值可調性，故它可隨時調節阻值來改變降壓、限流和分流的程度。 下面以圖2-13來說明電位器的應用。

圖2-13　電位器的應用說明圖

電位器的應用說明

應用一

在圖2-13(a)電路中，電位器RP的滑動端與燈泡連接，當滑動端向下移動時，燈泡會變暗。燈泡變暗的原因如下。

當滑動端下移時，AC段的阻體變長， R AC 增大，對電流阻礙大，流經AC段阻體的電流減小，從C端流向燈泡的電流也隨之減少，同時由於 R AC 增大使AC段阻體降壓增大，加到燈泡兩端的電壓 U 降低。

當滑動端下移時，在AC段阻體變長的同時，BC段阻體變短， R BC 減小，流經AC段的電流除了一路從C端流向燈泡，還有一路經BC段阻體直接流回電源負極，由於BC段電阻變短，分流增大，使C端輸出流向燈泡的電流減小。

電位器AC段的電阻起限流、降壓作用，而CB段的電阻起分流作用。

應用二

在圖2-13(b)電路中，電位器RP的滑動端C與固定端A連接在一起，由於AC段阻體被A、C端直接連接的導線短路，電流不會流過AC段阻體，而是直接由A端經導線到C端，再經CB段阻體流向燈泡。當滑動端下移時，CB段的阻體變短， R BC 阻值變小，對電流阻礙小，流過的電流增大，燈泡變亮。

電位器RP在該電路中起著降壓、限流作用。

種類

電位器種類較多，通常可分為普通電位器、微調電位器、帶開關電位器和多聯電位器等。

(1)普通電位器

普通電位器一般是指帶有調節手柄的電位器， 常見的有旋轉式電位器和直滑式電位器，如圖2-14所示。

圖2-14　普通電位器

(2)微調電位器

微調電位器又稱微調電阻器，通常是指沒有調節手柄的電位器，並且不經常調節， 如圖2-15所示。

圖2-15　微調電位器

(3)帶開關電位器

帶開關電位器是一種將開關和電位器結合在一起的電位器， 收音機中調音量兼開關機的元件就是帶開關電位器。帶開關電位器的實物外形與符號如圖2-16所示，帶開關電位器的電路符號中的虛線表示電位器和開關同軸調節。

圖2-16　帶開關電位器

從實物外形圖可以看出，帶開關電位器將開關和電位器連為一體，共同受轉軸控制，當轉軸順時針旋到一定位置時，轉軸凸起部分頂起開關，E、F間就處於斷開狀態，當轉軸逆時針旋轉時，開關依靠彈力閉合，繼續旋轉轉軸時，就開始調節A、C和B、C間的電阻。

(4)多聯電位器

多聯電位器是將多個電位器結合在一起同時調節的電位器。 常見的多聯電位器實物外形如圖2-17(a)所示，從左至右依次是雙聯電位器、三聯電位器和四聯電位器，圖2-17(b)為雙聯電位器的電路符號。

圖2-17　多聯電位器

主要參數

電位器的主要參數有標稱阻值、額定功率和阻值變化特性。

(1)標稱阻值

標稱阻值是指電位器上標註的阻值，該值就是電位器兩個固定端之間的阻值。 與固定電阻器一樣，電位器也有標稱阻值系列，電位器採用E-12和E-6系列。電位器有線繞和非線繞兩種類型，對於線繞電位器，允許誤差有±1%、±2%、±5%和±10%;對於非線繞電位器，允許誤差有±5%、±10%和±20%。

(2)額定功率

額定功率是指在一定的條件下電位器長期使用允許承受的最大功率。電位器功率越大，允許流過的電流也越大。

電位器功率也要按國家標稱系列進行標註，並且對非線繞和線繞電位器標註有所不同，非線繞電位器的標稱系列有0.025W、0.05W、0.1W、0.25W、0.5W、1W、2W、3W等，線繞電位器的標稱系列有0.25W、0.5W、1W、1.6W、2W、3W、5W、10W、16W、25W、40W、63W和100W等。從標稱系列可以看出，線繞電位器功率可以做得更大。

(3)阻值變化特性

阻值變化特性是指電位器阻值與轉軸旋轉角度(或觸點滑動長度)的關係。根據阻值變化特性不同，電位器可分為直線式(X)、指數式(Z)和對數式(D)， 三種電位器轉角與阻值變化規律如圖2-18所示。

圖2-18　三種電位器轉角與阻值變化規律

三種特性的電位器說明

直線式電位器的阻值與旋轉角度呈直線關係，當旋轉轉軸時，電位器的阻值會勻速變化，即電位器的阻值變化與旋轉角度大小呈正比關係。 直線式電位器阻體上的導電物質分布均勻，所以具有這種特性。

指數式電位器的阻值與旋轉角度呈指數關係，在剛開始轉動轉軸時，阻值變化很慢，隨著轉動角度增大，阻值變化很大。 指數式電位器的這種性質是因為阻體上的導電物質分布不均勻。指數式電位器通常用在音量調節電路中。

對數式電位器的阻值與旋轉角度呈對數關係，在剛開始轉動轉軸時，阻值變化很快，隨著轉動角度增大，阻值變化變慢。 指數式電位器與對數式電位器性質正好相反，因此常用在與指數式電位器要求相反的電路中，如電視機的音調控制電路和對比度控制電路。

檢測

電位器檢測使用萬用表的歐姆擋。 在檢測時，先測量電位器兩個固定端之間的阻值，正常測量值應與標稱阻值一致，然後再測量一個固定端與滑動端之間的阻值，同時旋轉轉軸，正常測量值應在0至標稱阻值範圍內變化。若是帶開關電位器，還要檢測開關是否正常。

電位器檢測分兩步，只有每步測量均正常才能說明電位器正常。電位器的檢測如圖2-19所示。

圖2-19　電位器的檢測

電位器的檢測

電位器的檢測步驟如下。

第一步：測量電位器兩個固定端之間的阻值。 將萬用表撥至 R ×1kΩ擋(該電位器標稱阻值為20kΩ)，紅、黑表筆分別與電位器兩個固定端接觸，如圖2-19(a)所示，然後在刻度盤上讀出阻值大小。

若電位器正常，測得的阻值應與電位器的標稱阻值相同或相近(在誤差範圍內)。

若測得的阻值為∞，說明電位器兩個固定端之間開路。

若測得的阻值為0，說明電位器兩個固定端之間短路。

若測得的阻值大於或小於標稱阻值，說明電位器兩個固定端之間阻體變值。

第二步：測量電位器一個固定端與滑動端之間的阻值。 萬用表仍置於 R ×1kΩ擋，紅、黑表筆分別接電位器任意一個固定端和滑動端，如圖2-19(b)所示，然後旋轉電位器轉軸，同時觀察刻度盤錶針。

若電位器正常，錶針會發生擺動，指示的阻值應在0～20kΩ範圍內連續變化。

若測得的阻值始終為∞，說明電位器固定端與滑動端之間開路。

若測得的阻值為0，說明電位器固定端與滑動端之間短路。

若測得的阻值變化不連續、有跳變，說明電位器滑動端與阻體之間接觸不良。

對於帶開關電位器，除了要用上面的方法檢測電位器部分是否正常外，還要檢測開關部分是否正常。 開關電位器開關部分的檢測如圖2-20所示。

圖2-20　檢測帶開關電位器的開關

將萬用表置於 R ×1Ω擋，把電位器旋至「關」位置，紅、黑表筆分別接開關的兩個端子，正常測量出來的阻值應用無窮大，然後把電位器旋至「開」位置，測出來的阻值應為0，如果在開或關位置測得的阻值均為無窮大，說明開關無法閉合，若測得的阻值均為0，說明開關無法斷開。

選用

在選用電位器時，主要考慮標稱阻值、額定功率和阻值變化特性應與電路要求一致，如果難於找到各方面符合要求的電位器，可按下面的原則用其他電位器替代。

標稱阻值應儘量相同，若無標稱阻值相同的電位器，可以用阻值相近的替代，但標稱阻值不能超過要求阻值的±20%。

額定功率應儘量相同，若無功率相同的電位器，可以用功率大的電位器替代，一般不允許用小功率的電位器替代大功率電位器。

阻值變化特性應相同，若無阻值變化特性相同的電位器，在要求不高的情況下，可用直線式電位器替代其他類型的電位器。

在滿足上面三點要求外，應儘量選擇外形和體積相同的電位器。