兒童電子學(VII)：電位計
作者 : Giovanni Di Maria，EEWeb特約作者
本文介紹如何使用最重要的可調節電子元件之一——電位計，來創建具有可變強度的光…
在前面的文章中，我們研究了LED二極體如何充當小型光源。我們知到，為了使該元件正常運作且不被流經的電流破壞，需要為它串聯一個電阻器。本文將介紹如何使用最重要的可調節電子元件之一——電位計(potentiometer)，來創建具有可變強度的光。
什麼是電位計？
電阻器的特徵在於它始終具有恒定的電阻值。在施加相同電壓的情況下，它將始終通過相同數量的電流。另一方面，電位計是一種電子元件，能旋轉游標以改變其內部電阻。因此，它是一種可變電阻器，具有三個端子，如圖1所示：點A和點B位於電阻器的兩端。在其上方，有一個與C點相連的滑動觸點。關於接腳的放置可能有以下幾種情況：
- 如果將觸點完全轉動到逆時針方向，則從A點進入的電流立即從C點流出(最小電阻)；
- 如果將觸點完全轉動到順時針方向，則從A點進入的電流在離開C點之前必須經過所有電阻(最大電阻)；
- 如果觸點位於電阻的中間點，則從A點進入的電流在離開C點之前必須經過一部分電阻(平均電阻)。
請注意，A點和B點之間的電阻始終相同，即電位計本身的標稱值。因此，如果不使用中心點C，該元件可以用作普通的定值電阻。
圖1：電位計是一種可變電阻器，其值取決於中心接腳的位置。
電位計作為電壓租穩壓器
這種類型的接線圖稱為可變分壓器，它透過使用電位計的所有三個端子來實現。要獲得0V和供電電壓之間的可變電壓，必須將其施加到元件的兩端，即端子A和端子B之間。端子C和端子B之間可以使用可變電壓(見圖2中的實際測試)。
因此，該解決方案可以對電壓進行連續調節，並且如前所述，可以獲得低於電源的電壓，或者最多等於它的電壓。因此，該解決方案不能提高電池電壓，而只能降低它。此外，這種類型的解決方案只能用於驅動小功率負載，因為電位計非常脆弱，可能會自行燃燒，尤其是在其初始位置。
圖2：用電位計調節輸入電壓。
在本實驗中，電池被直接連接到電位計的兩個極端端子，而可調電壓則取自中心端子。建議使用歐姆值大於470Ω的電位計進行實驗；否則，元件可能會過熱。該圖重點顯示了電位計滑桿的四個不同位置：
- 在最小位置，即完全轉動到左邊的逆時針位置時，中心端子提供等於0V的電壓；
- 在稍微轉向右邊的位置，中心端子提供1V的電壓；
- 在轉向更右邊的位置，中心端子提供7V的電壓；
- 在最大位置，即完全轉動到右邊的順時針位置時，中心端子提供9V的電壓，這與電池的電壓幾乎相同。
適當地轉動電位計，可以獲得0V到9V之間的所有電壓，並且具有連續性。這種行為稱為「模擬」。
將電位計用作電流調節器
另一個實驗是將電位計用作電流調節器，它的實現比前一個簡單。這個示例涉及用於LED二極體的電流計，由此電阻元件的旋轉就可以調節發光元件的亮度。簡單的接線圖如圖3所示，包含以下元元件：
- 5V電池(V1)；
- 68Ω電阻。如果將電位計完全旋轉到順時針位置(最壞情況和最大電流)，它可以作為LED二極體的保護電阻；
- 1kΩ電位計，相當於1000Ω；
- 普通的LED二極體。
組裝好電路並通電後，試著轉動電位計。需要注意的是，LED二極體的亮度取決於旋鈕的旋轉。這樣，流過LED二極體的電流可以從最大值調節到最小值。另請注意，在接線圖中，我們僅使用了兩個電位計端子(BC或AC)。
圖3：電位計用作電流調節器，能夠改變LED二極體的亮度。
總結
電位計和電阻器是任何電氣或電子電路中最常用的兩種元件，因為二者可以讓我們精確控制電壓和電流的大小。例如，考慮控制收音機的音量或調整放大器中的低頻，甚至調整馬達的速度。除了用旋鈕實現可變電阻的電位計，還有其他可以用螺絲刀調節的可變電阻，微調器(trimmer)是這些元件的名稱。
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編譯：Franklin
(參考原文：Electronics for Kids: Part 7 – Potentiometers，by Giovanni Di Maria)
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