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。

a potentiometer is a variable resistor

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。

 The potentiometer regulates the input voltage.

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)。

 The potentiometer works as a current variator and is able to change the brightness of the LED diode.

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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兒童電子學(VIII):七段LED顯示器
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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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