Bewegungswiderstand: Was Sie über variable Widerstände wissen müssen

Published on October 03, 2016

Bewegungswiderstand: Was Sie über variable Widerstände wissen müssen

Ursprünglicher Autor: Steven Dufresne
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Die Lautstärke des Soundsystems einzustellen, die Position eines Fingers auf einem Touchscreen festzulegen und das Erscheinungsbild einer Person im Auto zu bestimmen, sind nur einige Beispiele für den Einsatz von variablen Widerständen im Alltag. Die Fähigkeit, den Widerstand zu ändern, ist die Fähigkeit zur Interaktion, so dass variable Widerstände in vielen Dingen gefunden werden können. (Alles, was Sie über Festwiderstände wissen müssen, ist im vorigen Artikel beschrieben .)

Die Prinzipien sind die gleichen, aber es gibt einige Möglichkeiten, die Spannung zu trennen. Berücksichtigen Sie die Grundlagen von Nonius, Rheostaten, Membranpotentiometern, resistiven Touchscreens sowie Biege- und Spannungssensoren.

Potentiometer


Potentiometer sind im Wesentlichen Spannungsteiler. Dies ist eine Methode zum Teilen einer gegebenen Spannung in kleinere Werte. Gemäß dem Diagramm hat das Potentiometer (grau) drei Anschlusspunkte. Das Medium ist eine Variable (durch einen Pfeil gekennzeichnet) und es befindet sich in Kontakt mit einem Widerstandsmaterial im Inneren eines der Punkte eines ausgedehnten Widerstands.




Die Spannung zwischen dem einstellbaren Punkt und einem der verbleibenden (Enden des Widerstands) wird durch den Widerstand zwischen ihnen bestimmt. Wenn nur zwei Punkte verbunden sind, haben wir einen variablen Widerstand oder einen Rheostat.

Auf dem Foto - ein Potentiometer mit einem zylindrischen Drehknopf. Ein runder Plastik-Lautstärkeregler an Ihrem Soundsystem verbirgt eines dieser Potentiometer. Beachten Sie die drei Kontakte, von denen der mittlere mit einem variablen Punkt verbunden ist. Das Foto zeigt ein neues Potentiometer. Und hier ist ein Artikel darüber, wie ich ein solches Gerät an einem Verstärker verwendet habe, der aus einem Erdnussbutterglas hergestellt wurde.

Wie wirkt sich der Widerstand des Potentiometers aus?



Potentiometer können einen linearen oder logarithmischen Widerstandsbereich haben. Linear bedeutet, dass sich der Widerstand linear ändert, wenn Sie den Knopf drehen. Wenn Sie ein Viertel drehen, ändert sich der Widerstand um ein Viertel.

Wenn dies jedoch mit dem Lautstärkeregler der Fall ist, scheint es uns zu hören, dass die Lautstärke zu schnell zunimmt. Dies liegt an den Eigenschaften der Wahrnehmung von Tönen durch das Gehirn. Für den Lautstärkeregler ist es daher besser, ein Potentiometer zu verwenden, dessen Widerstand logarithmisch variiert. Die Grafik zeigt, wie sich die Lautstärke ändert, wenn der Knopf gedreht wird, sowohl für lineare als auch für logarithmische Potentiometer. Einige Potentiometer bieten nur pseudo-logarithmisches Wachstum und sind billiger als diejenigen, die einen echten Logarithmus ergeben. Sie bestehen aus zwei linearen Teilen, die bei einer Drehung von 50% auftreten. Ihre Arbeit spiegelt sich auch in der Grafik wider.

Logarithmisches Verhalten wird erreicht, indem die Form des Widerstandselements geändert wird - seine Breite variiert über die gesamte Länge. Daher werden Potentiometer häufig in linear verengte und logarithmische Verengungen unterteilt.

Eine andere Art von Potentiometer - Trimmerwiderstand oder Trimmer. Sie sind kleiner und werden auf elektronischen Baugruppen verwendet. Normalerweise stellen sie sich einzeln oder nur sehr selten ein - nur zum Kalibrieren der Schaltung.


Trimmer-


Equalizer

Nicht alle Potentiometer arbeiten mit Rotation. Sie können in Form von Schiebereglern gemacht werden, wie auf dem Foto mit einem Equalizer. Solche Schieberegler unterliegen dem Eindringen von Schmutz, der ihre Arbeit verletzt. Dies ist genau das Problem, das auf der Tastatur im Foto zu sehen war (dies ist meine Tastatur, und ihre Schieberegler sind wirklich schwer zu bewegen).

Rheostat


Wie ich bereits erwähnt habe, wird das Potentiometer beim Verbinden von nur zwei Kontakten oft als Rheostat bezeichnet. Rheostate werden normalerweise für hohe Ströme verwendet und natürlich nicht nur für die Lautstärkeregelung.

Um mit großen Strömen zu arbeiten, werden sie normalerweise mit Hilfe eines auf einen isolierten Kern gewickelten Drahtes hergestellt, durch den der Schleifkontakt geht. Erinnern Sie sich an das Symbol des Potentiometers, bei dem drei Kontakte verwendet wurden. Da wir hier zwei Kontakte verbinden, verwenden wir ein anderes Symbol. Widerstand mit einem Pfeil (nicht verbunden) quer. In der Abbildung unten sehen Sie zwei Versionen dieses Symbols - entsprechend den IEEE- und IEC-Standards.





Membran-Potentiometer


Ein Membranpotentiometer besteht aus einer flexiblen dielektrischen, oft transparenten Membran, an deren Unterseite ein Widerstandsstreifen angebracht ist.


Darunter befindet sich die Basis, auf deren Oberfläche ein leitender Pfad angelegt ist. Wenn ein Finger oder ein anderer Gegenstand die Membran berührt, berührt der Streifen die Spur. Als Ergebnis erscheint an den Kontakten des Streifens eine Spannung. Es hängt davon ab, wo der Streifen die Spur berührt. Das Schema ist das gleiche wie das allererste Schema auf der Seite für das Potentiometer.

Der Widerstand des SoftPot-Membranpotentiometers von der Sparkfun-Stelle variiert linear von 100 Ω bis 10 kΩ bei einer Nennleistung von 1 W.

Wenn der Kontakt nicht konstant ist (beispielsweise wenn er nur mit dem Finger gedrückt wird), ist ein Pullup-Widerstand in der Schaltung erforderlich (z. B. 100 kΩ). Einige Membranpotentiometer haben jedoch einen Magneten oder einen Gleitkontakt, der immer auf die Membran drückt und einen ständigen Kontakt aufrechterhält.

Resistiver Touchscreen


Der resistive Touchscreen ähnelt einem Membranpotentiometer, nur das Widerstandsmaterial befindet sich in beiden Schichten und das Material ist transparent. Die Frontmembran ist flexibel und transparent, so dass ein Finger oder Stift sie drücken und Kontakt herstellen kann. Die Technologie wurde in einigen billigen Handheld-Computern oder Kinderspielzeug verwendet. Es wird immer noch verwendet, aber die Revolution des Smartphones fand dank kapazitiver Bildschirme statt, die keine flexible Membran erfordern.


Bei einem resistiven 4-Draht-Touchscreen wird die Spannung an die obere Schicht angelegt und das Ergebnis von unten abgelesen, und somit wird die X-Koordinate abgelesen.

Alle Berechnungen werden von einer Hilfssteuerung durchgeführt. Resistive Screens reagieren nicht so gut wie kapazitive, und für eine hohe Genauigkeit ist normalerweise ein Stift erforderlich. Wird in sehr günstigen Smartphones verwendet.

Drucksensor




Drucksensoren bestehen aus einem leitfähigen Polymer, in dem sich leitfähige und nicht leitfähige Partikel befinden. Es befindet sich zwischen zwei Leitern, die miteinander verflochten sind, aber nicht miteinander verbunden sind. Durch Drücken des Polymers auf die Leiter entsteht ein Kontakt. Eine Erhöhung der Kraft oder des Druckbereichs erhöht die Leitfähigkeit und verringert den Widerstand. Ohne Pressen kann der Widerstand der Struktur mehr als 1 MΩ betragen und die Genauigkeit beträgt normalerweise etwa 10%. Dies ist ausreichend für den Einsatz in Musikinstrumenten, Prothesen, Sensoren für die Anwesenheit einer Person im Auto und tragbare Elektronik.

Flexible und erweiterbare Sensoren


Ein flexibler Sensor ist ein Widerstandsmaterial, wie beispielsweise Kohlenstoff, der auf einer flexiblen Membran abgeschieden ist. Wenn der Sensor gebogen wird, dehnt sich das Material und der Widerstand steigt proportional zum Biegeradius. Gemäß einer der Spezifikationen kann sich der Widerstand eines 10-kΩ-Flachsensors verdoppeln, wenn er um 180 Grad gebogen wird, wenn beide Enden verbunden sind. Ein bekanntes Beispiel sind die Finger in Spielhandschuhen, beispielsweise im Nintendo Power Glove-Controller (in einem der Projekte wurde er zur Steuerung eines Quadrocopters gehackt). Das Biegen der Finger führt zu einer Widerstandsänderung, die den Grad der Biegung anzeigt.




Der Dehnungssensor arbeitet nach dem gleichen Prinzip, nur der Widerstand steigt beim Dehnen. Gummikordeln mit Carbon sehen aus wie eine Bungee-Schnur. Nach demselben Beispiel mit Adafruit zu urteilen, ändert eine 2,1-kOhm-Saite mit einer Länge von 6 Zoll, wenn sie auf 10 "gedehnt wird, den Widerstand auf 3,5 kOhm. Ein anderes Beispiel ist ein leitfähiger Faden aus mit Polyester gemischten Stahlfasern. oder Gürtel.