Existe-t-il des potentiomètres sans essuie-glace?

Les potentiomètres sont réputés pour s'user (du moins d'après mon expérience); le petit essuie-glace finit par ne plus porter que son contact et aucun autre n'a une connexion électrique ferme. Pour un périphérique audio, cela peut se manifester par un crépitement lors du changement de volume. L'usure n'est pas nécessairement uniforme et il peut y avoir des positions qui ont un contact pire que les autres. J'ai remarqué que la situation était pire généralement près de la limite supérieure (plein volume, pleine luminosité, etc.), mais la répartition de l'usure peut probablement être principalement attribuée à la façon dont l'appareil a été utilisé.
    Avoir un composant avec une telle friction me semble être une très mauvaise idée (et c'est évidemment le cas) et je me demande souvent s'il existe des conceptions disponibles dans le commerce qui n'ont pas de contact glissant (à l'exclusion des potentiomètres numériques [1]), et si elles ' re économique. J'imagine qu'une telle conception sans essuie-glace serait basée sur des roulements à billes ou des engrenages épicycloïdaux, avec au moins une des billes ou des engrenages planétaires étant conducteurs, le reste étant isolant et les pistes dans lesquelles ils roulent, ou l'anneau ou l'étoile / engrenage solaire, ayant le ou les éléments à gradient résistif. Mais quelque chose comme ça est-il actuellement disponible?

Remarque 1: Il doit se comporter de la même manière qu'un potentiomètre passif ordinaire. Les potentiomètres numériques nécessitent une alimentation et consomment de l'énergie donc, si je comprends bien, ne sont pas nécessairement des remplacements directs (un potentiomètre numérique à 3 broches nécessiterait que les broches d'extrémité se doublent comme alimentation, ce qui n'est pas toujours le cas ). Je suis particulièrement intéressé à savoir s'il existe des composants tels que des potentiomètres passifs sans essuie-glace qui, dans leur forme la plus simple, ont 3 broches où la somme des résistances entre les broches 1 et 2 et entre les broches 2 et 3 est censée être constante (c'est-à-dire un 2 la broche à résistance variable n'est pas en soi un potentiomètre).

Comment tirer le meilleur parti d'un potentiomètre?

Dans de nombreuses conceptions de précision à faible bruit, c'est une mauvaise idée de commencer par avoir même le signal acheminé via le panneau avant. Ainsi, à tout le moins, l'élément de commande devrait simplement produire un signal de tension qui régit un amplificateur / atténuateur commandé en tension. Avec une source potentiométrique, vous pouvez mettre en mémoire tampon et filtrer passe-bas le signal de commande, de sorte que les effets de décrochage des essuie-glaces soient minimisés.

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Ici, une référence de tension alimente le potentiomètre. La résistance variable des essuie-glaces est modélisée par Rw, qui peut varier de 9 ordres de grandeur, mais est pour la plupart "faible" et de l'ordre d'un Ohm. R2 maintient la constante de temps au-dessus de 50 ms. Depuis R2 >> R1, l'influence de R1 est faible. C2 forme un filtre passe-bas avec R1 + R2, mais agit également comme un condensateur de maintien. U2 est un ampli op configuré en mode non inverseur, de sorte que son entrée a une très haute impédance. La sortie de U2 va à un amplificateur commandé en tension.

C2 devrait être un type à faible fuite avec NP0 ou diélectrique en plastique, et U2 devrait avoir un étage d'entrée FET ou CMOS. Donc, n'utilisez pas 741 pour U2 avec l'espoir que cela fonctionnerait très bien - même si cela fonctionnera toujours mieux que le potentiomètre nu.

Si le fil de R1 au circuit est long, vous pourriez avoir besoin d'un blindage amorcé. Cependant, une certaine expérimentation est nécessaire pour assurer la stabilité du circuit, car la capacité du blindage au signal ajoute une rétroaction positive au système.

Cela vous donne déjà un circuit beaucoup plus performant que d'utiliser un potentiomètre directement sur le signal. Même avec une constante de temps de 50 ms assez courte, vous pouvez vous débarrasser du crépitement même sur les potentiomètres les plus ridiculement sales. Vous pouvez toujours échanger le temps de réponse pour l'insensibilité au crépitement.

Le routage audio vers les panneaux avant est généralement un cauchemar EMI et il n'est souvent pas bon marché du tout de le faire correctement.

Gain contrôlé en tension

Un bon élément de gain à tension contrôlée pour le rapport qualité-prix peut être réalisé en utilisant une photorésistance éclairée par une LED. Les photorésistances, si vous les sélectionnez, peuvent avoir un très faible coefficient de résistance en tension et donc une très faible distorsion, battant certainement la plupart des circuits multiplicateurs simples d'un ordre de grandeur ou plus. Ils sont disponibles sous forme d'unités autonomes, appelées Vactrols, auprès d' Excelitas . Ils doivent être appliqués avec soin, car vous ne voulez pas dépasser environ 100 mV à travers la photorésistance, mais sinon ce sont des appareils merveilleusement puissants pour environ 5 $ chacun.

Il existe des amplificateurs intégrés à tension contrôlée décents, tels que le dernier achat (malheureusement) SSM2018, ou les nouveaux AD8338, THAT2181, etc.

Que diriez-vous de roulement de contact?

Si vous avez toujours une souris mécanique, ouvrez-la. Sortez le ballon et regardez les rouleaux. Invariablement, ils seront recouverts d'une trace de crasse durcie. Le contact roulant n'est pas tout ce qu'il est possible de faire si vous ne contrôlez pas bien l'environnement. Les contacts coulissants ont une propriété autonettoyante. Les contacts roulants, dans un potentiomètre, auraient le comportement exactement opposé - ils seraient auto-salissants . Ce serait une très mauvaise idée.

Mécaniquement, il y a un autre aspect que vous semblez oublier: le contact roulant est merveilleux pour concentrer les contraintes et nécessite des surfaces suffisamment dures pour éviter l'usure. Il est un peu difficile de fabriquer un capteur résistif de faible puissance où la surface doit s'interfacer avec une bille / un rouleau métallique tout en ayant une espérance de vie utile.

Si vous ne vous souciez vraiment pas de la puissance du circuit, vous devez payer pour fabriquer la piste résistive, en forme de C, en acier trempé. Alimentez-le quelques ampères, en impulsions, utilisez un circuit d'échantillonnage et de maintien pour obtenir l'amplitude des impulsions, et vous êtes prêt. Cela fonctionnera tant que vous le logerez dans un boîtier étanche à la poussière. Notez que la protection contre la poussière est généralement plus difficile que la protection contre l'eau (!).

TL; DR: Le contact roulant serait peut-être la pire chose que vous souhaiteriez dans un essuie-glace à potentiomètre.

Alors, quelles sont les autres options?

Vous pouvez obtenir le signal d'autres sources. Ils fonctionnent tous en convertissant l'angle de l'arbre en tension, en utilisant une variété de techniques. Je ne les présente pas dans un ordre particulier.

Potentiomètres sans contact

Supposons que vous commenciez par une piste résistive de base en forme de C d'un potentiomètre. Choisissez-en un grand, afin qu'il soit facile de travailler dessus. Ouvrez-le. Pliez l'essuie-glace de manière à ce qu'il soit soulevé de la piste, mais de façon très légère. Alimentez la piste avec un signal alternatif, disons une onde carrée de 1 MHz, avec l'autre extrémité de la piste à 0 V. L'essuie-glace est couplé capacitivement à la piste et captera un signal dont l'amplitude est proportionnelle à la position sur la piste. Vous devrez l'ajuster pour vous débarrasser des pires capacités parasites, mais cela fonctionnera. Vous pouvez utiliser un suiveur FET ou un amplificateur opérationnel pour réduire l'impédance du signal de l'essuie-glace, puis utiliser un démodulateur synchrone pour reconvertir l'amplitude en bande de base. Cela peut sembler fantaisiste, mais pour un capteur aussi simple, vous pouvez le faire avec quelques dollars de pièces, rien de compliqué.

Transformateurs variables

Une source très précise et peut-être exagérée serait un RVDT (un cousin rotatif d'un LVDT). Pour un projet ponctuel de «vanité», ce serait un bon choix - ces choses sont pratiquement indestructibles, et avec de la chance, vous pouvez les obtenir à moindre coût grâce au surplus. Pour un contrôle de volume, vous pourriez faire un conditionneur RVDT très simple (le circuit est le même que pour un LVDT).

Condensateurs variables

Une autre option de vanité serait un ancien condensateur rotatif lourd. Les meilleurs ont une paire de roulements à billes. Semblable à un RVDT, ils n'ont aucune autre pièce en contact à l'usure. Mettez le condensateur dans un circuit multivibrateur, connectez-le à un circuit convertisseur tension-fréquence (les notes de l'application LT en ont beaucoup), et vous êtes prêt.

Capteurs magnétiques

Une option beaucoup moins coûteuse serait un capteur Hall. Supposons que vous ayez un aimant orienté radialement sur un arbre et un transducteur Hall à côté. Lorsque vous tournez l'arbre, le flux magnétique passant à travers un capteur correctement placé varie. C'est une bonne source de tension de commande - pas chère à mettre en œuvre également.

Capteurs optiques

Vous pouvez également avoir un capteur optique: imprimez un espace V, avec XY mappé sur les coordonnées polaires, sur une feuille de papier transparent. Installer sur l'arbre. Mettez une paire de LED-photodectector de sorte qu'il "voit" à travers l'espace. Conditionnez le photodétecteur (soit un transistor ou une diode) avec un ampli-op.

Une autre option optique qui n'a pas besoin d'un espace en V serait d'avoir un disque incliné monté à l'extrémité d'un arbre, de sorte qu'il ne soit pas tout à fait perpendiculaire à l'axe de l'arbre. Utilisez ensuite un capteur réfléchissant (LED + photodétecteur) pour obtenir un signal continu proportionnel à l'angle.

Une autre option optique consiste à imprimer un motif multiphasé sur un cylindre sur l'arbre et à utiliser plusieurs capteurs optiques, avec leurs sorties additionnées, pour fournir la sortie. Le modèle peut ressembler à ceci:

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

Lorsque le cylindre tourne au-dessus des capteurs, leurs sorties diminuent progressivement. En ajustant judicieusement le nombre de détecteurs / bandes et la distance de détection, vous pouvez vous en tirer avec un simple motif en noir et blanc. Parfois, c'est plus facile à fabriquer que quelque chose de plus sophistiqué.

Convertisseurs de déformation en angle

Une autre option, tout à fait judicieuse si vous savez comment gérer les jauges de contrainte, serait d'avoir l'interface de l'arbre avec un long ressort en spirale. Frappez un pont à jauges de contrainte à 4 jauges quelque part sur le ressort, avec l'axe sensible le long de la longueur du ressort, et vous obtenez un très bon signal proportionnel à l'angle de l'arbre. Vous devrez ajouter un peu de friction dans le circuit mécanique afin que l'arbre reste en place lorsque vous relâchez le bouton.

Cotes et fin

Encore une autre option, si vous voulez devenir génial, serait d'avoir un condensateur acoustique variable. Faire passer l'arbre dans une boîte toroïdale plate. Il peut bien entendu avoir une section rectangulaire. Faire une fente radiale à l'intérieur de la boîte et étendre une broche radiale de l'arbre à travers la fente radiale. Fixez une palette qui remplit presque la section transversale de la boîte à l'extrémité de la broche. Au point zéro dans la boîte, ajoutez une partition et un transducteur acoustique. Fixez-le à un oscillateur, et vous avez un convertisseur angle-période électro-acoustique.

Ce qui précède ne sont que les choses que j'ai essayées, avec un certain succès, à un moment donné de la vie. Il y a presque une infinité d'autres idées, si vous voulez vous amuser en transduction.

Non, ils n'existent pas. Tout simplement parce qu'ils ne le peuvent pas.

Un potentiomètre se compose d'une piste en carbone avec un essuie-glace qui monte et descend. Vous ne pouvez pas laisser cet essuie-glace se déplacer sur la piste en carbone sans friction. Oui, vous pourriez réduire le frottement avec les roulements et autres, mais il y aura toujours ce frottement.

Donc, les gens utilisent un encodeur rotatif à la place - le plus souvent optique si vous voulez un faible frottement - un disque avec des fentes qui brise un certain nombre de faisceaux infrarouges.

Il est très difficile d'éviter que la résistance des essuie-glaces varie arbitrairement avec la position des essuie-glaces. Dans une bonne conception, cependant, la résistance des essuie-glaces aura un effet minimal sur le comportement du circuit. Chaque réduction de dix fois la quantité de courant transporté par l'essuie-glace entraînera une réduction de dix fois la quantité de tension superposée à sa résistance. De même, chaque augmentation de dix fois de la tension transportée par le pot entraînera une réduction de dix fois de l'importance de toute tension superposée par la résistance.

Si un appareil essaie de piloter un haut-parleur 8 ohms 1/8 watt (1VRMS) en utilisant un pot de 10 ohms comme contrôle de volume, une variation d'un ohm de la résistance d'essuie-glace se manifestera comme une variation de 1/8 volt dans le signal. Méchant. Si l'on devait utiliser un transformateur élévateur 50: 1 pour mettre la tension de 1V 1 / 8A à 50V 1 / 400A avant de la faire passer dans un pot de 500 ohms, alors une variation d'un ohm de la résistance d'essuie-glace se manifesterait comme une variation de 1/400 volts du signal au niveau du pot; le faire passer par un transformateur abaisseur 1:50 pour piloter un haut-parleur le ferait apparaître comme un signal de 1/20 000 volts (une réduction de 2500 fois par rapport au contrôle direct du haut-parleur). Une amélioration majeure.

Sur un aspect plus technique, pour obtenir l'effet d'un "pot sans friction", vous pouvez contrôler un pot numérique (ou quelque chose de similaire) avec un outil de mesure sans contact.

Par exemple, vous pouvez obtenir l'un de ces modules de sonar et contrôler un d-pot en traduisant la distance entre le capteur et la cible mobile telle que mesurée sans contact à l'aide du sonar en une résistance (ou position d'essuie-glace) sur le d-pot.