本文是分压器引导式学习系列的一部分。
您正在阅读:问题 2
可变电阻能否用作分压器?
密切相关的问题
本文回答了以下密切相关的问题:
- 电位器是否存在死区?
- 为什么我的电位器不是线性的?
答案
当然可以!
事实上,可变电阻是分压器的一个常见日常实例。一个常见的应用是音量控制,它可以使信号在很宽的范围内平滑调节。
我们不是使用两个独立的电阻,而是使用一个被有效分成两部分的单个电阻。
- 电阻的上端分支连接到 V_{In}
- 下端分支连接到地。
- V_{Out} 从可变电阻的滑臂引出。
示例
假设我们将一个 2 kΩ 的可变电阻设置到其中点。得到的系统如图 1 所示,其中:
- R1 为 1 kΩ,R2 为 1 kΩ
- 给定 10 VDC 输入,我们得到一个空载的 5 VDC 输出
- 输出电压将随可变电阻的位置线性变化,范围从 0 到 10 VDC。
图 1 :分压器电路图。输出电压从两个电阻的连接点引出。
实际应用中的复杂性
实际应用远比分压器方程所给出的简单答案复杂得多。事实上,我们几乎可以肯定结果不会是线性的。
可变电阻器并非线性
图2展示了输出电压(百分比)随可变电阻器转轴旋转角度的变化关系。
- 理想线性电阻器以红线表示。
- 绿线表示Vishay P11S系列电位器的响应曲线。
理想性能与实际性能之间存在显著差异,尤其是在考虑终端行程时,我们观察到15度的死区。这种在“线性”(线性锥度)可变电阻器中观察到的非线性关系,对于初学者来说是一个难点。
图 2 :绿线表示线性电位器的实际响应,而红线表示我们错误的全范围假设。
负载会扭曲可变电阻器的线性度
在前一个问题中,我们观察到预期(错误假设)输出与实际输出之间存在偏差。这归因于电压分压器输出端连接了负载。
不幸的是,负载问题在电位器的整个范围内是非线性的。以下两篇文章提供了完整的解释。问题在第1部分中介绍,解决方案在第2部分中提出。两篇文章都依赖于对戴维南等效电路的理解,以及将输出阻抗描述为转轴旋转角度的函数的能力。
作为预览,请考虑图3所示的结果。在此我们看到误差是转轴旋转角度的非线性函数。提示:戴维南电阻在电阻器行程的两端均为零。
图 3 :电压误差随电位器旋转位置的变化
技术提示 :负载问题(本文的核心主题)同样适用于滤波器。本文展示了当负载施加到滤波器时,幅度和频率响应如何发生变化。
总结
电位器是可变电压分压器的一个良好示例。其最大的用途或许在于展示电压分压器负载的非线性影响。
关于可变电阻,其最佳用途在于展示理论失效之处,以及真正工程实践的起点。
本文抛砖引玉,引导你从理论的美妙舒适区,走向混乱的现实世界,探索电气工程基础理论的有意义应用。


