一、电位器的定义

电位器是一种具有三个引出端的电阻元件，其阻值能够按照特定变化规律进行调节。它主要由电阻体和可移动的电刷构成。当电刷沿着电阻体移动时，输出端会获得与电刷位移量存在一定关系的电阻值或电压。

电位器具有两种使用方式，既可以当作三端元件用于相关电路，发挥特定功能，也能当作二端元件，此时相当于可变电阻器。由于它在电路中的关键作用是依据输入电压（外加电压）来获得与之成一定关系的输出电压，所以被称作电位器。

二、电位器的分类

（一）根据电阻体材料分类

1. 线绕电位器
   • 结构：通过将电阻丝绕制在绝缘骨架上形成电阻体。电阻丝一般采用具有一定电阻率的合金材料，如康铜丝、镍铬丝等，以确保能提供合适的阻值范围且具备较好的稳定性。绝缘骨架材料多为陶瓷、塑料等，能有效隔离电阻丝，防止短路。
   • 特点：
     • 精度较高：由于阻值取决于电阻丝的长度，可通过精准控制绕制匝数与长度来实现相对精确的阻值调节，常用于精密测量仪器、校准电路等对阻值精度要求高的场景。
     • 功率较大：电阻丝本身可承受相对较大功率，能应用在需通过较大电流、承载较高功率的电路环境中，像功率放大器中用于调节放大倍数等情况。
     • 分辨率有限：阻值变化呈阶梯状，取决于电阻丝绕制匝数，每变动一匝对应一定阻值，在需要连续、精细调节阻值的场合，可能无法满足高分辨率要求。
     • 高频特性较差：绕制的电阻丝存在电感，在高频电路中，电感的影响会使电位器的性能下降，所以一般不适合高频应用场景。
2. 导电塑料电位器
   • 结构：以导电塑料作为电阻体材料，其内部导电粒子均匀分布在塑料基体中，通过特殊工艺制成具有一定阻值和形状的电阻体，电刷在其表面滑动实现阻值调节。
   • 特点：
     • 阻值变化平滑：相较于线绕电位器，其阻值随电刷移动能更连续、平滑地变化，在对阻值调节连续性要求高的电路中表现出色，例如音频设备中用于精确调节音量、音调等参数。
     • 耐磨性能较好：导电塑料本身具备一定的自润滑性和耐磨性，能承受电刷多次滑动摩擦，延长电位器使用寿命，适用于需要频繁调节的设备，如电子乐器的控制旋钮等。
     • 噪声较低：在调节过程中产生的电噪声相对较小，有利于提高电路的信号质量，所以在一些对信号纯净度要求高的精密电路中也有应用。
     • 功率承载能力相对较弱：与线绕电位器相比，导电塑料能承受的功率有限，一般不适用于大功率电路环境。
3. 混合型电位器
   • 结构：结合了不同材料（如线绕与导电塑料、不同金属等）或不同工艺制作而成，综合各组成部分优势，具体结构形式多样，取决于混合方式与各成分所占比例等因素。
   • 特点：
     • 综合性能优势：例如将线绕电位器的高精度、高功率特点与导电塑料电位器的阻值平滑变化、低噪声等优点相结合，可在既需要一定精度和功率，又要求阻值调节平滑的电路中发挥作用，像一些工业自动化控制设备中的参数调节环节。
     • 可定制性强：可根据具体应用需求，调整不同材料或工艺的比例及组合方式，来满足多样化的电路性能要求，应用范围较广，但设计和生产成本相对较高。
4. 非接触电位器（数字电位器）
   • 结构：采用非接触式的工作原理，内部一般通过集成电路、数字控制电路以及存储单元等构成，利用如磁敏、光敏、电容感应等方式来检测外部控制信号，进而改变阻值等参数，通常带有通信接口，可实现与微控制器等数字设备的连接与控制。
   • 特点：
     • 数字化控制精准：能通过数字信号精确设置阻值大小，可实现高精度、高分辨率的调节，在一些对数字化控制要求高的现代电子电路，如智能仪器仪表、可编程逻辑控制器（PLC）中的模拟量输出调节等场景应用广泛。
     • 使用寿命长：由于不存在电刷与电阻体的直接机械接触，避免了因摩擦产生的磨损问题，大大延长了使用寿命，特别适合在需要长期稳定工作、频繁调节的设备中使用，比如智能家居系统中的调光、调温等控制部件。
     • 集成度高、功能丰富：可集成多种功能，如多通道调节、阻值存储记忆、可程控等，方便在复杂的电路系统中实现多功能的模拟量控制，但相对传统电位器，成本较高，且对数字电路知识和编程能力有一定要求，以便进行正确的配置和使用。

（二）按照构造分类

1. 旋转式
   • 结构与原理：这是常见的构造形式，外形通常为圆形，内部电阻体呈环形分布，电刷通过旋转轴与外部旋钮相连，当旋转旋钮时，电刷在电阻体上圆周运动。其旋转角度大多在 270 - 300 度区间范围内，通过改变电刷与电阻体的接触位置来调节阻值或输出电压。
   • 应用场景：广泛应用于日常生活和普通电子设备中，例如在普通音响设备中调节音量大小、在台灯中调节亮度、在收音机中调节频道等场景，操作方便直观，能满足常见的电路参数调节需求。
2. 单圈式
   • 结构与原理：结构相对简洁，电阻体呈环形，电刷在单圈范围内旋转来改变阻值，与旋转式类似但调节范围限定在一圈之内，适用于对调节范围要求不高、在单圈旋转内即可满足，且对精度要求不是超精细的电路场合。
   • 应用场景：比如一些简单的电子设备的初级调试环节，像小型电子玩具调节音量、简单的电子时钟调节亮度等场景，能以简单的结构实现基本的阻值调节功能。
3. 多圈式
   • 结构与原理：相比单圈式，其内部结构设计使得电刷可以围绕中心轴进行多圈旋转，通过增加旋转圈数来实现更为精细、精准的阻值调节。一般每旋转一圈，阻值的变化量较小，多圈旋转下来能实现更宽范围和更精细的阻值调节。
   • 应用场景：常用于高精度测量仪器（如高精度万用表中调节测量挡位对应的内部电路参数）、专业音频设备的精细校准（如专业调音台对各声道增益、均衡等参数的精确调节）、工业控制领域中对电机转速、阀门开度等参数的高精度调节等对调节精度要求苛刻的电路环境中。
4. 直线滑动式
   • 结构与原理：电阻体呈直线长条状，电刷可沿着直线方向滑动，其位置与阻值变化直接相关。这种构造便于直观地看到电刷位置，也就是对应参数（如音量等）所处的位置，并且方便进行淡入淡出等操作控制，通过控制电刷的滑动速度和行程来实现平滑的参数变化。
   • 应用场景：通常运用在混音器等音频处理设备当中，用于调节各声道音量的大小、声音的淡入淡出效果等，也可用于一些需要直观显示和线性调节参数的电子设备中，如电子绘图板中对画笔压力模拟参数的调节等。

（三）具体分类

1. 旋转电位器 / 角位移传感器
   • 多圈非接触磁敏电位器
     • 原理：利用磁敏元件（如霍尔元件等）来感应磁场变化，磁场的变化与电刷的角位移相关，通过检测磁场变化来确定电刷位置，进而改变阻值。由于是非接触式，避免了机械磨损，且多圈结构能实现高精度的角位移测量与阻值调节。
     • 应用：在一些对精度、稳定性以及非接触操作有要求的角度测量与电路调节场景中应用，比如工业机器人关节角度的精确测量与控制、高精度角度编码器中的角度信号转换为阻值变化以实现模拟量输出等。
   • 多圈线绕电位器
     • 原理：结合多圈式精密调节的优点以及线绕电位器本身在功率、精度方面的特性，通过绕制多圈的电阻丝，让电刷在多圈旋转过程中改变接入电路的电阻丝长度来调节阻值，能实现高精度且可承载一定功率的阻值调节。
     • 应用：常用于需要高精度且能承载一定功率的电路，如某些工业控制电路中对电机转速等参数的精细调节，在数控机床中对刀具进给速度等参数进行精确控制等情况。
   • 多圈混合电位器
     • 原理：融合了多种材料或技术的优势，具体取决于所采用的混合成分及方式，例如可能是线绕部分提供高精度和功率基础，再结合导电塑料部分实现阻值更平滑变化等，在不同的旋转角度下综合发挥各部分作用来满足多样化的需求。
     • 应用：在既需要较好的阻值稳定性又要一定的阻值变化灵活性的电路环境中使用，像一些复杂的自动化控制系统中，对多个相关联的模拟量参数进行协同调节，要求精度、稳定性和调节灵活性兼备的情况。
   • 单圈非接触磁敏电位器
     • 原理：同样依靠磁敏原理实现非接触式的单圈阻值调节，通过磁敏元件感知磁场变化对应电刷的单圈角位移，进而改变阻值，减少了因接触产生的磨损等问题，提高了使用寿命和稳定性。
     • 应用：可应用于一些对使用寿命、稳定性以及简单角度相关调节有要求的电路中，像小型电动玩具的角度控制部件（如玩具飞机的转向角度调节）、简易的电子罗盘角度信号转换为模拟量输出等情况。
   • 单圈导电塑料电位器
     • 原理：凭借导电塑料作为电阻体材料，电刷在单圈范围内滑动时，导电塑料内部导电粒子的分布变化使得阻值相对平滑地变化，实现阻值调节功能，且具备耐磨、低噪声等优点在单圈调节范围内适用。
     • 应用：适用于对阻值变化连续性要求稍高、调节精度适中的电路，比如部分普通的电子玩具音量调节、一些简单的电子设备亮度调节等场景，能提供较为平滑的调节手感和较好的调节效果。
   • 单圈线绕电位器
     • 原理：基于线绕电阻体实现单圈的阻值调节，通过电阻丝绕制在单圈的绝缘骨架上，电刷滑动改变接入电路的电阻丝长度来控制阻值大小，结构相对简单且具备一定的精度和功率承载能力。
     • 应用：常用于一般性的单圈调节电路，如简易的调光台灯电路（通过旋转旋钮调节灯泡亮度）、简单的收音机音量调节等普通生活电器中，满足基本的电路参数调节需求。
   • 单圈非线性电位器 - SINCOS
     • 原理：其阻值变化呈现非线性规律，遵循 SINCOS 函数关系，设计上通过特殊的电阻体形状、材料分布或电路连接方式等实现这种特殊的阻值变化特性，使得电刷在单圈旋转过程中，输出的阻值按照 SINCOS 函数对应变化。
     • 应用：可应用在一些特定的、需要按照这种特殊函数关系来调节电路参数的专业电子设备中，比如某些特殊的信号处理电路中用于对特定波形信号的调制、解调过程中模拟量参数的调节，或者在一些高精度角度测量与转换系统中，将角度按照 SINCOS 函数关系转换为阻值变化以实现更精确的角度信息传递等。
   • 单圈非接触感应电位器
     • 原理：利用感应原理（如电磁感应、电容感应等）实现非接触式的单圈阻值调节，通过感应元件检测外部控制信号（如接近物体的电磁信号、电容变化等）来确定电刷位置，进而改变阻值，这种感应方式使其在一些特殊环境下（如需要防水、防尘等避免接触的场合）能正常工作。
     • 应用：可应用于户外电子设备的简单参数调节等场景，例如户外智能路灯的亮度调节旋钮（在户外恶劣环境下能保持良好的工作状态，防止因接触进水等导致故障）、户外电子广告牌亮度或显示效果调节部件等。
   • 注油电位器
     • 原理：内部注油的设计使得在转动过程中，油液起到润滑和缓冲作用，减少电刷与电阻体之间的摩擦和磨损，同时有助于保持接触的稳定性，保证阻值调节的平稳性和准确性，延长电位器的使用寿命。
     • 应用：常用于需要频繁调节且对调节手感、稳定性有要求的设备中，例如一些高档音响设备的音量调节旋钮（频繁旋转调节音量时手感顺滑，且能保持音量调节的精准稳定）、专业调音台的关键调节旋钮等。
2. 直线电位器 / 直线位移传感器
   • 直线非接触磁敏电位器
     • 原理：利用磁敏特性实现直线方向上的非接触式阻值调节，通过在直线轨道上设置磁敏元件，根据直线位移时磁场的变化来感应位移量，进而改变阻值，使阻值与直线位移量相关联，实现位移测量与电路参数调节功能。
     • 应用：可应用于直线位移测量以及需要按照直线位移来调节电路参数的设备中，比如直线运动的机械装置的位移监测与控制电路（如自动化生产线上的直线导轨滑块位移监测，根据位移调节相应的加工参数）、电梯轿厢的垂直位移检测与速度调节等。
   • 直线位移导电塑料电位器
     • 原理：基于导电塑料材料实现直线位移过程中的阻值变化，当电刷沿着直线导电塑料电阻体滑动时，导电塑料内部导电粒子分布随位移变化，导致阻值相对平滑地改变，能提供连续的阻值变化曲线，满足对直线位移对应的阻值变化连续性要求较高的场合需求。
     • 应用：常用于对直线位移对应的阻值变化连续性要求较高的场合，例如自动化生产线上的直线位移检测与反馈控制环节（根据产品在生产线上的直线位置调节加工、检测等相关参数）、汽车电子中对节气门开度等直线位移参数的精确测量与控制等。
   • 直线位移线绕电位器
     • 原理：采用线绕电阻体实现直线位移时的阻值调节，将电阻丝绕制在直线形状的绝缘骨架上，电刷随着直线位移滑动，改变接入电路的电阻丝长度来调节阻值，具备线绕电位器的一般特性，如精度较高、功率承载能力等在直线位移场景下的优势。
     • 应用：在需要直线位移且对精度、功率有一定要求的电路场景中使用，比如某些大型机械装置的直线运动部件的参数控制电路（如起重机吊臂伸缩长度对应的起重量控制电路，通过直线位移电位器检测吊臂长度来调节起重量限制参数）、大型数控机床的直线坐标轴位移测量与精度控制等。
   • 直线位移注油电位器
     • 原理：直线位移方向上的注油设计保证了其顺滑的调节性能，油液在电刷与电阻体直线运动过程中减少摩擦、缓冲振动等，使位移调节更加平稳准确，避免因摩擦产生的磨损、噪声等问题，提升调节的稳定性和使用寿命。
     • 应用：适用于频繁进行直线位移调节且注重调节手感和稳定性的设备，例如舞台灯光设备中直线移动的调光装置（在频繁移动调光过程中手感顺滑，灯光调节稳定准确）、大型舞台机械装置的直线运动部件的位置控制与调节等。
   • 拉线传感器
     • 原理：属于直线电位器的一种特殊形式，它通过拉线的拉伸与收缩来反映位移情况。内部一般有绕线轮、弹性元件和电阻体等结构，当拉线被拉动或释放时，绕线轮转动带动电刷在电阻体上移动，从而改变阻值，进而实现对电路参数的调节，并且可以根据拉线的长度变化准确测量远距离的位移量。
     • 应用：常用于需要远距离测量位移或者在空间受限但需测量直线位移的场合，比如桥梁伸缩缝的位移监测（通过在桥梁一端安装拉线传感器，拉线连接到伸缩缝另一端，实时监测伸缩缝的开合位移情况）、起重机吊臂的伸缩长度监测（在吊臂内部或外部安装拉线传感器，准确测量吊臂伸缩长度以确保吊运安全）、一些空间狭小的设备内部直线位移测量等情况。

电位器两端与三端用法的差异及应用场景

一、电位器两端用法

1. 作为可变电阻使用
   • 连接方式：将电位器的两个端点接入电路，相当于把电位器当作一个阻值可变的普通电阻。例如，在一个简单的串联电路中，一端连接电源正极，另一端连接负载（如灯泡或其他用电器）后再接到电源负极，旋转电位器的旋钮可以改变其内部电阻丝接入电路的有效长度，从而改变整个电路的电阻大小。
   • 功能及应用场景：常用于需要对电流或电压进行简单、连续调节的电路。比如在一个简易的 LED 调光电路中，把电位器当作可变电阻与 LED 串联，通过调节电位器改变电路电流，进而实现对 LED 亮度的调节。另外，在一些简易的电机调速电路中，也可以采用这种方式，通过改变电路电阻来控制电机两端的电压，实现电机转速的调节。不过需要注意的是，这种用法下电位器消耗的功率要在其额定功率范围内，以免因过热损坏电位器。
2. 用于校准与微调电路参数
   • 连接方式：同样是使用电位器的两个端点，在一些对精度要求较高的测量电路或仪器中，将电位器与其他固定电阻或电路元件配合，通过改变电位器阻值来微调电路中的关键参数。例如在一个自制的简易电压表校准电路中，电位器与表头、标准电压源等组成校准回路，通过调节电位器的阻值，使表头显示的电压值与标准电压源输出的电压值精准匹配，实现对电压表测量精度的校准。
   • 功能及应用场景：在电子仪器仪表、传感器电路等领域应用较多。比如在某些温度传感器电路中，利用电位器对传感器输出的零点偏移进行微调校准，确保传感器能准确测量温度变化，提高整个测量系统的准确性。

二、电位器三端用法

1. 作为可变分压装置
   • 连接方式：电位器的三个端分别发挥不同作用，一端连接输入电压源（如电源正极端），中间的滑动端作为输出端，另一端通常接地（或连接电源负极端，取决于具体电路设计）。当旋转电位器旋钮时，滑动端在电阻体上移动，改变了滑动端与两端之间的电阻比例关系，进而实现对输入电压的分压作用，输出不同大小的电压值。例如在音响设备的音量调节电路中，音频信号作为输入电压接入电位器一端，通过调节电位器，其滑动端输出不同分压后的音频信号到后续功放电路，实现音量大小的连续调节。
   • 功能及应用场景：广泛应用于各类需要对电压进行连续、精准调节的电路中，除了音响设备的音量、音调调节外，在电视机的亮度、对比度调节，以及各种电子设备中涉及到信号强度、显示效果等需要进行电压调节控制的功能模块中都大量使用。在一些模拟电路实验中，也常用三端电位器搭建分压电路来获取特定范围的可变电压，为实验提供不同的测试条件。
2. 参与信号调节与控制电路
   • 连接方式：在音频放大器、信号处理等电路中，三端电位器以特定的方式接入电路，与电容、电感、晶体管等其他元件协同工作。比如在音频放大器的前置放大级，电位器一端连接输入音频信号，中间滑动端连接到放大器的输入引脚，另一端接地，通过改变电位器阻值来调节输入到放大器的音频信号强度，从而控制音频信号在放大器中的放大倍数，实现对音质、音色等方面的调节。
   • 功能及应用场景：在音频处理、通信电路等对信号特性有严格要求的领域应用普遍。例如在无线电通信的发射机电路中，利用电位器调节载波信号的幅度、频率等参数，确保发射信号符合通信标准和要求，保证通信的质量和稳定性。同时，在一些自动化控制设备中，通过电位器对控制信号进行调节，可精准控制设备的运行状态，像工业自动化生产线中对电机转速、设备运行时长等参数的调节控制也会借助三端电位器来实现。
3. 构建电桥电路及平衡调节
   • 连接方式：电位器与多个电阻共同组成电桥电路，通常电位器的三个端分别连接到电桥的不同支路位置。例如在惠斯通电桥用于测量电阻的电路中，电位器作为电桥中的一个可调节元件，通过旋转旋钮改变其阻值，使电桥达到平衡状态（即电桥对角线上两点间的电位差为零），根据电位器此时的阻值以及其他已知电阻的阻值，按照相应的电桥平衡公式就能计算出被测电阻的大小。
   • 功能及应用场景：常用于各类需要精确测量电阻、电容、电感等物理量变化的场合，如在电子测量仪器、实验室物理量测量装置中经常使用。在传感器检测电路中，当传感器的电阻、电容等参数随外界物理量（如温度、压力、位移等）发生变化时，通过由电位器参与构建的电桥电路来检测这种变化，并将其转化为可测量的电信号，进而实现对相应物理量的精确测量和监测。