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.