Come ottenere il massimo da un potenziometro?
In molti progetti di precisione a basso rumore, è una cattiva idea iniziare con persino il routing del segnale attraverso il pannello frontale. Quindi, almeno, l'elemento di controllo dovrebbe semplicemente produrre un segnale di tensione che regola un amplificatore / attenuatore controllato in tensione. Con una sorgente potenziometrica, è possibile bufferizzare e filtrare il segnale di controllo in modalità passa-basso, in modo da ridurre al minimo gli effetti di caduta del tergicristallo.
simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab
Qui, un riferimento di tensione alimenta il potenziometro. La resistenza variabile del tergicristallo è modellata da Rw, che può variare di 9 ordini di grandezza, ma è per lo più "bassa" e dell'ordine di un Ohm. R2 mantiene il tempo costante sopra i 50ms. Da R2 >> R1, l'influenza di R1 è piccola. C2 forma un filtro passa basso con R1 + R2, ma funge anche da condensatore di mantenimento. U2 è un amplificatore operazionale impostato in modalità non invertente, quindi il suo ingresso ha un'impedenza molto elevata. L'uscita di U2 va a un amplificatore controllato in tensione.
C2 dovrebbe essere un tipo a bassa perdita con NP0 o dielettrico plastico e U2 dovrebbe avere uno stadio di ingresso FET o CMOS. Quindi, non usare 741 per gli U2 con l'aspettativa che funzionasse così bene - anche se funzionerà ancora meglio del potenziometro nudo.
Se il filo da R1 al circuito è lungo, potrebbe essere necessario uno scudo avvitato. Tuttavia, sono necessarie alcune sperimentazioni per garantire la stabilità del circuito, poiché la capacità da schermatura a segnale aggiunge un feedback positivo al sistema.
Questo ti dà già un circuito dalle prestazioni molto migliori rispetto all'utilizzo di un potenziometro direttamente sul segnale. Anche con una costante di tempo di 50ms abbastanza breve, puoi sbarazzarti del crepitio anche sui potenziometri più ridicolmente sporchi. Puoi sempre scambiare i tempi di risposta per l'insensibilità al crepitio.
Il routing dell'audio verso i pannelli frontali di solito è un incubo EMI e spesso non è affatto economico farlo correttamente.
Guadagno controllato in tensione
È possibile creare un buon elemento di guadagno con controllo della tensione bang-for-the-buck utilizzando un fotoresistenza illuminato da un LED. I fotoresistori, se li selezioni, possono avere un coefficiente di resistenza di tensione molto basso e quindi una distorsione molto bassa, battendo sicuramente i circuiti moltiplicatori più semplici di un ordine di grandezza o più. Sono disponibili come unità autonome, note come Vactrols, da Excelitas . Devono essere applicati con una certa cura, poiché non si desidera superare circa 100mV attraverso il fotoresistenza, ma per il resto sono dispositivi meravigliosamente potenti per circa $ 5 ciascuno.
Esistono decenti amplificatori controllati in tensione integrati, come l'ultimo acquisto (purtroppo) SSM2018 o il più recente AD8338, THAT2181, ecc.
Che ne dici di rotolare il contatto?
Se hai ancora un mouse meccanico, aprilo. Tira fuori la palla e guarda i rulli. Invariabilmente saranno coperti da una traccia indurita di sporcizia. Il contatto a rotazione non è tutto ciò che è rotto se non riesci a controllare l'ambiente abbastanza bene. I contatti scorrevoli hanno una proprietà autopulente. I contatti a rotazione, in un potenziometro, avrebbero il comportamento esattamente opposto: si sporcherebbero da soli . Sarebbe una pessima idea.
Meccanicamente c'è un altro aspetto che sembra dimenticare: il contatto di rotolamento è fantastico nel concentrare le sollecitazioni e richiede superfici sufficientemente dure per prevenire l'usura. È un po 'difficile realizzare un sensore resistivo a bassa potenza in cui la superficie deve interfacciarsi con una sfera / rullo di metallo pur avendo qualsiasi tipo di aspettativa di vita utile.
Se davvero non ti interessa la potenza del circuito, devi pagare la pista resistiva, a forma di C, in acciaio temprato. Alimentalo con un paio di ampere, in impulsi, usa un circuito di campionamento e mantenimento per ottenere l'ampiezza dell'impulso e sei pronto. Funzionerà finché lo alloggerai in una custodia a prova di polvere. Si noti che l'impermeabilità è di solito più dura di quella impermeabile (!).
TL; DR: Il contatto di rotolamento sarebbe probabilmente la cosa peggiore che avresti mai desiderato in un tergicristallo.
Quindi, quali altre opzioni ci sono?
È possibile ottenere il segnale da altre fonti. Funzionano tutti convertendo l'angolo dell'albero in una tensione, utilizzando una varietà di tecniche. Li presento in nessun ordine particolare.
Potenziometri senza contatto
Supponiamo di iniziare con una traccia resistiva di base a forma di C di un potenziometro. Scegli uno grande, in modo che sia facile da lavorare. Aprilo. Piega il tergicristallo in modo che sia sollevato dalla pista, ma solo leggermente. Alimenta la traccia con un segnale AC, ad esempio un'onda quadra da 1 MHz, con l'altra estremità della traccia a 0 V. Il tergicristallo è accoppiato in modo capacitivo alla traccia e raccoglierà un segnale la cui ampiezza è proporzionale alla posizione sulla traccia. Dovrai modificarlo per sbarazzarti delle peggiori capacità parassitarie, ma funzionerà. È possibile utilizzare un follower FET o un amplificatore operazionale per ridurre l'impedenza del segnale del tergicristallo, quindi utilizzare un demodulatore sincrono per riconvertire l'ampiezza in banda base. Potrebbe sembrare fantasioso, ma per un sensore così semplice puoi farlo su un paio di dollari di pezzi, niente di speciale.
Trasformatori variabili
Una fonte molto precisa e forse esagerata sarebbe un RVDT (un cugino rotante di un LVDT). Per un progetto "vanity" unico, sarebbe una buona scelta: queste cose sono praticamente indistruttibili e, per fortuna, puoi ottenerle a buon mercato dal surplus. Per un controllo del volume, potresti creare un condizionatore RVDT molto semplice (il circuito è lo stesso di un LVDT).
Condensatori variabili
Un'altra opzione di vanità sarebbe un vecchio, pesante, condensatore rotante. I migliori hanno un paio di cuscinetti a sfera. Simile a un RVDT, non hanno altre parti a contatto da consumare. Metti il condensatore in un circuito multivibratore, collegalo a un circuito convertitore tensione-frequenza (le note dell'app LT ne hanno in abbondanza) e sei pronto.
Sensori magnetici
Un'opzione di costo molto più basso sarebbe un sensore Hall. Supponiamo di avere un magnete orientato radialmente su un albero e un trasduttore Hall accanto ad esso. Quando si ruota l'albero, il flusso magnetico che passa attraverso un sensore posizionato correttamente varierà. Questa è una buona fonte di una tensione di controllo - anche economica da implementare.
Sensori ottici
Puoi anche avere un sensore ottico: stampa un V-gap, con XY mappato su coordinate polari, su un foglio di pellicola trasparente. Installare sull'albero. Metti una coppia LED-fotodettore in modo che "veda" attraverso lo spazio. Condizionare il fotorilevatore (un transistor o un diodo) con un amplificatore operazionale.
Un'altra opzione ottica che non necessita di un V-gap sarebbe quella di avere un disco inclinato montato sull'estremità di un albero, in modo che non sia del tutto perpendicolare all'asse dell'albero. Quindi utilizzare un sensore riflettente (LED + fotorilevatore) per ottenere un segnale continuo proporzionale all'angolo.
Un'altra opzione ottica è quella di avere un modello multifase stampato su un cilindro sull'albero e utilizzare più sensori ottici, con le loro uscite sommate, fornire l'uscita. Il modello potrebbe apparire come segue:
axial distance
^
| █████████
| ██████
| ███
|0---------360--> angle
Quando il cilindro gira sopra i sensori, le loro uscite si abbassano progressivamente. Modificando con giudizio il numero di rivelatori / strisce e la distanza di rilevamento, è possibile cavarsela con un semplice motivo in bianco e nero. A volte è più facile da fabbricare di qualcosa di più elaborato.
Convertitori deformazione ad angolo
Un'altra opzione, abbastanza sensata se si sa come gestire gli estensimetri, sarebbe quella di avere l'interfaccia dell'albero con una lunga molla a spirale. Schiaccia un ponte estensimetrico a 4 misuratori da qualche parte sulla molla, con l'asse sensibile lungo la lunghezza della molla e otterrai un segnale molto bello proporzionale all'angolo dell'albero. Dovrai aggiungere un po 'di attrito nel circuito meccanico in modo che l'albero rimanga fermo quando rilasci la manopola.
Cianfrusaglie
Un'altra opzione, se vuoi diventare funky, sarebbe quella di avere un condensatore acustico variabile. Far passare l'albero attraverso una scatola toroidale piatta. Può avere una sezione rettangolare, ovviamente. Fai una fessura radiale all'interno della scatola ed estendi un perno radiale dall'albero attraverso la fessura radiale. Attacca una paletta che riempie quasi completamente la sezione trasversale della scatola fino all'estremità del perno. Nel punto zero nella casella, aggiungere una partizione e un trasduttore acustico. Collegalo a un oscillatore e avrai un convertitore angolare-acustico elettro-acustico.
Quanto sopra sono solo le cose che ho provato, con un certo grado di successo, ad un certo punto della vita. C'è quasi una scorta infinita di altre idee, se vuoi divertirti con la trasduzione.