1.4 电阻器的派生产品

电阻器一旦制成为产品，其阻值就固定了。阻值固定不变的电阻器统称为固定电阻器。

随着电子技术的发展和各种应用的需要，在固定电阻器基础上又研制了一种阻值可以改变的电阻器，称为变阻器。用变阻器实现改变电位的功能时，常称为电位器。变阻器、电位器是固定电阻器的派生产品，统称为可变电阻器。

1.4.1 电位器

学习电位器，先应了解电阻器的分压原理和可调电位的意义。

1.电阻器分压原理

图1-19（a）所示是由两节1.5V电池、导线、两只5kΩ 电阻器串联成的闭合电路，用图形符号代表元器件如图1-19（b）所示，图1-19（b）是图1-19（a）的等效电路图。

为了便于叙述，常对元件编号，如用R1、R2分别表示上、下电阻器；用E表示二节电池构成的3V电源。下面讨论两个电阻器是怎样对3V电源进行分压的。

电源的闭合电路会产生回路电流，电流方向是从电源正极（+）→A点→R1→B点→R2→C点→电源负极（−），如图1-19（b）中箭头线所示。要求出B点电压可进行如下计算。

R1、R2串联的总阻值为：R1+R2=5kΩ+5kΩ=10kΩ；

回路导通的电流（用I表示）为：I=3V÷10kΩ=0.3mA；

R1两端产生的电压（用UR1表示）为：UR1=0.3mA×5kΩ=1.5V；

R2两端产生的电压（用UR2表示）为：UR2=0.3mA×5kΩ=1.5V。

R1、R2导通电流产生的电压，称为电压降。对R2来讲，其意义就是下端电压比它的上端电压降低了1.5V；对R1来说，也是下端电压比它的上端电压降低了1.5V。

上面的讨论阐明了如下几点：

（1）原本加在两个串联电阻器上的3V电压，被R1、R2分成为两个1.5V，这就是电阻器分压的原理。

（2）通常所说的电压也叫电位差（电势差），即两点间电位（电势）的差值。这是以某一点电位相对基准点电位而言，被选做基准点的电位一般视为0。在图1-19（b）中，是以C点电位为0，B点电位就比C点电位高1.5V，B、C间的电压差便为UBC=1.5V−0=1.5V，常直接称B点电压为1.5V。

（3）对某一电源来说，一般规定电源负极为0电位，正极为高电位，正极对负极的电位差便是电源电压。因此，A点电压就是3V。

需要指出，图1-19（b）中电源负极与C点是导线连接，导线的阻值很小，常忽略不计，因此可说C点电位也是0。

2.可调电位

电位与电压是电学中两个不同的概念。电场中某点相对基准点具有的电势差（电势能），就叫做该点的电位。某点电势差越大，电位也就越高。下面再分析图1-19（c）所示电路，当R1为8kΩ、R2为2kΩ时，B点电位的变化由如下计算说明。

R1、R2串联的总阻值为：8kΩ+2kΩ=10kΩ；

回路导通的电流为：3V÷10kΩ=0.3mA；

R1两端产生的电压为：0.3mA×8kΩ=2.4V；

R2两端产生的电压为：0.3mA×2kΩ=0.6V。

不难理解，图1-19（c）中的3V电压被R1和R2分为2.4V和0.6V两部分，即B点电压为0.6V，同时B点电位也为0.6V。而图1-19（b）中B点的电位是1.5V。可见，改变上、下两个电阻器的阻值，既可改变两个电阻器之间B点的电压，又可调节B点的电位。

在图1-19（c）中，也可说B点电位比C点高，A点电位又比B点高。

3.电位器结构

先用一个10kΩ电阻器代替图1-19（c）中8kΩ和2kΩ的电阻器，如图1-19（d）所示。再把这个10kΩ 电阻器当做一个坯体，等效为如图1-19（e）所示电路。下面在图1-19（e）所示电路中分析一个电阻器上的电位，以便逐渐认识电位器。

在如图1-19（e）所示的电阻器上取5个点，把10kΩ电阻体平分为4等份。第1点在最上端，与A点电位相等，为3V；第5点在最下端，与C点电位相等，为0。可算出2、3、4点的电位分别为2.25V、1.5V、0.75V。由此可见，在一个加电压的电阻器上各点电位都不相等，越靠近电源正极电位越高，越靠近电源负极电位越低。

图1-19（e）中圆柱形电阻器是否能制成如图1-19（f）所示的弧形呢？完全可以制成任意形状，只需改变铸造模具就能实现。弧形电阻体制成后，若在两端装上引脚A和C，同样是一个10kΩ电阻器坯体，而且是弧形电阻器。

对图1-19（f）进一步设计、加工、制造，如图1-19（g）所示。在AC圆弧的圆心O上，装上接触良好的两个金属片OT与OB，且OT能以O点为轴心旋转，T端与电阻体始终保持良好接触。再设计绝缘底衬将电阻体、引脚A、引脚C、滑动片OT、引脚OB等部件固定起来，就制成一个电位器。其中A、C是电位器的两个边脚，B是电位器的中心脚（或称为第三引脚），AC间部分仍称为电阻体，OT称为电位器的旋转片（可旋转调整），T点称为电位器的触点。

电位器的作用就以图1-19（h）所示来说明，调整旋转片OT使触点T与C端相连，B脚上就取得0电位；若触点T调整到与A端相连，B脚上就取得3V电位；若将触点T从C端慢慢向A端旋转，B上的电位就慢慢增高；若使触点T从A端慢慢向C端旋转，则B脚上的电位便逐渐降低。从图1-19（e）中1、2、3、4、5五个点的电位就能说明这一点。电位器是为了取得不同电位而设计制造的一种电子元件，也叫可调电位器。

在许多电子电路中都应用到电位器，通过调节能方便地取得不同的电位。

电位器与电阻器一样，也有规定的图形符号，如图1-20（a）所示。箭头端点表示电位器调整端接触点T，短线表示第三引脚B。图1-20（b）所示是图1-19（h）的等效符号图。

电位器的标称阻值是以AC之间阻值来描述的，如一个电位器的标称阻值是10kΩ，就是指AC脚之间的电阻值。第三脚并不参与标称阻值的测量，通常只检测它与电阻体的接触阻值。

1.4.2 电位器的特性

1.电位器的变阻特性

电位器还可像图1-21（b）所示那样把B、A脚连在一起应用。这样，当调整触点T到C端时，AC间的阻值就变为0，灯泡能正常发光。当调整触点T到A端时，AC间的阻值最大，为68kΩ，这时灯泡将不亮，这与图1-1中弹簧生锈时灯泡不亮的原因一样。当调整触点T，使它从A端向C端慢慢滑动时，AC间的阻值就逐渐变小，灯泡随之由不亮逐渐变亮。当调整触点T从C端滑向A端时，AC间阻值逐渐变大，灯泡又随之由亮逐渐减弱到不亮。很明显，这时的电位器并不是用于取得电位，而是作为一个阻值可调的电阻器来用，电位器像这样连接应用时，常称为变阻器。变阻器符号如图1-21（a）所示。

可见，电位器与变阻器并无本质的区别，都是电阻器的派生产品。

2.电位器的接触噪声

电位器是在电阻器基础上发展起来的，所以电位器的选用参数包括了电阻器的一切参数。另外，电位器结构形式、功能特点又与电阻器不同，它的选用参数比电阻器多。下面介绍电位器的接触噪声。

人们使用收音机调音量时，就是在调节电位器，常会伴随调整发出“喀喀”的杂音。杂音是电位器在应用中产生的幅度无规律变化的电动势（电压）形成的，即接触噪声。这多是音量电位器接触不良引起的，具体原因有几个方面，下面结合如图1-19（g）加以说明。

（1）调整旋转OT时，它与金属片OB在O处接触不良。所谓接触不良，就是两金属片之间氧化生锈或产生了接触污物。这使OT从电阻体AC上取得的平滑电压信号，在由OT传送到OB时，却在B脚上变成了跳跃变化的电压信号，从而形成“喀喀”的杂音。

（2）在调整旋转片OT时，触点T与电阻体之间接触不良。这是一种常见现象，由于触点T长期在电阻体上旋转磨擦，使电阻体上部分导电物质被磨擦掉，导致两者之间的接触电阻时大时小，使B脚上的电位时大时小，呈现不稳的变化。这与电阻器的热噪声和电流噪声有明显的区别。电位器的噪声多产生在调整过程中。当电阻体上导电物质被磨损严重时，就是不作调整，这种噪声也同样会表现出来，并不断从喇叭中发出“喀喀”声。

（3）触点T对电阻体失去了应有的压力弹性或与电阻体之间生成了阻值不稳的脏物，这些同样都表现为接触噪声变大。当音量电位器接触噪声过大时，会掩盖正常的播音声，使人们无法收听。

上述分析表明，接触噪声是电位器很重要的一项参数，在应用时，应尽量选择接触噪声小的电位器。从维修角度讲，应尽量克服机械上的接触不良现象，这就要求电位器的电阻体耐磨擦，OT金属片应有弹性。这样才能保证触点T与电阻体之间始终保持一定的压力，减小接触噪声。另外在选材方面，应尽量选用耐腐蚀的材料。这些是对电位器生产、选用和维修的总要求。

1.4.3 电位器的分类

1.金属膜电位器

金属膜电位器是将金属合金或金属氧化物通过真空蒸发工艺，使其积附在绝缘基体上制造而成的。金属膜电位器与金属膜电阻器坯体的制造过程完全相同。

电位器基体多使用陶瓷或玻璃绝缘材质，所以具有一定的机械强度。基体上积附的导电膜层在自然中比较坚实，具有一定的硬度。由于制造工艺与加工方式独特，组成导电膜层的颗粒细微，所以具有噪声电动势小、分布电感小、分布电容小、温度系数小、接触电阻小、耐热性高及调整阻值变化平滑等特点，但它耐磨性差且阻值范围窄，一般只有几十欧至几百千欧。这类电位器具有金属膜电阻器的一切特性。

2.碳膜电位器

碳膜电位器的制造方式很多。其常用的方式之一，是将碳质粉末与黏性材料按比例充分调匀，涂抹在绝缘纸胶板或玻璃纤维板上冲制成弧形电阻体，然后加装引脚等付件就制成碳膜电位器，碳膜电位器是价格最低、品种最多、应用最广、使用最早的一种电位器。它具有调整阻值变化平稳、阻值范围宽（可制成百欧至兆欧的电位器）等特点；又因碳膜比金属膜韧性高，所以耐磨方面强于金属膜电位器；也能修割制成精密电位器，这些都是碳膜电位器的显著优点。但制成这种电位器的功率不能太大，否则体积会增大，耐温、耐湿性也变差。同时碳膜层性脆易破，这些是碳膜电位器的不足。

3.玻璃釉电位器

玻璃釉电位器也称金属玻璃釉电位器，与玻璃釉电阻器的制造方法相同：先将导电材料粉末、玻璃釉（多为二氧化钌）粉末用黏合料调成均匀的浆状，然后按确定的面积涂覆在绝缘陶瓷基体上，厚度受计算标准控制，严格保证产品的阻值，浆料涂覆完后，置于70℃～80℃的温度下烧结制成玻璃釉电位器。

玻璃釉电位器显著的特点是耐温、坚硬耐磨、耐高压、寿命长、分布电容小、分布电感小及阻值范围宽（几十欧至几十兆欧）。不过这种电位器在调整时接触电阻变化大，这也导致它的接触噪声大、电流噪声大。在要求噪声低的电路中不宜选用此类电位器。