ポテンショメーターを最大限に活用するには？
多くの高精度で低ノイズのデザインでは、最初に信号をフロントパネルにルーティングすることから始めるのは得策ではありません。したがって、少なくとも、制御要素は、電圧制御増幅器/減衰器を制御する電圧信号を生成するだけである必要があります。電位差計ソースを使用すると、制御信号をバッファおよびローパスフィルター処理できるため、ワイパードロップアウトの影響を最小限に抑えることができます。
この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図
ここでは、電圧リファレンスがポテンショメータに給電します。可変ワイパー抵抗は、Rwによってモデル化されます。Rwは、9桁変化する可能性がありますが、ほとんどが「低」でオーム程度です。R2は時定数を50ミリ秒以上に保ちます。R2 >> R1なので、R1の影響は小さくなります。C2はR1 + R2とローパスフィルターを形成しますが、ホールドコンデンサとしても機能します。U2は非反転モードで設定されたオペアンプであるため、その入力は非常に高いインピーダンスを持ちます。U2の出力は、電圧制御アンプに送られます。
C2はNP0またはプラスチック誘電体を使用した低リークタイプで、U2はFETまたはCMOS入力段を備えている必要があります。したがって、U2に741を使用しないでください。741を使用すれば、それだけで十分に機能するはずです。
R1から回路までのワイヤが長い場合、ブートストラップされたシールドが必要になる場合があります。ただし、シールドと信号間の静電容量によりシステムに正帰還が追加されるため、回路の安定性を確保するために、いくつかの実験が必要です。
これにより、信号に直接ポテンショメータを使用するよりもはるかに優れた性能の回路が得られます。かなり短い50msの時定数でさえ、あなたは最もばかげて汚いポテンショメータでさえクラックルを取り除くことができます。応答時間とクラックルに対する無反応性は常にトレードオフできます。
オーディオをフロントパネルにルーティングすることは通常EMIの悪夢であり、適切に行うことは決して安価ではありません。
電圧制御ゲイン
LEDで照らされたフォトレジスタを使用することにより、優れたバング・フォー・ザ・バック電圧制御ゲイン要素を作成できます。フォト抵抗を選択すると、抵抗の電圧係数が非常に低くなるため、歪みが非常に小さくなり、ほとんどの単純な乗算回路を確実に1桁以上も破ることができます。それらは、ExcelitasからVactrolsとして知られる内蔵型ユニットとして入手できます。フォトレジスタ全体で約100 mVを超えないように注意して適用する必要がありますが、それ以外の場合はそれぞれ約5ドルの非常に強力なデバイスです。
前回購入（悲しい）SSM2018、またはより新しいAD8338、THAT2181など、まともな統合型電圧制御アンプがあります。
転がり接触はどうですか？
機械式マウスをまだお持ちの場合は、開いてください。ボールを取り出し、ローラーを見てください。常に、汚れの固まった道で覆われます。転がり接触だけでは、環境をうまく制御できない場合にひび割れするだけではありません。摺動接点には、自己洗浄特性があります。ポテンショメータ内の転がり接点は、まったく逆の動作をします-それらは自己汚れます。それは非常に悪い考えです。
機械的には、忘れがちなもう1つの側面があります。転がり接触は、応力集中に優れており、摩耗を防ぐために十分に硬い表面を必要とします。表面が金属ボール/ローラーとインターフェースする必要がある低電力抵抗センサーを作成するのは少し難しいですが、何らかの耐用年数があります。
回路のパワーを本当に気にしない場合は、C字型の抵抗性トラックを硬化スチールで作ることは有料です。数アンペアをパルスで供給し、サンプルホールド回路を使用してパルス振幅を取得すれば、設定は完了です。防塵エンクロージャーに収納していれば機能します。通常、防塵は防水（！）よりも硬いことに注意してください。
TL; DR：転がり接触は、おそらくポテンショメータワイパーで最悪の事態になるでしょう。
それで、他にどんなオプションがありますか？
他のソースから信号を取得できます。これらはすべて、さまざまな手法を使用して、シャフトの角度を電圧に変換することで機能します。順不同で紹介します。
非接触ポテンショメーター
ポテンショメータの基本的なC字型の抵抗性トラックから開始するとします。作業しやすいように、大きなものを選択してください。開けて ワイパーを曲げて、トラックから持ち上げますが、ほんの少しだけ持ち上げます。トラックのもう一方の端を0Vにして、1MHzの方形波などのAC信号をトラックに供給します。ワイパーはトラックに容量結合され、振幅がトラック上の位置に比例する信号を拾います。最悪の寄生容量を取り除くために調整する必要がありますが、動作します。FETフォロワーまたはオペアンプを使用してワイパーの信号のインピーダンスを下げてから、同期復調器を使用して振幅をベースバンドに変換します。派手に聞こえるかもしれませんが、このような単純なセンサーの場合、数ドル相当の部品でそれを行うことができ、空想はまったく必要ありません。
可変変圧器
非常に正確な、そしておそらくオーバーザトップのソースは、RVDT（LVDTの回転従兄弟）です。一回限りの「虚栄心」プロジェクトの場合、これは良い選択です。これらは事実上破壊不可能であり、運が良ければ余剰から安く手に入れることができます。ボリュームコントロールの場合、非常に単純なRVDTコンディショナーを作成できます（回路はLVDTの場合と同じです）。
可変コンデンサ
別のバニティオプションは、古い、重い、ロータリーコンデンサーです。より良いものは、ボールベアリングのペアを持っています。RVDTと同様に、摩耗する他の接触部品はありません。コンデンサーをマルチバイブレーター回路に入れて、電圧/周波数コンバーター回路に接続すると（LTアプリノートにはそれらがたくさんあります）、設定は完了です。
磁気センサー
はるかに低コストのオプションは、ホールセンサーです。シャフト上に放射状の磁石があり、その隣にホールトランスデューサがあるとします。シャフトを回転させると、適切に配置されたセンサーを通過する磁束が変化します。これは制御電圧の良いソースです-実装も安価です。
光センサー
また、光学センサーを使用することもできます。XY極座標にマップされたVギャップを透明箔のシートに印刷します。シャフトに取り付けます。隙間から「見える」ようにLEDと光検出器のペアを配置します。オペアンプで光検出器（トランジスタまたはダイオード）を調整します。
Vギャップを必要としない別の光学オプションは、シャフトの端部に傾斜ディスクを取り付けて、シャフトの軸に完全に垂直にならないようにすることです。次に、反射センサー（LED +光検出器）を使用して、角度に比例した連続信号を取得します。
別の光学オプションは、シャフト上のシリンダーに多相パターンを印刷し、出力を合計して複数の光学センサーを使用して出力を提供することです。パターンは次のようになります。
axial distance
^
| █████████
| ██████
| ███
|0---------360--> angle
シリンダーがセンサーの上で回転すると、その出力は徐々に低くなります。検出器/ストライプの数と検出距離を慎重に調整することにより、単純な白黒パターンでうまくいくことができます。時々、それはより奇抜なものよりも製造が簡単です。
ひずみから角度へのコンバーター
ひずみゲージの扱い方を知っている場合、非常に賢明なさらに別のオプションは、長いらせんスプリングとシャフトのインターフェースを持つことです。4ゲージのひずみゲージブリッジをスプリングのどこかに置き、スプリングの長さに沿って敏感な軸で、シャフトの角度に比例した非常に良い信号を取得します。ノブを放してもシャフトが動かないように、機械回路に少し摩擦を加える必要があります。
オッズアンドエンド
ファンキーになりたい場合は、別のオプションとして、可変音響コンデンサを使用することもできます。シャフトを平らなトロイダルボックスに通します。もちろん、長方形の断面を持つことができます。ボックスの内側に放射状のスロットを作り、放射状のスロットを通してシャフトから放射状のピンを伸ばします。ボックスの断面をほぼ埋めるパドルをピンの端に取り付けます。ボックスのゼロ点で、パーティションと音響トランスデューサーを追加します。それを発振器に取り付ければ、電気音響の角度から周期への変換器が手に入ります。
上記は私が試したもので、人生のある時点である程度の成功を収めました。変換の楽しさを楽しみたいなら、他のアイデアはほぼ無限にあります。