Co to jest potencjometr: budowa i działanie

Co to jest potencjometr: budowa i działanie

Potencjometr to przyrząd elektryczny służący do pomiaru EMF (siła elektromotoryczna) danej komórki, opór wewnętrzny komórki. A także służy do porównywania pól elektromagnetycznych różnych komórek. Może również służyć jako plik rezystor zmienny w większości zastosowań. Potencjometry te są używane w ogromnych ilościach w produkcji sprzętu elektronicznego, który zapewnia sposób regulacji elektroniczne obwody aby uzyskać prawidłowe wyniki. Chociaż ich najbardziej oczywistym zastosowaniem musi być regulacja głośności w radiach i innym sprzęcie elektronicznym używanym do audio.



Styk potencjometru

Schemat pinów potencjometru Trimpot pokazano poniżej. Te potencjometry są dostępne w różnych kształtach i zawierają trzy wyprowadzenia. Te komponenty można łatwo umieścić na płytce prototypowej w celu łatwego prototypowania. Potencjometr ten posiada nad nim pokrętło i służy do zmiany jego wartości poprzez zmianę.


Styk z potencjometru

Styk z potencjometru





Pin1 (stały koniec): Połączenie tego nieruchomego końca 1 można wykonać z jednym zakończeniem ścieżki rezystancyjnej

Pin2 (koniec zmienny): Podłączenie tego zmiennego końca można wykonać, podłączając go do wycieraczki, aby zapewnić zmienne napięcie



Pin3 (stały koniec): Połączenie tego innego stałego końca można wykonać przez połączenie go z innym zakończeniem ścieżki rezystancyjnej

Jak wybrać potencjometr?

Potencjometr jest również nazywany POT lub rezystorem zmiennym. Służą one do zapewnienia zmiennej rezystancji poprzez zmianę pokrętła na potencjometrze. Klasyfikacji tego można dokonać na podstawie dwóch ważnych parametrów, takich jak rezystancja (R-om) i moc znamionowa (P-waty).


Potencjometr

Potencjometr

Rezystancja potencjometru w przeciwnym razie jej wartość decyduje głównie o tym, jaki opór nada przepływowi prądu. Gdy wartość rezystora jest wysoka, przepłynie mniejsza wartość prądu. Niektóre potencjometry to 500 Ω, 1 kiloom, 2 kiloomy, 5 kiloomów, 10 kiloomów, 22 kiloomów, 47 kiloomów, 50 kiloomów, 100 kiloomów, 220 kiloomów, 470 kiloomów, 500 kiloomów, 1M.

Klasyfikacja rezystorów zależy głównie od tego, ile prądu pozwoli przez niego przepłynąć, co jest znane jako moc znamionowa. Moc znamionowa potencjometru wynosi 0,3 W i dlatego może być używana po prostu do obwodów niskoprądowych.

Istnieje jeszcze kilka rodzajów potencjometrów, a ich wybór zależy głównie od pewnych potrzeb, takich jak poniższe.

  • Potrzeby Struktury
  • Charakterystyka zmiany oporu
  • Wybierz rodzaj potencjometru w oparciu o potrzeby użycia
  • Wybierz parametry w oparciu o potrzeby obwodu

Budowa i zasada działania

Potencjometr składa się z długiego drutu oporowego L wykonanego z magnum lub z konstantanu i baterii o znanym polu elektromagnetycznym V.Napięcie to nazywa się napięcie komórki sterownika . Podłącz dwa końce przewodu rezystancyjnego L do zacisków akumulatora, jak pokazano poniżej, załóżmy, że jest to układ obwodu pierwotnego.

Jeden zacisk innego ogniwa (którego EMF E ma być mierzony) znajduje się na jednym końcu obwodu pierwotnego, a drugi koniec zacisku ogniwa jest połączony z dowolnym punktem na przewodzie rezystancyjnym przez galwanometr G. Teraz załóżmy, że to ustawienie jest obwód wtórny. Rozmieszczenie potencjometru, jak pokazano poniżej.

Budowa potencjometru

Budowa potencjometru

Podstawowa zasada działania polega na tym, że spadek potencjału na dowolnej części drutu jest wprost proporcjonalny do długości drutu, pod warunkiem, że drut ma jednolite pole przekroju i przepływa przez niego stały prąd. „Gdy nie ma różnicy potencjałów między dwoma dowolnymi węzłami, popłynie prąd elektryczny”.

Teraz drut potencjometru jest w rzeczywistości przewodem o wysokiej rezystywności (ῥ) o jednolitej powierzchni przekroju A. W ten sposób w całym przewodzie ma równomierną rezystancję. Teraz ten zacisk potencjometru podłączony do ogniwa o wysokim EMF V (pomijając jego wewnętrzną rezystancję) zwanego ogniwem sterującym lub źródłem napięcia. Niech prąd płynący przez potencjometr wynosi I, a R jest całkowitą rezystancją potencjometru.

Następnie zgodnie z prawem Ohma V = IR

Wiemy, że R = ῥL / A

Zatem V = I ῥL / A

Ponieważ ῥ i A są zawsze stałe, a prąd I jest utrzymywany na stałym poziomie przez reostat.

Więc L ῥ / A = K (stała)

Zatem V = KL. Teraz przypuśćmy, że w obwodzie znajduje się komórka E o niższej EMF niż komórka sterująca, jak pokazano powyżej. Powiedzmy, że ma EMF E.Teraz w przewodzie potencjometru powiedz na długości x, że potencjometr stał się E.

E = L ῥx / A = Kx

Kiedy to ogniwo zostanie umieszczone w obwodzie, jak pokazano na powyższym rysunku, z żartem podłączonym do odpowiedniej długości (x), nie będzie przepływu prądu przez galwanometr, ponieważ gdy różnica potencjałów jest równa zero, żaden prąd nie będzie przez niego przepływał .

Tak więc galwanometr G pokazuje detekcję zerową. Wtedy długość (x) nazywana jest długością punktu zerowego. Teraz znając stałą K i długość x. Możemy znaleźć nieznany EMF.

E = L ῥx / A = Kx

Po drugie, można również porównać EMF dwóch komórek, niech pierwsza komórka EMF E1 z punktem zerowym na długości = L1, a druga komórka z EMF E2 pokaże punkt zerowy na długości = L2

Następnie,

E1 / E2 = L1 / L2

Dlaczego potencjometr jest wybierany za pomocą woltomierza?

Kiedy używamy woltomierza, prąd przepływa przez obwód, a ze względu na wewnętrzną rezystancję ogniwa zawsze potencjał terminala będzie mniejszy niż rzeczywisty potencjał ogniwa. W tym obwodzie, gdy różnica potencjałów jest zrównoważona (przy użyciu detekcji zerowej galwanometru), w obwodzie nie płynie prąd, więc potencjał zacisków będzie równy faktycznemu potencjałowi ogniwa. Możemy więc zrozumieć, że woltomierz mierzy potencjał końcowy komórki, ale mierzy rzeczywisty potencjał komórki. Schematyczne symbole tego są pokazane poniżej.

Symbole potencjometrów

Symbole potencjometrów

Rodzaje potencjometrów

Potencjometr jest również powszechnie znany jako potencjometr. Te potencjometry mają trzy połączenia zaciskowe. Jeden zacisk jest podłączony do styku ślizgowego zwanego wycieraczką, a pozostałe dwa zaciski są połączone ze stałą ścieżką oporową. Wycieraczkę można przesuwać wzdłuż toru oporowego za pomocą liniowego elementu sterującego przesuwu lub obrotowego styku „wycieraczki”. Zarówno sterowanie obrotowe, jak i liniowe mają tę samą podstawową obsługę.

Najpopularniejszą formą potencjometru jest potencjometr obrotowy jednoobrotowy. Ten typ potencjometru jest często używany w regulacji głośności dźwięku (stożek logarytmiczny), a także w wielu innych zastosowaniach. Do budowy potencjometrów używane są różne materiały, w tym skład węgla, cermetal, przewodzący plastik i folia metalowa.

Potencjometry obrotowe

Są to najpopularniejsze typy potencjometrów, w których wycieraczka porusza się po torze kołowym. Potencjometry te są używane głównie do uzyskania zmiennego napięcia zasilającego ułamek obwodów. Najlepszym przykładem tego obrotowego potencjometru jest kontroler głośności na tranzystorze radiowym, w którym pokrętło steruje dopływem prądu do wzmacniacza.

Ten rodzaj potencjometru zawiera dwa styki zaciskowe, w których można ustalić stałą rezystancję w modelu półokrągłym. A także zawiera terminal pośrodku, który jest powiązany z oporem za pomocą styku ślizgowego, który jest połączony za pomocą obrotowego pokrętła. Styk ślizgowy można obrócić, obracając pokrętło nad półokrągłym oporem. Napięcie tego można uzyskać między dwoma stykami rezystancji i poślizgu. Potencjometry te są używane wszędzie tam, gdzie konieczna jest kontrola poziomu napięcia.

Potencjometry liniowe

W tego typu potencjometrach wycieraczka porusza się po torze liniowym. Znany również jako suwak, suwak lub suwak. Ten potencjometr jest podobny do typu obrotowego, ale w tym potencjometrze styk ślizgowy po prostu obraca się liniowo na rezystorze. Połączenie dwóch zacisków rezystora jest połączone ze źródłem napięcia. Styk ślizgowy na rezystorze można przesuwać ścieżką połączoną przez rezystor.

Końcówka rezystora jest połączona z suwakiem, który jest połączony z jednym zakończeniem wyjścia obwodu, a drugi zacisk jest połączony z drugim zakończeniem wyjścia obwodu. Ten rodzaj potencjometru jest najczęściej używany do obliczania napięcia w obwodzie. Służy do pomiaru rezystancji wewnętrznej ogniwa baterii, a także w systemach miksowania korektora dźwięku i muzyki.

Potencjometr mechaniczny

Na rynku dostępne są różne rodzaje potencjometrów, przy czym typy mechaniczne służą do ręcznego sterowania w celu zmiany rezystancji oraz mocy wyjściowej urządzenia. Jednak potencjometr cyfrowy służy do automatycznej zmiany jego rezystancji na podstawie zadanego stanu. Ten typ potencjometru działa dokładnie jak potencjometr, a jego rezystancję można zmienić za pomocą komunikacji cyfrowej, takiej jak SPI, I2C, zamiast bezpośrednio obracać pokrętło.

Te potencjometry nazywane są POT ze względu na swoją strukturę w kształcie POT. Zawiera trzy terminale, takie jak i / p, o / p i GND wraz z pokrętłem na szczycie. To pokrętło działa jak kontrola oporu, obracając go w dwóch kierunkach, jak w prawo, w przeciwnym razie w lewo.

Główną wadą potencjometrów cyfrowych jest to, że po prostu wpływają na nie różne czynniki środowiskowe, takie jak brud, kurz, wilgoć itp. Aby przezwyciężyć te wady, zaimplementowano potencjometry cyfrowe (digiPOT). Potencjometry te mogą pracować w środowiskach takich jak kurz, brud, wilgoć bez zmiany ich działania.

Potencjometr cyfrowy

Potencjometry cyfrowe nazywane są również digiPOT lub rezystory zmienne który służy do sterowania sygnałami analogowymi za pomocą mikrokontrolerów. Te typy potencjometrów dają rezystancję o / p, która jest zmienna w zależności od wejść cyfrowych. Czasami są one również nazywane RDAC (rezystancyjne przetworniki cyfrowo-analogowe). Sterowanie tym digipotem może odbywać się za pomocą sygnałów cyfrowych, a nie za pomocą ruchu mechanicznego.

Każdy stopień na drabince rezystorów zawiera jeden przełącznik, który jest podłączony do zacisku o / p potencjometru cyfrowego. Stosunek rezystancji w potencjometrze można określić poprzez wybrany stopień po drabinie. Zazwyczaj kroki te są oznaczone na przykład wartością bitową. 8 bitów odpowiada 256 krokom.

Ten potencjometr wykorzystuje do sygnalizacji protokoły cyfrowe, takie jak I²C, w przeciwnym razie magistrala SPI (Serial Peripheral Interface). Większość z tych potencjometrów wykorzystuje po prostu ulotną pamięć, dzięki czemu nie pamiętają swojego miejsca po wyłączeniu zasilania, a ich ostateczne miejsce może być zapisane przez FPGA lub mikrokontroler, do którego są podłączone.

Charakterystyka

Plik charakterystyka potencjometru obejmują następujące elementy.

  • Jest niezwykle dokładny, ponieważ działa raczej na technice oceny niż na technice odchylania w celu określenia niezidentyfikowanych napięć.
  • Określa punkt równowagi, który w przeciwnym razie jest zerowy, który nie potrzebuje mocy dla wymiaru.
  • Pracujący potencjometr jest wolny od rezystancji źródła, ponieważ nie ma przepływu prądu przez potencjometr, ponieważ jest on zrównoważony.
  • Głównymi cechami tego potencjometru są rozdzielczość, stożek, kody znakowania i rezystancja włączania / wyłączania

Czułość potencjometru

Czułość potencjometru można zdefiniować jako najmniejszą potencjalną zmianę obliczoną za pomocą potencjometru. Jego czułość zależy głównie od wartości gradientu potencjału (K). Gdy wartość gradientu potencjału jest niska, różnica potencjałów, którą może obliczyć potencjometr, jest mniejsza, a następnie czułość potencjometru jest większa.

Tak więc dla danej potencjalnej odmienności czułość potencjometru może wzrosnąć wraz ze wzrostem długości potencjometru. Czułość potencjometru można również zwiększyć z następujących powodów.

  • Zwiększając długość potencjometru
  • Zmniejszony przepływ prądu w obwodzie przez reostat
  • Obie techniki pomogą zmniejszyć wartość gradientu potencjału i zwiększyć rezystywność.

Różnica między potencjometrem a woltomierzem

Główne różnice między potencjometrem a woltomierzem omówiono w tabeli porównawczej.

Potencjometr

Woltomierz

Rezystancja potencjometru jest wysoka i nieskończonaRezystancja woltomierza jest wysoka i ograniczona
Potencjometr nie pobiera prądu ze źródła emfWoltomierz pobiera trochę prądu ze źródła emf
Potencjalną różnicę można obliczyć, gdy jest ona równoważna określonej różnicy potencjałówRóżnicę potencjałów można zmierzyć, gdy jest mniejsza niż określona różnica potencjałów
Jego czułość jest wysokaJego czułość jest niska
Mierzy po prostu emf, w przeciwnym razie potencjalną różnicęTo elastyczne urządzenie
Zależy to od techniki zerowego ugięciaZależy to od techniki odchylania
Służy do pomiaru emfSłuży do pomiaru napięcia na zaciskach obwodu

Reostat vs potencjometr

Główne różnice między reostatem a potencjometrem omówiono w tabeli porównawczej.

Opornica Potencjometr
Posiada dwa zaciskiPosiada trzy terminale
Ma tylko jedną turęPosiada jedno i wieloobrotowe
Jest połączony szeregowo przez LoadJest połączony równolegle przez Load
Kontroluje prądKontroluje napięcie
To jest po prostu linioweJest liniowa i logarytmiczna
Materiały użyte do wykonania reostatu to tarcza węglowa i metalowa taśmaMateriał użyty do wykonania potencjometru to grafit
Jest używany do zastosowań o dużej mocyJest używany do zastosowań o małej mocy

Pomiar napięcia potencjometrem

Pomiar napięcia za pomocą potencjometru w obwodzie to bardzo prosta koncepcja. W obwodzie rezystor należy wyregulować, a przepływ prądu przez rezystor można regulować tak, aby na każdej jednostkowej długości rezystora można było dokładnie spaść napięcie.

Teraz musimy przymocować jedno zakończenie odgałęzienia do początku rezystora, podczas gdy drugi koniec można podłączyć w kierunku styku ślizgowego rezystora za pomocą galwanometru. Więc teraz musimy przesuwać styk ślizgowy nad rezystorem, aż galwanometr pokaże zerowe odchylenie. Gdy galwanometr osiągnie stan zerowy, musimy zanotować odczyt położenia na skali rezystora i na tej podstawie możemy wykryć napięcie w obwodzie. Dla lepszego zrozumienia możemy dostosować napięcie dla każdej jednostki długości rezystora.

Zalety

Plik zalety potencjometru obejmują następujące elementy.

  • Nie ma szans na błędy, ponieważ używa metody zerowego odbicia.
  • Standaryzację można przeprowadzić bezpośrednio przy użyciu zwykłej komórki
  • Służy do pomiaru małych emf ze względu na dużą czułość
  • W zależności od wymagań można zwiększyć długość potencjometru, aby uzyskać dokładność.
  • Gdy potencjometr jest używany w obwodzie do pomiaru, nie pobiera prądu.
  • Służy do pomiaru wewnętrznego oporu ogniwa, a także do porównania e.m.f. dwóch ogniw, ale przy użyciu woltomierza nie jest to możliwe.

Niedogodności

Plik wady potencjometru obejmują następujące elementy.

  • Używanie potencjometru nie jest wygodne
  • Przekrój poprzeczny przewodu potencjometru powinien być jednakowy, aby praktycznie nie było to możliwe.
  • Podczas eksperymentu temperatura drutu powinna być stabilna, ale jest to trudne ze względu na przepływ prądu.
  • Główną wadą tego jest to, że do poruszania wycieraczką lub przesuwanymi stykami potrzeba ogromnej siły. Występuje erozja spowodowana ruchem wycieraczki. A więc skraca żywotność przetwornika
  • Przepustowość jest ograniczona.

Komórka sterownika potencjometru

Potencjometr służy do pomiaru napięcia poprzez oszacowanie napięcia pomiarowego na rezystancji potencjometru z napięciem. Zatem do działania potencjometru powinno istnieć źródło napięcia, które jest sprzymierzone w obwodzie potencjometru. Potencjometr może być obsługiwany przez źródło napięcia dostarczane przez ogniwo, znane jako ogniwo sterujące.

To ogniwo służy do dostarczania prądu przez rezystancję potencjometru. Rezystancja i aktualny iloczyn potencjometru zapewnią pełne napięcie urządzenia. Zatem napięcie to można regulować, aby zmienić czułość potencjometru. Zwykle można to zrobić regulując prąd w całym oporze. Reostat jest połączony szeregowo z komórką sterownika.

Przepływ prądu przez rezystancję można kontrolować za pomocą reostatu, który jest połączony szeregowo z ogniwem sterującym. Zatem napięcie ogniwa sterownika musi być lepsze w porównaniu z napięciem mierzonym.

Zastosowania potencjometrów

Zastosowania potencjometru obejmują:

Potencjometr jako dzielnik napięcia

Potencjometr może pracować jako dzielnik napięcia w celu uzyskania ręcznie regulowanego napięcia wyjściowego na suwaku ze stałego napięcia wejściowego przyłożonego na dwóch końcach potencjometru. Teraz napięcie obciążenia na RL można zmierzyć jako

Obwód dzielnika napięcia

Obwód dzielnika napięcia

VL = R2RL. VS / (R1RL + R2RL + R1R2)

Sterowanie dźwiękiem

Potencjometry przesuwne, jedno z najczęstszych zastosowań nowoczesnych potencjometrów małej mocy, są urządzeniami sterującymi dźwiękiem. Zarówno przesuwne potencjometry (suwaki), jak i obrotowe potencjometry (pokrętła) są regularnie używane do tłumienia częstotliwości, regulacji głośności i różnych charakterystyk sygnałów audio.

Telewizja

Potencjometry zostały użyte do kontroli jasności, kontrastu i odpowiedzi kolorów obrazu. Potencjometr był często używany do regulacji „trzymania w pionie”, co miało wpływ na synchronizację między odebranym sygnałem obrazu a wewnętrznym obwodem przemiatania odbiornika ( multi-wibrator ).

Przetworniki

Jednym z najpowszechniejszych zastosowań jest pomiar przemieszczenia. Do pomiaru przemieszczenia korpusu, który jest ruchomy, podłącza się element ślizgowy znajdujący się na potencjometrze. Gdy ciało się porusza, pozycja suwaka również odpowiednio się zmienia, więc zmienia się opór między punktem stałym a suwakiem. Z tego powodu zmienia się również napięcie w tych punktach.

Zmiana rezystancji lub napięcia jest proporcjonalna do zmiany przemieszczenia ciała. Zatem zmiana napięcia wskazuje na przemieszczenie ciała. Można to wykorzystać do pomiaru przemieszczenia postępowego, jak również obrotowego. Ponieważ te potencjometry działają na zasadzie rezystancji, nazywane są również potencjometrami rezystancyjnymi. Na przykład obrót wału może reprezentować kąt, a współczynnik podziału napięcia można ustawić proporcjonalnie do cosinusa kąta.

A więc o to chodzi omówienie tego, co to jest potencjometr , pinout, jego budowa, różne typy, sposób doboru, charakterystyka, różnice, zalety, wady i zastosowania. Mamy nadzieję, że lepiej zrozumieliście te informacje. Ponadto wszelkie pytania dotyczące tej koncepcji lub projekty elektryczne i elektroniczne , podaj cenne sugestie, komentując w sekcji komentarzy poniżej. Oto pytanie do Ciebie, jaka jest funkcja potencjometru obrotowego?