Potenciometras – kas tai? Veikimas, panaudojimas ir istorija

Sužinokite, kas yra potenciometras: veikimo principas, praktiniai panaudojimai (garsui, šviesai, įtampos dalikliai) ir įdomi istorija nuo Tomo Edisono išradimo.

Potenciometrai yra kintamieji rezistoriai. Potenciometras – tai elektrinis komponentas, kurio varža (arba išvesties įtampa) keičiama mechaniniu būdu per sukimosi rankenėlę, slankiklį arba smulkiu reguliatoriumi (trimeriu). Jie dažnai naudojami valdyti srovę arba įtampą grandinėje: pavyzdžiui, reguliuoti šviesos ryškumą, garso stiprumą ar kaip įtampos dalikliuose veikiančią grandinę.

Kaip veikia potenciometras

Standartinis potenciometras turi tris gnybtus: du galiniai prijungti prie varžos elemento galų ir vieną – judantį kontaktą (wiper). Kai wiper pasislenka, dalis bendros varžos patenka tarp wiper ir vieno gnybto, o likusi – tarp wiper ir kito gnybto. Jei prie galinių gnybtų pritaikoma įtampa Vin, wiper išveda dalinę įtampą Vout pagal savo padėtį, todėl potenciometras dažnai naudojamas kaip mechaničkas įtampos daliklis.

Jei potenciometras naudojamas tik kaip vieno varžos segmento reguliatorius (jungiant vieną galinį gnybtą su wiperu), toks panaudojimas dažnai vadinamas reostatu — jis valdo srovę grandinėje.

Potenciometrų tipai ir konstrukcija

• Rotaciniai (su rankenėle) – įprasti garso ar apšvietimo reguliatoriai.
• Slankikliniai (linearūs) – dažni garso pulto, matavimo įrenginių valdikliai.
• Trimeriai (trimpot) – mažo formato, skirti nustatyti ir sukalibruoti grandines, dažniausiai montuojami ant plokštės.
• Specializuoti – pavyzdžiui, potenciómetrų jutikliai pozicijai matuoti (rotaciniai enkoderiai arba potenciometriniai jutikliai).

Medžiagos

Rezistorių elementai gaminami iš įvairių medžiagų:

• anglinės kompozicijos (carbon) – pigūs ir plačiai naudojami, tačiau dėvisi;
• laidinis sukamas vielinis (wirewound) – didesnė galia, geresnis šiluminis atsparumas;
• keramika-metalas (cermet) – ilgaamžiškesnė ir mažiau triukšmo;
• laidus plastikas – dažnai naudojami aukštesnės kokybės įrenginiuose dėl mažesnio slydimo triukšmo ir didesnio ilgaamžiškumo.

Pagrindinės charakteristikos

• Nominali varža (pvz., 1 kΩ, 10 kΩ, 100 kΩ) – parenkama pagal grandinės reikalavimus.
• Taperis (nuolydis) – linijinis (linear) arba logaritminis (audio, „A“ krūva); audio prietaisuose dažnai reikalingas logaritminis, nes garso suvokimas yra logaritminis.
• Galingumas (W) – kiek galios potencialiai gali būti išskiriama be perkaitimo.
• Mechaninis ilgaamžiškumas – matuojamas sukimų skaičiumi (pvz., 10 000, 50 000 ciklų).
• Tikslumas ir dislokacija – svarbu derinant ir kalibruojant analogines grandines.

Panaudojimas

• garso stiprumo reguliavimas radijuose ir stiprintuvuose;
• šviesos reguliavimas (dimeriai), kai naudojami kartu su atitinkamais valdikliais;
• įtampos dalikliai ir matavimo grandinės;
• pozicijos jutikliai pramonėje ir robotikoje (potenciometriniai padėties davikliai);
• elektroniniai prietaisai ir vartotojo sąsajos (pvz., termostatai, valdymo skydeliai);
• laboratoriniai ir prototipavimo sprendimai – reguliuojami maitinimo šaltiniai, filtruose ir kt.

Priežiūra ir trūkumai

Mechaninis kontaktas tarp wipero ir rezistoriaus su laiku dėvisi, o tai gali sukelti triukšmą (pūtimą), pasikartojančias pertraukas ar netimišką varžos pokytį. Angliniai potenciometrai generuoja anglies dulkes, gali kauptis oksidai. Trimeriai ir encodery gali būti patvaresni arba naudojami, kai reikalingas ilgesnis tarnavimo laikas.

Alternatyvos

Skaitmeniniai potenciometrai (IC) leidžia analoginę varžos ar įtampos dalijimo funkciją valdyti skaitmeniniu būdu, suteikia didesnį tikslumą ir ilgaamžiškumą (nėra mechaninio nusidėvėjimo). Kiti sprendimai – elektroniniai valdikliai, PWM (impulsų pločio moduliacija) apšvietimui ar garso reguliavimui, ir fiksuoti rezistorių tinklai.

Trumpa istorija

Idėja sukurti prietaisą, kuriuo būtų galima valdyti į komponentą tiekiamos elektros energijos kiekį, kilo daugeliui žmonių, tačiau šiandien dažniausiai naudojamą anglies potenciometrą 1872 m., būdamas 25 metų amžiaus, dažnai priskiria Thomas Edisonas. Jis vadino savo prietaisą „ritininės varžos vielos reostatu“, ir tos idėjos patentai atsirado 1870–1870‑ųjų pradžioje. Nuo tada potenciometrų konstrukcija vystėsi: atsirado įvairios medžiagos, mažesni trimeriai, tikslūs cermet sprendimai ir vėliau – skaitmeniniai potenciometrai bei elektroniniai ekvivalentai.

Potenciometras vis dar yra paprastas, pigus ir plačiai naudojamas komponentas tiek vartotojų elektronikoje, tiek pramoniniuose sprendimuose. Renkantis potenciometrą, svarbu atsižvelgti į varžos vertę, taperį, galingumą ir mechaninį atsparumą, kad pasirinktas komponentas atitiktų grandinės reikalavimus.

Paieška pagal raidę