محدد الجهد الكهربائي: التعريف والأنواع ومبدأ العمل

ما هو البوتانسيومتر؟

البوتانسيومتر (المعروف أيضًا باسم البوت أو البوتميتر) هو مقاوم متغير ثلاثي الأطراف يتم فيه تغيير المقاومة يدويًا للتحكم في تدفق التيار الكهربائي. يعمل البوتانسيومتر كمقسم جهد قابل للتعديل.

كيف يعمل البوتانسيومتر؟

البوتانسيومتر هو مكون إلكتروني سلبي. يعمل البوتانسيومتر بتغيير موقع جهة الاتصال المتزلجة عبر مقاومة موحدة. في البوتانسيومتر، يتم تطبيق الجهد الإدخالي الكامل على طول المقاومة بأكملها، والجهد الخرجي هو الفرق الجهد بين الجهة الثابتة وجها الاتصال المتزلجة كما هو موضح أدناه.

يتم تثبيت طرفي مصدر الإدخال في نهاية المقاومة. لضبط الجهد الخرجي يتم تحريك جهة الاتصال المتزلجة على طول المقاومة على الجانب الخارجي.

وهذا يختلف عن الرهستات، حيث يتم تثبيت أحد الأطراف وربط الجهة المتزلجة بالمدار كما هو موضح أدناه.

هذا أداة أساسية تستخدم للمقارنة بين فرق الجهد الكهربائي لخلتين وللمعايرة لأمبيرمتر، فولتمتر، وميزان القوة. المبدأ الأساسي لعمل البوتانسيومتر بسيط جدا. لنفترض أننا قمنا بتوصيل خليتين بالتوازي من خلال جلفانومتر. تم توصيل طرفي البطاريات السلبيين معًا وتوصيل طرفي البطاريات الإيجابيين معًا من خلال جلفانومتر كما هو موضح في الشكل أدناه.

هنا، إذا كان الجهد الكهربائي لكلا الخلية واحدة تمامًا، لا يوجد تيار متداول في الدائرة وبالتالي لا يظهر الجلفانومتر أي انحراف. يعتمد مبدأ عمل البوتانسيومتر على هذا الظاهرة.

لنفكر الآن في دائرة أخرى، حيث يتم توصيل بطارية عبر مقاومة بواسطة مفتاح ورهستات كما هو موضح في الشكل أدناه.

المقاومة لها المقاومة الكهربائية الموحدة لكل وحدة طول على طول طولها. وبالتالي، يكون الفقد الجهد لكل وحدة طول من المقاومة متساويًا على طول طولها. دعنا نفترض أنه من خلال ضبط الرهستات نحصل على v فولت فقد جهد يظهر لكل وحدة طول من المقاومة.

الآن، يتم توصيل الطرف الموجب لخلية قياسية بنقطة A على المقاومة والطرف السالب لنفس الخلية يتم توصيله بجلفانومتر. الطرف الآخر من الجلفانومتر في اتصال مع المقاومة عبر جهة اتصال متزلجة كما هو موضح في الشكل أعلاه. من خلال ضبط هذه النقطة المتحركة، يتم العثور على نقطة مثل B حيث لا يوجد تيار عبر الجلفانومتر، وبالتالي لا يوجد انحراف في الجلفانومتر.

هذا يعني أن فرق الجهد للخلية القياسية يتم موازنته بواسطة الجهد الظاهر في المقاومة بين النقاط A و B. الآن إذا كانت المسافة بين النقاط A و B هي L، فيمكننا كتابة فرق الجهد للخلية القياسية E = Lv فولت.

هكذا يقوم البوتانسيومتر بقياس الجهد بين نقطتين (هنا بين A و B) دون أخذ أي مكون تيار من الدائرة. هذه هي الخاصية الخاصة بالبوتانسيومتر، يمكنه قياس الجهد بدقة عالية.

أنواع البوتانسيومتر

هناك نوعان أساسيان من البوتانسيومتر:

• بوتانسيومتر دوراني

• بوتانسيومتر خطي

على الرغم من أن الميزات الأساسية لبناء هذه البوتانسيومترات تختلف، فإن مبدأ العمل لكلا النوعين من البوتانسيومترات هو نفسه.

لاحظ أن هذه هي أنواع البوتانسيومترات ذات التيار المستمر - وأنواع البوتانسيومترات ذات التيار المتناوب مختلفة قليلاً.

البوتانسيومترات الدورانية

تُستخدم البوتانسيومترات الدورانية بشكل أساسي للحصول على جهد إمداد قابل للتعديل لجزء من الدوائر الإلكترونية والكهربائية. مثال شائع على البوتانسيومتر الدوراني هو متحكم الصوت في الراديو، حيث يتحكم مقبض البوتانسيومتر الدوراني في الإمداد إلى المكبر.

هذا النوع من البوتانسيومتر لديه اتصالين نهائيين بينهما مقاومة موحدة موضوعة بطريقة نصف دائرية. الجهاز يحتوي أيضًا على اتصال وسطي متصل بالمقاومة عبر جهة اتصال متزلجة مرتبطة بمقبض دوراني. من خلال تدوير المقبض، يمكن نقل جهة الاتصال المتزلجة على مقاومة نصف الدائرة. يتم أخذ الجهد بين اتصال نهاية المقاومة وجها الاتصال المتزلجة. يُعرف البوتانسيومتر أيضًا باسم البوت اختصارًا. يستخدم البوت أيضًا في شحنات البطاريات في محطات الطاقة لتوفير الجهد المناسب للشحن. هناك العديد من الاستخدامات الأخرى للبوتانسيومتر الدوراني حيث يتطلب التحكم السلس في الجهد.

البوتانسيومترات الخطية

البوتانسيومتر الخطي هو نفس الشيء تقريبًا ولكن الاختلاف الوحيد هو أنه بدلاً من الحركة الدورانية، يتم تحريك جهة الاتصال المتزلجة على المقاومة خطياً. هنا يتم توصيل طرفي المقاومة المستقيمة عبر جهد المصدر. يمكن تزحلق جهة الاتصال المتزلجة على المقاومة عبر مسار مرفق مع المقاومة. يتم توصيل الطرف المتصل بجهة الاتصال المتزلجة بطرف واحد من الدائرة الخارجية ويتم توصيل أحد طرفي المقاومة بطرف آخر من الدائرة الخارجية.

يُستخدم هذا النوع من البوتانسيومتر بشكل أساسي لقياس الجهد عبر فرع من الدائرة، لقياس المقاومة الداخلية للخلية البطارية، للمقارنة بين الخلية البطارية والخلية القياسية وفي حياتنا اليومية، يتم استخدامه بشكل شائع في مساوات الصوت ونظام خلط الصوت.

البوتانسيومترات الرقمية

البوتانسيومترات الرقمية هي أجهزة ثلاثية الأطراف، طرفين ثابتين وأخر متزلج يستخدم لتغيير الجهد الخارج.

لدى البوتانسيومترات الرقمية العديد من التطبيقات، بما في ذلك معايرة النظام، وضبط الجهد المتوازن، وتuning الفلاتر، وتحكم في سطوع الشاشة، وتحكم في مستوى الصوت.

ومع ذلك، تعاني البوتانسيومترات الميكانيكية من بعض العيوب الخطيرة التي تجعلها غير مناسبة للتطبيقات التي تتطلب الدقة. الحجم، والتلوث في الجهة المتزلجة، والارتداء الميكانيكي، وانجراف المقاومة، والحساسية للاهتزازات، والرطوبة، وغيرها من العوامل الرئيسية هي بعض العيوب الرئيسية للبوتانسيومتر الميكانيكي. لذا، للتغلب على هذه العيوب، أصبحت البوتانسيومترات الرقمية أكثر شيوعًا في التطبيقات لأنها توفر دقة أعلى.

دائرة البوتانسيومتر الرقمي

دائرة البوتانسيومتر الرقمي تتكون من جزأين، الأول هو العنصر المقاوم مع المفاتيح الإلكترونية، والثاني هو دارة التحكم في الجهة المتزلجة. يظهر الشكل أدناه الجزأين على التوالي.

الجزء الأول هو مجموعة من المقاومات، وكل عقدة متصلة بنقطة مشتركة W، باستثناء نهايات A و B، عبر مفتاح إلكتروني ثنائي الاتجاه. الطرف W هو الطرف المتزلج. يتم تصميم كل المفاتيح باستخدام تقنية CMOS ويكون فقط مفتاح واحد من جميع المفاتيح في حالة التشغيل في أي وقت من عملية تشغيل البوتانسيومتر.

المفتاح الذي يكون في حالة التشغيل يحدد مقاومة البوتانسيومتر وعدد المفاتيح يحدد الدقة للجهاز. الآن، أي مفتاح يجب أن يكون في حالة التشغيل يتم التحكم فيه بواسطة دارة التحكم. تحتوي دارة التحكم على سجل RDAC يمكن كتابته رقميًا باستخدام واجهة مثل SPI، I2C، أو يمكن التحكم فيه يدويًا بواسطة أزرار أو مرمّز رقمي. يوضح الرسم البياني أعلاه ذلك لبوتانسيومتر رقمي يتم التحكم فيه بواسطة الأزرار. زر واحد هو لـ "UP" أو زيادة المقاومة والآخر لـ "DOWN" أي تقليل المقاومة.

عادةً ما يكون موقع الجهة المتزلجة في الوسط عند إيقاف تشغيل البوتانسيومتر الرقمي. بعد تشغيل الطاقة، اعتمادًا على متطلباتنا، يمكننا زيادة أو تقليل المقاومة عن طريق التشغيل المناسب للأزرار. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي البوتانسيومترات الرقمية المتقدمة أيضًا على ذاكرة داخلية يمكنها تخزين آخر موقع للجهة المتزلجة. يمكن أن تكون هذه الذاكرة من النوع المتطاير أو الدائم، اعتمادًا على التطبيق.