Potentiometer: Definition, Typer, og Arbejdsprincip
Hvad er en potentiometer?
En potentiometer (også kendt som en pot eller potmeter) defineres som en 3-terminal variable resistor hvor motstand justeres manuelt for at kontrollere strøm af elektrisk strøm. En potentiometer fungerer som en justerbar spændingsdeler.
Hvordan fungerer en potentiometer?
En potentiometer er en passiv elektronisk komponent. Potentiometer fungerer ved at variere positionen af en glidende kontakt over en uniform motstand. I en potentiometer anvendes hele indgangs-spænding over hele længden af resistoren, og udgangsspændingen er spændingsfaldet mellem den faste og glidende kontakt som vist nedenfor.
En potentiometer har de to terminaler af indgangskilden fastgjort til enden af resistoren. For at justere udgangsspændingen flyttes glidende kontakten langs resistoren på udgangssiden.
Dette er anderledes end en rheostat, hvor her er en ende fast, og den glidende terminal er forbundet med kredsløbet, som vist nedenfor.
Dette er et meget grundlæggende instrument, der bruges til at sammenligne emf'et af to celler og til at kalibrere ammeter, voltmeter, og watt-meter. Den grundlæggende arbejdsmåde for en potentiometer er ret simpel. Antag, at vi har forbundet to batterier parallel gennem en galvanometer. De negative batteriterminaler er forbundet sammen, og de positive batteriterminaler er også forbundet sammen gennem en galvanometer, som vist på figuren nedenfor.
Her, hvis elektrisk potentiale af begge battericeller er præcis det samme, er der ingen cirkulerende strøm i kredsløbet, og derfor viser galvanometret ingen defleksion. Arbejdsmåden for en potentiometer afhænger af dette fænomen.
Lad os nu tænke på et andet kredsløb, hvor et batteri er forbundet over en resistor via en skru og en rheostat, som vist på figuren nedenfor.
Resistoren har en uniform elektrisk motstand per enhed længde gennem dens længde.
Derfor er spændingsfaldet per enhed længde af resistoren ens gennem dens længde. Antag, at ved at justere rheostaten får vi v volt spændingsfald, der optræder per enhed længde af resistoren.
Nu er den positive terminal af en standardcelle forbundet til punkt A på resistoren, og den negative terminal af samme er forbundet med en galvanometer. Den anden ende af galvanometret er i kontakt med resistoren via en glidende kontakt, som vist på figuren ovenfor. Ved at justere denne glidende ende findes et punkt som B, hvor der ikke er nogen strøm gennem galvanometret, og dermed ingen defleksion i galvanometret.
Det betyder, at emf'et af standardcellen er netop balanceret af spændingen, der optræder i resistoren mellem punkterne A og B. Nu, hvis afstanden mellem punkterne A og B er L, kan vi skrive emf af standardcelle E = Lv volt.
Sådan måler en potentiometer spændingen mellem to punkter (her mellem A og B) uden at tage noget strømkomponent fra kredsløbet. Dette er specialiteten ved en potentiometer, den kan måle spænding mest præcist.
Potentiometer typer
Der findes to hovedtyper af potentiometer:
Rotationspotentiometer
Lineær potentiometer
Selvom de grundlæggende konstruktionsmæssige egenskaber af disse potentiometer varierer, er arbejdsmåden for både disse typer potentiometer den samme.
Bemærk, at disse er typer af DC-potentiometer – typerne af AC-potentiometer er lidt forskellige.
Rotationspotentiometer
Rotationspotentiometer bruges hovedsageligt til at opnå justerbar strømforsyning til en del af elektroniske og elektriske kredsløb. Volumenkontrolleren på en radiotransistor er et populært eksempel på et rotationspotentiometer, hvor rotationsknappen på potentiometeret kontrollerer strømmen til forstærkeren.
Denne type potentiometer har to terminalkontakter mellem hvilke en uniform motstand er placeret i en halvcirkelform. Enheden har også en midterterminal, der er forbundet med motstanden gennem en glidende kontakt, der er vedhæftet en rotationsknob. Ved at rotere knappen kan man flytte den glidende kontakt på den halvcirkelformede motstand. Spændingen tages mellem en motstandsendekontakt og den glidende kontakt. Potentiometeret kaldes også POT i kort. POT bruges også i undervoltager for akkuladere til at justere opladningsstrømmen af en akku. Der findes mange flere anvendelser af rotationspotentiometer, hvor en jævn spændingskontrol er nødvendig.
Lineære potentiometer
Det lineære potentiometer er i princippet det samme, men den eneste forskel er, at her i stedet for rotationsbevægelse bliver den glidende kontakt flyttet lineært på resistoren. Her er de to ender af en lige resistor forbundet over kildevoltaget. En glidende kontakt kan glides på resistoren gennem en spor, der er vedhæftet sammen med resistoren. Terminalen, der er forbundet med den glidende, er forbundet til en ende af udgangskredsløbet, og en af terminalerne på resistoren er forbundet med den anden ende af udgangskredsløbet.
Denne type potentiometer bruges hovedsageligt til at måle spændingen over en gren af et kredsløb, til at måle den interne motstand af en battericelle, til at sammenligne en battericelle med en standardcelle, og i vores daglige liv bruges den ofte i equalizeren i musik- og lydmixersystemer.
Digitale potentiometer
Digitale potentiometer er tre-terminalenheder, to faste endeterminaler og en wiper-terminal, der bruges til at variere udgangsspændingen.
Digitale potentiometer har mange anvendelser, herunder kalibrering af et system, justering af offsetspænding, tuning af filtre, kontrol af skærmlysstyrke, og kontrol af lydstyrke.
Imidlertid lider mekaniske potentiometer af nogle alvorlige ulemper, der gør dem upassende for anvendelser, hvor præcision er påkrævet. Størrelse, wiper-forurening, mekanisk slitage, motstandsdrift, følsomhed over for vibration, fugtighed m.m. er nogle af de hovedudsagnende ved et mekanisk potentiometer. Derfor er digitale potentiometer mere almindelige i anvendelser, da de giver højere præcision.
Digital potentiometer kredsløb
Kredsløbet for et digitalt potentiometer består af to dele, først motstandselementet sammen med elektroniske skalter, og anden styrekredsløbet for wiper. Figuren nedenfor viser begge dele henholdsvis.
