Potentiometer: Definition Arten und Arbeitsprinzip
Was ist ein Potentiometer?
Ein Potentiometer (auch bekannt als Pot oder Potmeter) ist definiert als ein 3-poliger verstellbarer Widerstand, bei dem die Widerstandswert manuell variiert wird, um den Fluss des Stroms zu steuern. Ein Potentiometer fungiert als verstellbarer Spannungsteiler.
Wie funktioniert ein Potentiometer?
Ein Potentiometer ist ein passives elektronisches Bauteil. Potentiometer arbeiten, indem sie die Position eines gleitenden Kontakts über einen gleichmäßigen Widerstand variieren. Bei einem Potentiometer wird die gesamte Eingangsspannung über die gesamte Länge des Widerstands angelegt, und die Ausgangsspannung ist der Spannungsabfall zwischen dem festen und dem gleitenden Kontakt, wie unten dargestellt.
Bei einem Potentiometer sind die beiden Anschlusspunkte der Eingangsquelle an den Enden des Widerstands fixiert. Um die Ausgangsspannung zu justieren, wird der gleitende Kontakt entlang des Widerstands auf der Ausgangsseite verschoben.
Dies unterscheidet sich von einem Rheostat, bei dem ein Ende fixiert ist und der gleitende Kontakt mit dem Schaltkreis verbunden ist, wie unten dargestellt.
Dies ist ein sehr einfaches Instrument, das zum Vergleich der EMF zweier Zellen und zur Kalibrierung von Ampermetern, Voltmetern und Wattmessern verwendet wird. Das grundlegende Arbeitsprinzip eines Potentiometers ist ziemlich einfach. Angenommen, wir haben zwei Batterien parallel durch einen Galvanometer verbunden. Die negativen Batterieanschlüsse sind miteinander verbunden, und die positiven Batterieanschlüsse sind ebenfalls durch einen Galvanometer miteinander verbunden, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.
Hier, wenn die elektrische Spannung beider Batteriezellen exakt gleich ist, gibt es keinen zirkulierenden Strom im Schaltkreis, und daher zeigt der Galvanometer keine Abweichung. Das Arbeitsprinzip des Potentiometers basiert auf diesem Phänomen.
Nun betrachten wir einen anderen Schaltkreis, bei dem eine Batterie über einen Schalter und ein Rheostat an einen Widerstand angeschlossen ist, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.
Der Widerstand hat eine gleichmäßige elektrische Widerstandswert pro Längeneinheit über seine gesamte Länge.
Daher ist der Spannungsabfall pro Längeneinheit des Widerstands über seine gesamte Länge gleich. Angenommen, durch Justieren des Rheostats erhalten wir v Volt Spannungsabfall pro Längeneinheit des Widerstands.
Nun wird der positive Pol einer Standardzelle an den Punkt A des Widerstands angeschlossen, und der negative Pol derselben ist mit einem Galvanometer verbunden. Das andere Ende des Galvanometers ist über einen gleitenden Kontakt mit dem Widerstand in Verbindung, wie in der obigen Abbildung dargestellt. Durch Anpassen dieses gleitenden Endes wird ein Punkt wie B gefunden, bei dem kein Strom durch den Galvanometer fließt, daher keine Abweichung im Galvanometer.
Das bedeutet, dass die EMF der Standardzelle genau durch die Spannung ausgeglichen wird, die im Widerstand zwischen den Punkten A und B erscheint. Wenn nun der Abstand zwischen den Punkten A und B L ist, können wir die EMF der Standardzelle E = Lv Volt schreiben.
Auf diese Weise misst ein Potentiometer die Spannung zwischen zwei Punkten (hier zwischen A und B) ohne irgendeinen Stromanteil aus dem Schaltkreis zu entnehmen. Dies ist die Besonderheit eines Potentiometers, es kann die Spannung am genauesten messen.
Potentiometertypen
Es gibt zwei Haupttypen von Potentiometern:
Drehpotentiometer
Lineares Potentiometer
Obwohl die grundlegenden konstruktiven Merkmale dieser Potentiometer variieren, ist das Arbeitsprinzip beider Arten von Potentiometern das gleiche.
Beachten Sie, dass dies Typen von Gleichstrom-Potentiometern sind – die Typen von Wechselstrom-Potentiometern sind etwas anders.
Drehpotentiometer
Drehpotentiometer werden hauptsächlich verwendet, um eine einstellbare Versorgungsspannung für Teile von elektronischen und elektrischen Schaltkreisen zu erzielen. Der Lautstärkeregler eines Transistorradios ist ein bekanntes Beispiel für ein Drehpotentiometer, bei dem der Drehknopf des Potentiometers die Versorgung des Verstärkers steuert.
Diese Art von Potentiometer hat zwei Terminalkontakte, zwischen denen ein gleichmäßiger Widerstand in einem halbkreisförmigen Muster platziert ist. Das Gerät hat auch einen mittleren Terminal, der über einen gleitenden Kontakt, der mit einem Drehknopf verbunden ist, mit dem Widerstand verbunden ist. Durch Drehen des Knopfs kann man den gleitenden Kontakt auf dem halbkreisförmigen Widerstand bewegen. Die Spannung wird zwischen einem Widerstandsendkontakt und dem gleitenden Kontakt abgenommen. Das Potentiometer wird auch als POT abgekürzt. POT wird auch in Umspannwerks-Batterieladegeräten verwendet, um die Ladungsspannung einer Batterie einzustellen. Es gibt viele weitere Anwendungen von Drehpotentiometern, bei denen eine glatte Spannungssteuerung erforderlich ist.
Lineare Potentiometer
Das lineare Potentiometer ist im Grunde das gleiche, aber der einzige Unterschied ist, dass hier anstelle der Drehbewegung der gleitende Kontakt linear auf dem Widerstand bewegt wird. Hier sind die beiden Enden eines geraden Widerstands über die Quellspannung verbunden. Ein gleitender Kontakt kann auf dem Widerstand durch eine Spur, die entlang des Widerstands angeordnet ist, verschoben werden. Der an den gleitenden Kontakt angeschlossene Terminal ist mit einem Ende des Ausgangsschaltkreises verbunden, und eines der Terminals des Widerstands ist mit dem anderen Ende des Ausgangsschaltkreises verbunden.
Diese Art von Potentiometer wird hauptsächlich verwendet, um die Spannung über einem Zweig eines Schaltkreises zu messen, um den internen Widerstand einer Batteriezelle zu messen, um eine Batteriezelle mit einer Standardzelle zu vergleichen und im täglichen Leben wird es häufig in Equalizern von Musik- und Tonsystemen verwendet.
Digitalpotentiometer
Digitalpotentiometer sind dreipolige Geräte, zwei feste Endterminals und ein Wippen-Terminal, das verwendet wird, um die Ausgangsspannung zu variieren.
Digitalpotentiometer haben verschiedene Anwendungen, darunter die Kalibrierung eines Systems, die Anpassung der Offsetspannung, das Tunen von Filtern, die Steuerung der Bildschirmhelligkeit und die Steuerung der Lautstärke.
Mechanische Potentiometer leiden jedoch unter ernsten Nachteilen, die sie für Anwendungen, bei denen Präzision erforderlich ist, ungeeignet machen. Größe, Kontaminierung des Wippens, mechanischer Verschleiß, Widerstandsdrift, Empfindlichkeit gegenüber Vibrationen, Feuchtigkeit usw. sind einige der Hauptnachteile eines mechanischen Potentiometers. Daher sind Digitalpotentiometer in Anwendungen weit verbreitet, da sie eine höhere Genauigkeit bieten.
Schaltung eines Digitalpotentiometers
Die Schaltung eines Digitalpotentiometers besteht aus zwei Teilen, erstens dem Widerstandselement zusammen mit elektronischen Schaltern und zweitens der Steuerschaltung des Wippens. Die folgende Abbildung zeigt beide Teile jeweils.
