Potentiometri: Määritelmä tyypit ja toimintaperiaate
Mitä on potentiometri?
Potentiometri (tunnettu myös nimellä pot tai potmetri) on määritelty kolmiportaisena muuttuvana vastuksena, jossa vastus vaihdetaan manuaalisesti sähkövirtaa ohjaamaan. Potentiometri toimii säätävänä jännitejakajana.
Miten potentiometri toimii?
Potentiometri on passiivinen sähkökomponentti. Potentiometrit toimivat vaihtamalla liukuvaan yhteyteen asetettavan liukukontaktin sijaintia tasaiseen vastukseen. Potentiometrissä koko syöttö-jännite annetaan vastuksen koko pituuden yli, ja ulostulovirta on jännite pudotuksena kiinteästä ja liukuvaan kontaktista, kuten alla olevassa kuvassa näkyy.
Potentiometrissa syötteen lähdevirtauksen kaksi päätepistettä on kiinnitetty vastuksen pääteihin. Ulostulovirtaa säädettäessä liukukontakti siirretään vastuksen yli ulostulopuolella.
Tämä eroaa reostatiiksi, jossa yksi pääte on kiinteä ja liukuva kontakti on yhdistetty piiriin, kuten alla olevassa kuvassa näkyy.
Tämä on hyvin perustelainen laite, jota käytetään kahden akun emf:n vertailuun sekä amperimetrin, voltmetrin ja watt-metrin kalibrointiin. Potentiometrin perustyöperiaate on melko yksinkertainen. Oletetaan, että olemme yhdistäneet kaksi akkua rinnan galvanometrin kautta. Akkujen negatiiviset päät ovat yhdistetty yhteen ja positiiviset päät myös yhdistetty yhteen galvanometrin kautta, kuten alla olevassa kuvassa näkyy.
Jos molempien akkupolttimien sähköpotentiaali on täsmälleen sama, piirissä ei ole virtaa, ja siksi galvanometri ei näytä mitään deflektiota. Potentiometrin toiminta perustuu tähän ilmiöön.
Ajatellaan nyt toista piiriä, jossa akku on yhdistetty vastuksen kautta kytkimen ja reostatin kautta, kuten alla olevassa kuvassa näkyy.
Vastus on tasainen sähköinen vastus yksikköpituutta kohden sen koko pituudessa. Siksi jännite pudotuksen yksikköpituutta kohden vastuksessa on sama sen koko pituudessa. Oletetaan, että reostatin säätämällä saamme v-voltin jännite pudotuksen yksikköpituutta kohden vastuksessa.
Nyt standardicellin positiivinen pääte yhdistetään pisteen A vastuksen kanssa ja saman negatiivinen pääte yhdistetään galvanometrin kanssa. Galvanometrin toinen pääte on yhteystilassa vastuksen kanssa liukuvaan kontaktille, kuten yllä olevassa kuvassa näkyy. Liukuvaan kontaktiin säätämällä löydetään piste, kuten B, jossa ei ole virtaa galvanometrissa, eikä siten deflektiota.
Tämä tarkoittaa, että standardicellin emf on tasapainotettu vastuksen jännitteellä pisteiden A ja B välillä. Jos pisteiden A ja B välinen etäisyys on L, voimme kirjoittaa standardicellin emf = Lv voltia.
Tämän avulla potentiometri mittailee jännitettä kahden pisteen välillä (tässä pisteiden A ja B välillä) ottamatta mitään virtaosausta piiristä. Tämä on potentiometrin erityispiirre, se voi mitata jännitettä tarkimmin.
Potentiometrityypit
On kaksi pääasiallista potentiometrityyppiä:
Pyöreä potentiometri
Lineaarinen potentiometri
Vaikka näiden potentiometrien perusrakenteet vaihtelevat, niiden toimintaperiaate on sama.
Huomioi, että nämä ovat VÄ potentiometritekniikoiden tyyppejä – AC potentiometritekniikoiden tyypit poikkeavat hieman.
Pyöreät potentiometrit
Pyöreät potentiometrit käytetään pääasiassa sähköisten ja elektronisten piirien säätäväksi tarjotun jännitteen saamiseen. Radio-transistorin äänenvoimakkuussäädin on suosittu esimerkki pyöreästä potentiometrista, jossa potentiometrin pyöreä nuppula ohjaa tarjontaa vahvistimeen.
Tämäntyyppinen potentiometri on varustettu kahdella terminaalilla, joihin on sijoitettu tasainen vastus puoliympyrämuotoisesti. Laite on myös varustettu keskitason terminaalilla, joka on yhdistetty vastukseen liukuvaan kontaktille, joka on kiinnitetty pyöreään nuppulaan. Nuppulan kiertämällä voidaan liikutella liukuvaa kontaktila vastuksen yli. Jännite otetaan vastuksen päätepisteen ja liukuvaan kontaktila. Potentiometriä kutsutaan myös lyhyesti POT:ksi. POT:ia käytetään myös aluston akkulasijärjestelmien laturissa akun laturijännitteen säätämiseen. On monia muitakin sovelluksia, joissa vaaditaan sileä jännitesäätö.
Lineaariset potentiometrit
Lineaarinen potentiometri on periaatteessa sama, mutta ainoa ero on, että tässä liukuva kontakti liikkuu vastuksen yli lineaarisesti. Tässä suoran vastuksen kaksi päätepistettä on yhdistetty lähdetiedon jännitteeseen. Liukuvaa kontaktila voidaan liikuttaa vastuksen yli reunaviidann kautta, joka on sijoitettu vastuksen kanssa. Liukuvaan kontaktila yhdistetty terminaali on yhdistetty ulostulopiirin toisen päätepisteen kanssa, ja vastuksen toinen päätepiste on yhdistetty ulostulopiirin toisen päätepisteen kanssa.
Tämäntyyppinen potentiometri käytetään pääasiassa jännitteen mittaamiseen piirin haaran yli, akkupoltin sisäisen vastuksen mittaamiseen, akkupoltin vertailuun standardipoltin kanssa ja arkipäiväelämässä se on yleisesti käytössä musiikin ja äänimixausjärjestelmien tasapainottimissa.
Digitaaliset potentiometrit
Digitaaliset potentiometrit ovat kolmiportaisia laitteita, kaksi kiinteää päätepistettä ja yksi wiper-terminaali, jota käytetään ulostulovirtauksen muuttamiseen.
Digitaalisilla potentiometreilla on useita sovelluksia, mukaan lukien järjestelmän kalibrointi, offset-jännitteen säätö, suodattimien säätö, näytön kirkkauden hallinta ja äänenvoimakkuuden hallinta.
Kuitenkin mekaanisilla potentiometreilla on joitakin vakavia haittoja, jotka tekevät niistä epäsovellettaviksi sovelluksiin, joissa vaaditaan tarkkuutta. Koko, wiperin saasteuminen, mekaaninen kuluminen, vastuksen drift, herkkyyys vibraatioille, kosteudelle jne. ovat joitakin mekaanisen potentiometrin pääasiallisia haittoja. Siksi digitaalisten potentiometrien käyttö on yleistymässä sovelluksissa, koska ne tarjoavat korkeamman tarkkuuden.
Digitaalisen potentiometrin piiri
Digitaalisen potentiometrin piiri koostuu kahdesta osasta, ensimmäinen on vastuselementti ja sähköiset kytkimet, toinen on wiperin ohjauspiiri. Alla oleva kuva näyttää molemmat osat vastaavasti.
