Potentiometer: Definitie, soorten en werking
Wat is een potentiometer?
Een potentiometer (ook bekend als een pot of potmeter) wordt gedefinieerd als een 3-polige variabele weerstand, waarbij de weerstand handmatig wordt aangepast om de stroom van elektriciteit te regelen. Een potentiometer fungeert als een aanpasbare spanselverdeler.
Hoe werkt een potentiometer?
Een potentiometer is een passief elektronisch component. Potentiometers werken door de positie van een schuifcontact over een uniforme weerstand te variëren. Bij een potentiometer wordt de volledige ingangsspanning over de hele lengte van de weerstand toegepast, en de uitgangsspanning is het spanningsverschil tussen het vaste en schuifcontact, zoals hieronder getoond.
Een potentiometer heeft de twee terminals van de ingangsspanning vastgezet aan de einden van de weerstand. Om de uitgangsspanning te wijzigen, wordt het schuifcontact langs de weerstand op de uitgangskant verplaatst.
Dit verschilt van een rheostat, waarbij één einde vast is en het schuifterminal is verbonden met het circuit, zoals hieronder getoond.
Dit is een zeer basaal instrument dat gebruikt wordt voor het vergelijken van de spanning van twee cellen en voor het kalibreren van ammeters, voltmeters, en wattmeters. Het basisprincipe van een potentiometer is vrij eenvoudig. Stel dat we twee batterijen parallel hebben aangesloten via een galvanometer. De negatieve batterijterminals zijn met elkaar verbonden en de positieve batterijterminals zijn ook met elkaar verbonden via een galvanometer, zoals in de figuur hieronder getoond.
Hier, als de elektrische potentiaal van beide batterijcellen precies hetzelfde is, is er geen circulerende stroom in het circuit en dus toont de galvanometer geen afwijking. Het werkingsprincipe van de potentiometer is afhankelijk van dit fenomeen.
Laten we nu denken aan een ander circuit, waarbij een batterij is aangesloten op een weerstand via een schakelaar en een rheostat, zoals in de figuur hieronder getoond.
De weerstand heeft een uniforme elektrische weerstand per eenheid lengte over de gehele lengte.
Dus, het spanningsval per eenheid lengte van de weerstand is gelijk over de gehele lengte. Stel, door de rheostat te verstellen krijgen we een spanningsval van v volt per eenheid lengte van de weerstand.
Nu wordt de positieve terminal van een standaardcel verbonden met punt A op de weerstand en de negatieve terminal van dezelfde is verbonden met een galvanometer. Het andere uiteinde van de galvanometer maakt contact met de weerstand via een schuifcontact, zoals in de bovenstaande figuur getoond. Door dit schuifcontact te verstellen, wordt een punt gevonden zoals B, waar er geen stroom door de galvanometer loopt, dus geen afwijking in de galvanometer.
Dat betekent dat de emf van de standaardcel wordt gebalanceerd door de spanning die in de weerstand tussen punten A en B optreedt. Als de afstand tussen punten A en B L is, dan kunnen we de emf van de standaardcel E = Lv volt schrijven.
Op deze manier meet een potentiometer de spanning tussen twee punten (hier tussen A en B) zonder stroomcomponenten uit het circuit te nemen. Dit is de specialiteit van een potentiometer, hij kan de spanning zeer nauwkeurig meten.
Potentiometer types
Er zijn twee hoofdtypen potentiometers:
Rotatiepotentiometer
Lineaire potentiometer
Hoewel de basisconstructie van deze potentiometers varieert, is het werkingsprincipe van beide soorten potentiometers hetzelfde.
Let op dat dit typen DC-potentiometers zijn – de typen AC-potentiometers verschillen lichtjes.
Rotatiepotentiometers
Rotatiepotentiometers worden voornamelijk gebruikt om een verstelbare voedingsspanning te verkrijgen voor een deel van elektronische en elektrische circuits. De volumecontroller van een transistorradio is een bekend voorbeeld van een rotatiepotentiometer, waarbij de rotatieknop van de potentiometer de voeding naar de versterker regelt.
Dit type potentiometer heeft twee terminalcontacten tussen welke een uniforme weerstand in een halfronde patroon is geplaatst. Het apparaat heeft ook een middenterminal, die verbonden is met de weerstand via een schuifcontact dat is bevestigd aan een rotatieknop. Door de knop te draaien, kan men het schuifcontact op de halfronde weerstand verplaatsen. De spanning wordt genomen tussen een weerstandseindcontact en het schuifcontact. De potentiometer wordt ook wel POT genoemd. POT wordt ook gebruikt in substation batterijladers om de oplaadspanning van een batterij te regelen. Er zijn veel meer toepassingen van rotatiepotentiometers waar gladde spanningregeling vereist is.
Lineaire potentiometers
De lineaire potentiometer is in principe hetzelfde, maar het enige verschil is dat hier in plaats van rotatiebeweging het schuifcontact lineair over de weerstand beweegt. Hier zijn de twee einden van een rechte weerstand aangesloten op de bronspanning. Een schuifcontact kan over de weerstand worden geschoven via een spoor dat samen met de weerstand is bevestigd. Het terminal dat verbonden is met het schuifcontact, is verbonden met een uiteinde van het uitgangscircuit en een van de terminals van de weerstand is verbonden met het andere uiteinde van het uitgangscircuit.
Dit type potentiometer wordt voornamelijk gebruikt om de spanning over een tak van een circuit te meten, om de interne weerstand van een batterijcel te meten, om een batterijcel te vergelijken met een standaardcel en in ons dagelijks leven wordt het vaak gebruikt in de equalizer van muziek- en geluidsysteem.
Digitale potentiometers
Digitale potentiometers zijn drie-terminal apparaten, twee vaste eindterminals en één wiperterminal, die wordt gebruikt om de uitgangsspanning te variëren.
Digitale potentiometers hebben verschillende toepassingen, waaronder het kalibreren van een systeem, het aanpassen van de offsetspanning, het afstemmen van filters, het regelen van schermhelderheid en het regelen van geluidsvolume.
Mechanische potentiometers hebben echter enkele ernstige nadelen die ze ongeschikt maken voor toepassingen waar precisie vereist is. Grootte, wipercontaminatie, mechanische slijtage, weerstandsdrift, gevoeligheid voor trillingen, vochtigheid, enz. zijn enkele van de belangrijkste nadelen van een mechanische potentiometer. Daarom zijn digitale potentiometers algemener in toepassingen, omdat ze hogere nauwkeurigheid bieden.
Circuit van een digitale potentiometer
Het circuit van een digitale potentiometer bestaat uit twee delen, ten eerste de weerstandselementen samen met elektronische schakelaars, en ten tweede het controlecircuit van de wiper. De figuur hieronder toont beide delen respectievelijk.
