Potentiometer: Definition typer och arbetsprincip

Vad är en potentiometer?

En potentiometer (även känd som en pot eller potmeter) definieras som en treterminalig varierbar resistor där motståndet manuellt varieras för att styra strömföret. En potentiometer fungerar som en justerbar spänningsdelare.

Hur fungerar en potentiometer?

En potentiometer är en passiv elektronisk komponent. Potentiometrar fungerar genom att variera positionen av en glidande kontakt över ett jämnt motstånd. I en potentiometer appliceras hela inmatnings spänningen över hela längden av resistorn, och utmattningsspänningen är spänningsfallet mellan den fasta och glidande kontakten, som visas nedan.

En potentiometer har de två terminalerna för inmatningskällan fast monterade vid ändarna av resistorn. För att justera utmattningsspänningen flyttas glidande kontakten längs resistorn på utmattningssidan.

Detta skiljer sig från en rheostat, där ena änden är fast och den glidande terminalen är ansluten till kretsen, som visas nedan.

Detta är ett mycket grundläggande instrument som används för att jämföra emf:en av två celler och för att kalibrera ammetrar, voltmetrar och wattmätare. Det grundläggande arbetsprincipen för en potentiometer är ganska enkel. Antag att vi har anslutit två batterier parallellt genom en galvanometer. De negativa batteriterminalerna är anslutna tillsammans och de positiva batteriterminalerna är också anslutna tillsammans genom en galvanometer, som visas i figuren nedan.

Här, om elektriska potentialen av båda battericellerna är exakt samma, finns det ingen cirkulerande ström i kretsen och därför visar galvanometern noll deflektion. Arbetsprincipen för potentiometer beror på detta fenomen.

Nu tänker vi på en annan krets, där en batteri är ansluten över en resistor via en växel och en rheostat, som visas i figuren nedan.

Resistorn har jämnt elektriskt motstånd per enhet längd över hela sin längd.
Därför är spänningsfallet per enhet längd av resistorn lika över hela dess längd. Antag att, genom att justera rheostaten, får vi v volt spänningsfall per enhet längd av resistorn.

Nu är den positiva terminalen av en standardcell ansluten till punkt A på resistorn och den negativa terminalen av samma är ansluten med en galvanometer. Den andra änden av galvanometern är i kontakt med resistorn via en glidande kontakt, som visas i figuren ovan. Genom att justera denna glidande ände, hittas en punkt som B där det inte finns någon ström genom galvanometern, därför ingen deflektion i galvanometern.

Det betyder att emf:en av standardcellen är just balanserad av spänningen som uppträder i resistorn mellan punkterna A och B. Nu om avståndet mellan punkterna A och B är L, då kan vi skriva emf:en av standardcell E = Lv volt.

Så här mäter en potentiometer spänningen mellan två punkter (här mellan A och B) utan att ta något strömkomponent från kretsen. Detta är specialiteten hos en potentiometer, den kan mäta spänning med störst noggrannhet.

Potentiometer typer

Det finns två huvudtyper av potentiometrar:

• Rotationspotentiometer

• Linjärt potentiometer

Även om de grundläggande konstruktionsfunktionerna för dessa potentiometrar varierar, är arbetsprincipen för båda dessa typer av potentiometrar densamma.

Observera att dessa är typer av DC-potentiometrar - typerna av AC-potentiometrar är något olika.

Roterande potentiometrar

Roterande typen av potentiometrar används huvudsakligen för att erhålla justerbar försörjningsspänning till en del av elektroniska och elektriska kretsar. Volymkontrollen på en radiotransistor är ett populärt exempel på ett roterande potentiometer där roterande knappen på potentiometern kontrollerar försörjningen till förstärkaren.

Denna typ av potentiometer har två terminalkontakter mellan vilka ett jämnt motstånd placeras i en halvcirkelform. Enheten har också en mitterlig terminal som är ansluten till motståndet genom en glidande kontakt som är kopplad till en roterande knapp. Genom att rotera knappen kan man flytta den glidande kontakten på det halvcirkelformade motståndet. Spänningen tas mellan en motståndsändkontakt och den glidande kontakten. Potentiometern benämns också POT i kort. POT används också i understationsbatteriladdare för att justera laddspänningen av ett batteri. Det finns många fler användningar av roterande typ av potentiometer där smidig spänningskontroll krävs.

Linjära potentiometrar

Linjära potentiometrar är i grunden samma, men det enda skillnaden är att här istället för roterande rörelse flyttas den glidande kontakten linjärt på resistorn. Här är de två ändarna av en rak resistans anslutna över källspänningen. En glidande kontakt kan glida på resistorn genom en bana som är fäst längs med resistorn. Terminalen som är ansluten till den glidande kontakten är ansluten till ena änden av utgångskretsen och en av terminalerna av resistorn är ansluten till den andra änden av utgångskretsen.

Denna typ av potentiometer används huvudsakligen för att mäta spänningen över en gren av en krets, för att mäta interna motståndet av en battericell, för att jämföra en battericell med en standardcell och i vårt dagliga liv används den vanligtvis i equalisern av musik och ljudmixningssystem.

Digitala potentiometrar

Digitala potentiometrar är treterminalenheter, två fasta slutterminaler och en wiper-terminal som används för att variera utgångsspänningen.

Digitala potentiometrar har olika tillämpningar, inklusive kalibrering av ett system, justering av offsetspänning, tuning av filter, kontroll av skärms ljusstyrka och kontroll av ljudvolym.

Dock lider mekaniska potentiometrar av allvarliga nackdelar som gör dem olämpliga för tillämpningar där precision krävs. Storlek, wiper-förorening, mekanisk slitning, motståndsdrift, känslighet för vibration, fuktighet osv. är några av de huvudsakliga nackdelarna med ett mekaniskt potentiometer. Därför för att övervinna dessa brister, är digitala potentiometrar mer vanliga i tillämpningar eftersom de ger högre precision.

Digital potentiometer krets

Kretsen för ett digitalt potentiometer består av två delar, först resistivelementet tillsammans med elektroniska switchar och sedan wiper-kontrollkretsen. Figuren nedan visar respektive del.

Den första delen är en matris av resistorer, och varje nod är ansluten till en gemensam punkt W, förutom ändpunkterna A och B, via en tvåvägs elektronisk switch. Terminalen W är wiper-terminalen. Varje av switcharna är designad med CMOS-teknik och endast en av switcharna är i ON-läge vid något given tidpunkt under potentiometeroperationen.

Switchen som är på avgör potentiometermotståndet och antalet switchar avgör upplösningen av enheten. Vilken switch ska vara på styrs av kontrollkretsen. Kontrollkretsen består av en RDAC-register som kan skrivas digitalt med hjälp av gränssnitt som SPI, I2C, upp/ned eller kan manuellt kontrolleras med pushknappar eller en digital encoder. Diagrammet ovan visar en pushknappsstyrd digital potentiometer. En knapp är för "UP" eller öka motståndet och den andra för "DOWN", dvs. minska motståndet.

Generellt sett är wiperpositionen i mitten när den digitala potentiometern är av. När strömmen är påslagen kan vi, beroende på vårt behov, öka eller minska motståndet genom lämplig pushknappsoperation. Utöver detta har avancerade