Đồng hồ đo điện thế: Định nghĩa, Các loại, và Nguyên lý hoạt động

Điều gì là một Potentiometer?

Một potentiometer (còn được gọi là pot hoặc potmeter) được định nghĩa là một bộ phận điện trở biến đổi có 3 đầu nối trong đó điện trở được điều chỉnh bằng tay để kiểm soát dòng điện. Potentiometer hoạt động như một chia điện áp có thể điều chỉnh.

Potentiometer làm việc như thế nào?

Potentiometer là một thành phần điện tử thụ động. Potentiometers hoạt động bằng cách thay đổi vị trí của tiếp điểm trượt trên một điện trở đồng nhất. Trong potentiometer, toàn bộ điện áp đầu vào được áp dụng cho toàn bộ chiều dài của điện trở, và điện áp đầu ra là sự giảm điện áp giữa tiếp điểm cố định và tiếp điểm trượt như được hiển thị dưới đây.

Potentiometer có hai đầu cuối của nguồn đầu vào cố định ở cuối của điện trở. Để điều chỉnh điện áp đầu ra, tiếp điểm trượt được di chuyển dọc theo điện trở ở phía đầu ra.

Điều này khác với rheostat, nơi một đầu được cố định và đầu tiếp điểm trượt được kết nối với mạch, như được hiển thị dưới đây.

Đây là một thiết bị cơ bản được sử dụng để so sánh điện thế của hai pin và để hiệu chuẩn ammeter, voltmeter, và watt-meter. Nguyên lý làm việc cơ bản của potentiometer khá đơn giản. Giả sử chúng ta đã kết nối hai pin song song thông qua một galvanometer. Các đầu cực âm của pin được kết nối lại với nhau và các đầu cực dương cũng được kết nối lại với nhau thông qua một galvanometer như được hiển thị trong hình dưới đây.

Ở đây, nếu điện thế của cả hai pin đều giống hệt nhau, không có dòng điện tuần hoàn trong mạch và do đó galvanometer không có độ lệch. Nguyên lý làm việc của potentiometer dựa trên hiện tượng này.

Bây giờ hãy nghĩ về mạch khác, nơi một pin được kết nối qua một điện trở thông qua một công tắc và một rheostat như được hiển thị trong hình dưới đây.

Điện trở có điện trở điện học đồng nhất trên mỗi đơn vị chiều dài suốt chiều dài của nó.
Vì vậy, sự giảm điện áp trên mỗi đơn vị chiều dài của điện trở là bằng nhau suốt chiều dài của nó. Giả sử, bằng cách điều chỉnh rheostat, chúng ta có v volt điện áp giảm xuất hiện trên mỗi đơn vị chiều dài của điện trở.

Bây giờ, đầu cực dương của một pin chuẩn được kết nối với điểm A trên điện trở và đầu cực âm của cùng một pin được kết nối với một galvanometer. Đầu kia của galvanometer được kết nối với điện trở thông qua một tiếp điểm trượt như được hiển thị trong hình trên. Bằng cách điều chỉnh tiếp điểm trượt này, một điểm như B được tìm thấy mà không có dòng điện qua galvanometer, do đó không có độ lệch trong galvanometer.

Điều đó có nghĩa là, điện thế của pin chuẩn được cân bằng bởi điện áp xuất hiện trên điện trở giữa các điểm A và B. Bây giờ, nếu khoảng cách giữa các điểm A và B là L, thì chúng ta có thể viết điện thế của pin chuẩn E = Lv volt.

Đó là cách potentiometer đo điện áp giữa hai điểm (ở đây giữa A và B) mà không lấy bất kỳ thành phần dòng điện nào từ mạch. Đó là đặc điểm của potentiometer, nó có thể đo điện áp chính xác nhất.

Loại Potentiometer

Có hai loại potentiometer chính:

• Potentiometer quay

• Potentiometer tuyến tính

Mặc dù các đặc điểm cấu tạo cơ bản của các potentiometer này khác nhau, nguyên lý hoạt động của cả hai loại potentiometer này là giống nhau.

Lưu ý rằng đây là các loại potentiometer DC – các loại potentiometer AC hơi khác.

Potentiometer Quay

Các potentiometer quay chủ yếu được sử dụng để có được điện áp cung cấp điều chỉnh cho một phần của mạch điện tử và mạch điện. Điều khiển âm lượng của radio transistor là một ví dụ phổ biến về potentiometer quay, nơi núm quay của potentiometer điều khiển nguồn cung cấp cho khuếch đại.

Loại potentiometer này có hai đầu tiếp xúc giữa đó đặt một điện trở đồng nhất theo mô hình bán cầu. Thiết bị cũng có một đầu tiếp xúc giữa được kết nối với điện trở thông qua một tiếp điểm trượt gắn với núm quay. Bằng cách xoay núm, bạn có thể di chuyển tiếp điểm trượt trên điện trở bán cầu. Điện áp được lấy giữa một đầu tiếp xúc điện trở và tiếp điểm trượt. Potentiometer còn được gọi tắt là POT. POT cũng được sử dụng trong bộ sạc pin nhà máy điện để điều chỉnh điện áp sạc của pin. Có nhiều ứng dụng khác của potentiometer quay khi cần điều khiển điện áp mượt mà.

Potentiometer Tuyến Tính

Potentiometer tuyến tính cơ bản giống nhau nhưng khác biệt duy nhất là ở đây thay vì di chuyển quay, tiếp điểm trượt được di chuyển trên điện trở theo đường thẳng. Ở đây, hai đầu của một điện trở thẳng được kết nối với điện áp nguồn. Một tiếp điểm trượt có thể trượt trên điện trở thông qua một đường ray gắn liền với điện trở. Đầu nối với tiếp điểm trượt được kết nối với một đầu của mạch đầu ra và một trong các đầu của điện trở được kết nối với đầu kia của mạch đầu ra.

Loại potentiometer này chủ yếu được sử dụng để đo điện áp trên một nhánh của mạch, để đo điện trở nội bộ của pin, để so sánh pin với pin chuẩn và trong cuộc sống hàng ngày, nó thường được sử dụng trong equalizer âm nhạc và hệ thống trộn âm thanh.

Potentiometer Số Hóa

Potentiometer số hóa là các thiết bị ba đầu, hai đầu cố định và một đầu wiper được sử dụng để thay đổi điện áp đầu ra.

Potentiometer số hóa có nhiều ứng dụng, bao gồm hiệu chỉnh hệ thống, điều chỉnh điện áp offset, điều chỉnh bộ lọc, kiểm soát độ sáng màn hình và điều khiển âm lượng.

Tuy nhiên, các potentiometer cơ khí gặp phải một số nhược điểm nghiêm trọng khiến chúng không phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác. Kích thước, ô nhiễm wiper, mài mòn cơ khí, trôi điện trở, nhạy cảm với rung động, độ ẩm, v.v. là một số nhược điểm chính của potentiometer cơ khí. Do đó, để khắc phục những nhược điểm này, potentiometer số hóa phổ biến hơn trong các ứng dụng vì nó cung cấp độ chính xác cao hơn.

Mạch Potentiometer Số Hóa

Mạch của potentiometer số hóa bao gồm hai phần, đầu tiên là phần điện trở cùng với các công tắc điện tử và thứ hai là mạch điều khiển của wiper. Hình dưới đây hiển thị cả hai phần tương ứng.

Phần đầu tiên là một mảng các điện trở, và mỗi nút được kết nối với một điểm chung W, ngoại trừ các đầu A và B, thông qua một công tắc điện tử hai chiều. Đầu W là đầu wiper. Mỗi công tắc được thiết kế sử dụng công nghệ CMOS và chỉ một trong tất cả các công tắc ở trạng thái ON tại bất kỳ thời điểm nào của quá trình hoạt động của potentiometer.

Công tắc nào đang ON xác định điện trở của potentiometer và số lượng công tắc xác định độ phân giải của thiết bị. Bây giờ, công tắc nào nên được bật được điều khiển bởi mạch điều khiển. Mạch điều khiển bao gồm một thanh ghi RDAC có thể được ghi số hóa sử dụng giao diện như SPI, I2C, lên/xuống hoặc có thể được điều khiển thủ công bằng nút nhấn hoặc mã hóa số. Hình trên hiển thị một potentiometer số hóa được điều khiển bằng nút nhấn. Một nút là "UP" hoặc tăng điện trở và nút kia là "DOWN", tức là giảm điện trở.

Thông thường, vị trí wiper ở giữa công tắc khi potentiometer số hóa tắt. Sau khi mở nguồn, tùy theo yêu cầu, chúng ta có thể tăng hoặc giảm điện trở bằng cách điều khiển nút nhấn thích hợp. Ngoài ra, các potentiometer số hóa tiên tiến cũng có bộ nhớ tích hợp trên bo mạch có thể lưu vị trí cuối cùng của wiper. Bộ nhớ này có thể là loại dễ bay hơi hoặc vĩnh viễn, tuỳ thuộc vào ứng dụng.

Ví dụ, trong trường hợp điều khiển âm lượng của một thiết bị, chúng ta mong