Потенциометр: принцип работы, типы и потенциометр на схеме

Потенциометр – это удобный маленький компонент, который вы должны знать, как использовать.
Он часто используется в схемах, например, таких как – управление громкостью музыкального оборудования, управление яркостью света и многое другое.

Принцип действия[править | править код]

Потенциометр представляет собой делитель напряжения из резисторов (резистивный делитель) с переменным сопротивлением (переменных резисторов).

К делителю напряжения подключаются источник, напряжение которого известно ( U 0 {displaystyle U_{0}} ), и источник, напряжение которого нужно определить ( U x {displaystyle U_{x}} ).

Известное с достаточной точностью одно из сравниваемых напряжений принято называть «опорным напряжением» или «опорной ЭДС». В иностранной литературе опорное напряжение называют «референтным напряжением» и обычно обозначают U r e f {displaystyle U_{ref}} .

Ручной или автоматической регулировкой сопротивлений делителя напряжения добиваются, чтобы напряжение U K {displaystyle U_{K}} , снимаемое с делителя, стало равным напряжению (или ЭДС) U x {displaystyle U_{x}} . Равенство напряжений ( U x = U K {displaystyle U_{x}=U_{K}} ) обычно называют «балансом напряжений». Индикатором «баланса» служит чувствительный измеритель малых токов (или напряжений), часто называемый «нуль-индикатором» и на рисунке обозначенный буквой «O». При U x = U K , {displaystyle U_{x}=U_{K},} ток I x {displaystyle I_{x}} , текущий через нуль-индикатор «О», будет равен 0.

В качестве нуль-индикаторов исторически первыми стали применять чувствительные гальванометры. В современной электронике в качестве нуль-индикатора применяют дифференциальные усилители с высоким коэффициентом усиления.

Для схемы, изображённой в верхней части рисунка, по правилам Кирхгофа

I x + I K = I 0 ; {displaystyle I_{x}+I_{K}=I_{0};} U x = U K = I K ⋅ R 1 ; {displaystyle U_{x}=U_{K}=I_{K}cdot R_{1};} U 0 + I 0 ⋅ ( R 0 − R 1 ) + I K ⋅ R 1 = 0 , {displaystyle U_{0}+I_{0}cdot (R_{0}-R_{1})+I_{K}cdot R_{1}=0,}

а с учётом I x = 0 {displaystyle I_{x}=0} :

I K = I 0 ; {displaystyle I_{K}=I_{0};} U x = I 0 ⋅ R 1 ; {displaystyle U_{x}=I_{0}cdot R_{1};} I 0 = U x R 1 ; {displaystyle I_{0}={frac {U_{x}}{R_{1}}};} U 0 + I 0 ⋅ ( R 0 − R 1 ) + I 0 ⋅ R 1 = U 0 + I 0 ⋅ R 0 = 0 ; {displaystyle U_{0}+I_{0}cdot (R_{0}-R_{1})+I_{0}cdot R_{1}=U_{0}+I_{0}cdot R_{0}=0;} U 0 = − I 0 ⋅ R 0 = − U x R 1 ⋅ R 0 ; {displaystyle U_{0}=-I_{0}cdot R_{0}=-{frac {U_{x}}{R_{1}}}cdot R_{0};} U x = U K = − U 0 R 1 R 0 , {displaystyle U_{x}=U_{K}=-U_{0}{frac {R_{1}}{R_{0}}},}

где:

Для схемы, приведённой снизу рисунка

U x = U K = − U 0 R 1 R 1 + R 2 . {displaystyle U_{x}=U_{K}=-U_{0}{frac {R_{1}}{R_{1}+R_{2}}}.}

То есть, зная соотношение сопротивлений резисторов делителя напряжения при равенстве напряжений («балансе»), можно численно выразить одно напряжение ( U 0 {displaystyle U_{0}} или U x {displaystyle U_{x}} ) через другое напряжение ( U x {displaystyle U_{x}} или U 0 {displaystyle U_{0}} соответственно).

В качестве переменного сопротивления исторически применяли реохорд. Реохорд представлял собой кусок натянутой проволоки постоянного поперечного сечения с тремя электрическими выводами. Первые два вывода прикреплялись к концам проволоки, а третий (ползунок) мог перемещаться вдоль проволоки. Электрическое сопротивление R {displaystyle R} однородного куска проволоки длиной l {displaystyle l} и постоянного поперечного сечения S {displaystyle S} выражается формулой R = ρ l S , {displaystyle R=rho {frac {l}{S}},} где ρ {displaystyle rho }  — удельное электрическое сопротивление материала проволоки. Зная длину проволоки L {displaystyle L} , расстояние l {displaystyle l} от края проволоки до ползунка и напряжение U 0 {displaystyle U_{0}} между концами проволоки, можно определить напряжение U K {displaystyle U_{K}} (равное U x {displaystyle U_{x}} ) между ползунком и концом проволоки:

U x = U K = − U 0 R 1 R 0 = − U 0 ρ l S ρ L S = − U 0 l L . {displaystyle U_{x}=U_{K}=-U_{0}{frac {R_{1}}{R_{0}}}=-U_{0}{frac {rho {frac {l}{S}}}{rho {frac {L}{S}}}}=-U_{0}{frac {l}{L}}.}

Реохорды, представляющие собой кусок проволоки, в современных потенциометрах практически не применяют, только иногда используются в демонстрационных целях. Современный реохорд представляет собой переменных резистор, обычно выполнен в виде однослойной спиральной намотки высокоомной проволоки на прямолинейное или тороидальное основание (каркас). Название «реохорд» в потенциометрах прочно закрепилось за этими переменными резисторами.

В качестве источника опорного напряжения (ИОН) исторически применялись электрохимические источники стабильного во времени и воспроизводимого напряжения — нормальные электрохимические элементы. В современных потенциометрах в качестве источников опорного напряжения применяют обычно полупроводниковые прецизионные ИОНы — термокомпенсированные стабилитроны и ИОНы «запрещённой зоны».

Если нагружение источника известного напряжения на резистивный делитель напряжения недопустимо, например, в случае применения источников с высоким внутренним сопротивлением, то по этому источнику предварительно калибруют другой источник с достаточно малым внутренним сопротивлением.

При балансе напряжений резистивного делителя и опорного напряжения ток через нуль-индикатор (гальванометр) равен нулю. Таким образом, источник опорного напряжения работает при балансе в режиме холостого хода, что позволяет использовать в качестве источников опорного напряжения прецизионные источники с высоким внутренним сопротивлением, например, нормальные электрохимические элементы. Аналогично, по этой же причине возможно измерение ЭДС источников неизвестного напряжения с высоким внутренним сопротивлением без искажения результата измерения, например, ЭДС электрохимических потенциометрических датчиков.

Устройство

Попробуем разобраться – потенциометр, что это такое в общих чертах? Обычная схема прибора включает в себя резистор, контакты и отводы. Некоторые модели оснащаются диодами, ключи для различных вариаций обладают отличием по проводимости. Обычно в конструкции используются резисторы пассивного типа, а пара контактов расположена в нижнем отсеке корпуса.

Другие модели отличаются реостатными ключами с подвижными контактами, которые имеют высокую токопроводность. Полоса пропускания заряда зависит от частоты среза, в среднем это 2 тысячи КГц. Кроме того, выпускаются вариации с питанием двух полярностей, используются они сугубо в вычислительных устройствах. Калибровка прибора осуществляется на мостовых схемах, подсоединение проводится через пару специальных выводов. Разброс сопротивления по минимуму составляет 2 процента, отрицательное напряжение достигает показателя в 3,5 вольта. Стоимость приспособлений варьируется в пределах 300-600 рублей.

Как работает потенциометр?

Традиционный потенциометр имеет ось, на которой размещается ручка для изменения сопротивления, и 3 вывода.

Два крайних вывода соединены электропроводным материалом с постоянным сопротивлением. Фактически это постоянный резистор. Центральный вывод потенциометра соединен с подвижным контактом, который перемещается по электропроводному материалу. В результате изменения положения подвижного контакта изменяется и сопротивление между центральным выводом и крайними выводами потенциометра.

Таким образом, потенциометр может изменять свое сопротивление между центральным контактом и любым из крайних контактов от 0 Ом до максимального значения, указанного на корпусе.

Схематически потенциометр можно представить в виде двух постоянных резисторов:

Как рассчитать его сопротивление? Эта схема напоминает довольно известную схему так называемого делителя напряжения.

В делителе напряжения крайние выводы резисторов подключены между питанием Vcc и массой GND. А средний вывод с GND создает новое более низкое напряжение.

Выходное напряжение можно расчитать по следующей формулы:

Uвых = Uвх*R2/(R1+R2)

Если у нас есть резистор с максимальным сопротивлением 10 кОм и его ручку перевести в среднее положение, то мы получим 2 резистора со значением 5 кОм. Подав напряжение 5 вольт на вход, на выходе делителя мы получим напряжение:

Uвых = Uвх * R2/(R1+R2) = 5*5000/(5000+5000) = 5*5/10 = 5*1/2 = 2,5В

Выходное напряжение оказалось равным половине входного напряжения.

А что же произойдет, если мы повернем ручку так, что центральный вывод соединиться с выводом Vcc?

Uвых = Uвх*R2/(R1+R2) = 5*10000/(0+10000) = 5*10000/10000 = 5*1 = 5В

Так как сопротивление резистора R1 уменьшилось до 0 Ом, а сопротивление R2 увеличилась до 10 кОм, на выходе мы получили максимальное выходное напряжение.

Что будет, если мы повернем ручку до упора в противоположную сторону?

Uвых = Uвх*R2/(R1+R2) = 5*0/(10000 0) = 5*0 = 0В

В этом случае сопротивление R1 будет иметь максимальное сопротивление 10 кОм, а сопротивление R2 упадет до 0. Фактически на выходе напряжение будет отсутствовать.

потенциометр 2017-07-12

С тегами: потенциометр

Основное разделение потенциометров:

а) характер изменения сопротивления:

• линейные (обозначаются буквой A) – изменение сопротивления прямопропорционально углу поворота скользящего контакта;
• логарифмические (обозначаются буквой B) – изменение сопротивления происходит с начала быстро, потом замедляется;
• экспоненциальные (обозначаются буквой C) – изменение сопротивления происходит с начала медленно, потом ускоряется. Обратите внимание, иногда обозначение типа потенциометра (буквами A, B, C) может быть иным в зависимости от производителя потенциометра, поэтому вы должны проверять это по техническому описанию конкретного экземпляра.

б) типа корпуса:

— монтажные (под пайку на плату);

— оборотные стационарные (размещаемые на корпусе );

— ползунковые (линейные);

Тип	Описание	Применение
Ползунковый потенциометр	Одинарный ползунковый линейный потенциометр предназначен в основном для аудио устройств. Высококачественные резисторы часто изготавливают из проводящего пластика.	Для одного канала
Двойной ползунковый потенциометр	Двойной потенциометр, так же как и сдвоенный оборотный потенциометр позволяет регулировать два независимых канала.	Часто используется для управления стерео в профессиональной аудиосистеме и других устройствах, где необходимо управлять двумя каналами одновременно.
Многооборотный ползунковый потенциометр	Имеет шпиндель, который переводит вращательное движение в поступательное линейное перемещение движка потенциометра по резистивному элементу.	Используется там, где требуется высокая точность и разрешение. Многооборотный ползунковый потенциометр используются в качестве подстроичника на печатной плате, но не так часто, как поворотный многооборотный.

Конструкция потенциометра

Потенциометр чаще всего имеет 3 вывода: два вывода соединены друг с другом путем постоянного сопротивления, третий вывод имеет подвижной контакт, который перемещается по поверхности постоянного сопротивления.

Потенциометр как электронный компонент

Применение

В электрических цепях используются механические и интегральные потенциометры. Оба служат одной цели — осуществляют регулировку какого-либо параметра, например, громкости звука в колонках. Интегральная схема управляется входящими электронными сигналами, она удобна в автоматизированных системах.

Чем можно заменить

В большинстве электронных схем потенциометр может быть без ущерба заменён одним или двумя реостатами, а также кассетным переключателем с резисторами различного номинала. Кроме того, если нужно поддерживать постоянство параметров, роль потенциометра могут играть два обыкновенных резистора.

Особенности потенциометров для измерения сверхмалых напряжений[править | править код]

При измерении сверхмалых напряжений (на уровне микровольт — долей милливольта) становится существенным искажение результата измерения от термо-ЭДС «паразитных» термопар, образующихся в точках электрического соединения разнородных проводниковых материалов (например, медных проводников и высокоомных проводников переменных резисторов), если температура этих соединений (спаев) не равна. Без применения специальных мер значения паразитных термо-ЭДС могут достигать десятков микровольт. Например, термо-ЭДС пары медь — оловянно-свинцовый припой составляет около 3-7 мкВ/К, что при значении измеряемых напряжений в единицы-десятки микровольт может дать относительную погрешность измерения в несколько десятков процентов, что обычно недопустимо. Поэтому при конструировании подобных потенциометров прибегают к специальным мерам для снижения паразитных термо-ЭДС. Радикальная мера — тщательная термоизоляция прибора от наружной среды, иногда — термостатирование. Для пайки электрических соединений применяют припои, дающие малые термо-ЭДС в паре с медью, например, оловянно-кадмиевые припои, термо-ЭДС которых в паре с медью менее 0,3 мкВ/К.

Пример подключения № 1: Переменный резистор

Если вам нужен простой резистор, сопротивление которого вы хотите изменить, вам понадобятся только два контакта: средний и один из боковых.

На изображении выше показана простая схема для управлением светодиода. Дополнительный резистор предназначен для того, чтобы вы не погасили светодиод, даже если вы измените сопротивление потенциометра на ноль.

Поверните вал потенциометра в одном направлении, и сопротивление возрастет. Поверните его в другом направлении, и сопротивление уменьшится.

Сферы применения

Простая конструкция прибора гарантировала потенциометру применение по всему миру. На сегодняшний день такое оборудование используется повсеместно и может выполнять различные функции. Потенциометр может выступать в качестве:

• приемника ;
• датчика ; 
• подстроечного устройства ;
• делителя напряжения.

Также устройства используют и в вычислительных машинах. Элементы выполняющие расчетные функции часто имеют в своей конструкции такой тип резистора.
Широкое применение они имеют также в бытовой технике, например, в регуляторе громкости в аудиосистеме, где они фактически могут выполнять роль энкодера.

На сайте Eltaltd вы сможете найти потенциометры производства Eltra и ABB. При возникновении вопросов обращайтесь к менеджерам консультантам по указанным номерам или посредством онлайн-чата.

 На страницах нашего блога также можно прочитать про >>> ПРИВОДНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ: ВИДЫ, НАЗНАЧЕНИЕ, ПРИМЕНЕНИЕ <<< или более подробно узнать >>> ЧТО ТАКОЕ РЕЛЕ. ВИДЫ РЕЛЕ. <<<    

Подписывайтесь на наши обновления:

       

Регистрирующие и самопишущие автоматические потенциометры[править | править код]

Помимо измерительных потенциометров, в которых балансировка (изменение сопротивлений резистивного делителя до достижения равенства измеряемого напряжения и напряжения, снимаемого с реохорда) выполняется вручную, существуют потенциометры с автоматической балансировкой. Автоматические устройства широко используются, например, в самопишущих регистрирующих приборах (самописцах процессов на бумажной ленте), которые до сих пор распространены в системах управления производственными процессами. Электромеханические потенциометры постепенно вытесняются цифровыми устройствами хранения и отображения информации.

Принцип действия автоматических потенциометров основан на применении следящего электромеханического контура автоматического регулирования. Измеряемое напряжение и напряжение с движка реохорда подаются на дифференциальный усилитель рассогласования, выход которого через усилитель мощности управляет реверсивным электродвигателем. Электродвигатель через механические элементы (тросики, шестерни) перемещает движок реохорда в нужную сторону так, чтобы свести сигнал рассогласования к нулю. Движок реохорда жёстко связан с указывающей стрелкой, перемещающейся по оцифрованной в единицах измеряемой величины шкале. Шкала не обязательно должна быть оцифрована в единицах напряжения; например, при работе прибора в комплекте с каким-либо термопреобразователем может быть оцифрована в градусах температуры; при работе со стеклянным электродом может быть оцифрована в единицах pH (pH-метр). В самопишущих приборах одновременно со стрелкой перемещается перо по бумаге. Перо чертит на бумаге линию и тем самым регистрирует изменение измеряемой величины, обычно, в зависимости от времени.

Подключение устройства

Последовательность действий для подключения потенциометра выглядит следующим образом:

1. Расположить прибор так, чтобы рычаг для регулирования напряжения был направлен вертикально вверх, а места крепления электрических проводов были под рукой. Последние для меньшей путаницы лучше заранее пронумеровать цифрами от 1 до 3 слева направо.
2. Клемму под первым номером нужно соединить с заземляющим устройством. Для этого нужно подобрать провод необходимой длины и припаять его.
3. Точка, обозначенная как «2», предназначена для запайки провода, отправляющего напряжение на выход.
4. Место под номером 3 подлежит припайке ко входу электрической схемы.
5. После того, как были выполнены все предыдущие шаги, необходимо проверить работу аппарата. Для этого можно воспользоваться обычным прибором для измерения напряжения или ЭДС в электрических цепях. Во время проверки нужно повращать движок устройства от минимального до максимального положения.
6. Убедившись в слаженной работе оборудования, нужно расположить его в рамках требуемой схемы (электрогитара, магнитофон и т.д.) По завершении процедуры следует закрыть электросхему защитной крышкой.

Драгоценные маталы в потенциометрах:

В ЭПП-09М и ЭПВ-2-11А содержится 1.441 гр. серебра, но нет золота, палладия и платины. В ЭПР-09 содержание серебра равно 2.832 грамма, а палладия – 11.859, но золота и платины нет. В ЭППВ-60 не содержится золота, платины и палладия, как и в ЭПП-09М и ЭПВ-2-11А, однако содержание серебра – 0.181. Содержание серебра в ЭПВ-2 равняется 1.86 г., а золото, палладий и платина отсутствуют. В P-39, P-37-1, P-37/1, P-363-1, P-363-2 и P-363-3 нет золота, палладия и платины, однако содержание серебра в P-39 равняется 63.081, в P-37-1 – 14.161, в P-37/1 – 14.992, в P-363-1 – 28.547. В P-363-2 также содержится 28.547 грамма серебра, а в P-363-3 – 50.781. В P4833 нет ни платины, ни палладия, но содержание золота – 0.036, а серебра – 6.68. В P-363 нет платины, золота и палладия, однако содержание серебра – 18.4. В потенциометрах P-362/2, P-355, P-348, P-306, P-307, ПП-63 нет ни золота, ни серебра, ни платины, ни палладия. Содержание серебра в P-362/2 равно 28.547, в P-355 – 18.76, в P-348 – 7.88. В P-306 содержится 7.241 граммов серебра, в P-307 – 15.713, а в ПП-63 – 1.0572. В ПЗ-9 золото – 0.359, а серебро – 30.119. В ПДС-021 содержится 0.411 гр. серебра. В ПДП4-002 нет платины, содержание золота – 0.549, серебра – 3.143, а палладия – 12.54. В потенциометре ПДП-4-002 содержится 0.5 г. золота и 1.566 г. палладия. В ПДП-4 серебро – 05, палладий – 1.761. В П5-28 Au – 0.287, Ag – 217.33, Pd (палладий) – 0.8. В П5-27 Au – 0.63, Ag – 181.03, Pd – 1.59. В потенциометре П5-25 Au – 0.18, Ag – 295.7, Pd – 1.023. В П3-26 Au – 0.22, Ag – 171.58, Pd – 1.59. В ОД-61 15.031 г. серебра. В ЛПМ-60 1.22 г. палладия. В ЛОМО-200 1.48 г. серебра. В ЛКД-4 Au – 0.6, Ag – 4.6, Pd – 12.5. В потенциометрах КСУ1-080, КСУ1-079, КСУ1-066 и КСУ1-065 Au – 0.447, Pd – 6.389. В КСУ1-076, КСУ1-075, КСУ1-062 и КСУ1-061, КСУ1-036 Au – 0.127, Pd – 2.969. В КСУ1-074, КСУ1-073, КСУ1-072, КСУ1-071, КСУ1-060, КСУ1-059, КСУ1-058 и КСУ1-057 Au – 0.447, Pd – 9.44.

Как действует на двигатель потенциометр?

Нередко владельцы современных автомобилей пытаются выжать предельную мощность из авто, нажимая до упора педаль акселератора. Такое решение не приносит успеха, поскольку агрегация между силовым агрегатом и педалью газа происходит через специальный датчик дроссельной заслонки (потенциометр). “Мерседес”, “БМВ”, “Фольксваген” и большинство других иномарок оснащены подобным устройством.

Прибор предназначен для регулировки подачи топлива в двигатель дозированными порциями. Кроме того, приспособление отслеживает динамику нажима на педаль акселератора и определяет число оборотов на холостом ходу. Составляющими элементами потенциометра для автомобиля являются два резистора, один из которых стабильного типа, второй – изменяемый аналог. Суммарное сопротивление элементов равняется 8 кОм.

Виды по «конусу» — характеру изменения сопротивления

«Конусом» или «законом» называется взаимосвязь между сопр. и положением скребка. Контролируется изготовителем. Возможно любое соотношение, но для большинства задач хватит ПТ линейных и логарифмических («звуковой конус»).

Может использоваться буквенный код, но такой не стандартизированный, у разных производителей может быть иным, но обычно маркировка такая:

• Азия и США. А — для логарифмической, C — для обратной логарифмической (редкие, экспоненциальные) и B — для линейной конусности;
• Европа — А для линейной, C и B для логарифмической, F — для обратной ее разновидности.

Объяснение

Процентное соотношение, касающееся нелинейного конуса, относится к показателю сопр. в средней точке вращения вала. Конус бревна на 10 % измеряет 10 % общего R на ней. То есть 10% логарифм. конуса на ПТ 10 кОм дает 1 кОм на указанной отметке. Выше процент — круче логарифм. кривая.

Проверка

Проверка потенциметра делается мультиметром:

• выставляется режим замеров сопротивления, щупами касаются двух крайних контактов — тестер должен показать значение, равное номинальному с допустимым отклонением. Ползунок двигают — наблюдают, как меняется R на дисплее мультиметра;
• проволочная намотка может быть оборванной, могут отойти контакты — тогда обрыв проверяется стандартно — тестер ставят на «прозвонку», касаются щупами двух крайних контактов: 1 — обрыв; 0, цифровые значения, стремящиеся к нему или пищание (если есть зуммер) — цепь цела.

Как выбрать

Процесс, как подобрать делитель напряжения предполагает изучение таких параметров (часть данных есть в ГОСТе 10318):

• первоочередные, номиналы по:
  • сопротивлению;
  • предельному раб. напряжению;
  • по мощности (рассеиванию);
• другие:
  • допуск (погрешности);
  • температурный коэффициент сопротивления (как t влияет на R);
  • износоустойчивость;
  • уровень шумов;
  • функциональная зависимость («конус).

Ремонт

Если отвалился контакт, его можно спаять, но обычно это сложно сделать, тем более невозможно починить механически поврежденную дорожку или проволоку. При подобных поломках функциональных частей, особенно резистивного сегмента, переменники не ремонтируются.

Если функциональные части без механических повреждений, то можно попробовать такие методы:

• восстановить чувствительную дорожку:
  • o   легонько отогнуть пружинку подвижного контакта грифелем простого карандаша (состоит из углерода) провести по сенситивному слою. Метод для тонкопленочных моделей;
  • o   тот же грифель растереть, смешать с литолом или подобной смазкой, смазать дорожку, по которой ходит ползунок;
• очистка от загрязнений при неразборном корпусе: сделать маленьким сверлом отверстие (Ø 1 мм) в корпусе, залить шприцем спирт, прокрутить несколько раз ручку.