Čo je potenciometer?

Potenciometer je definovaný ako 3 vývodový variabilný odpor, v ktorom sa odpor manuálne mení tak, aby sa reguloval tok elektrického prúdu. Potenciometer funguje ako nastaviteľný delič napätia.

Ako funguje potenciometer?

Potenciometer je pasívny elektronický komponent. Potenciometre pracujú tak, že menia polohu posuvného kontaktu cez jednotný odpor. V potenciometri sa celé vstupné napätie privádza po celej dĺžke odporu a výstupné napätie predstavuje pokles napätia medzi pevným a klzným kontaktom, ako je to znázornené nižšie.

Principiálna schéma potenciometra.

Potenciometer má dve svorky vstupného zdroja pripevnené na koniec odporu. Na nastavenie výstupného napätia sa posuvný kontakt pohybuje pozdĺž rezistora na výstupnej strane. To sa líši od reostatu - premenlivého odporu, kde je jeden koniec pevný a posuvná svorka je pripojená k obvodu, ako je znázornené nižšie.

Principiálna schéma reostatu - premenlivého odporu.

Toto je veľmi základný prístroj používaný na porovnávanie emf dvoch buniek a na kalibrovanie ampérmetra, voltmetra a wattmetra. Základný pracovný princíp potenciometra je pomerne jednoduchý. Predpokladajme, že sme prepojili dve batérie paralelne cez galvanometer. Záporné vývody batérie sú navzájom spojené a vývody kladných batérií sú tiež spojené pomocou galvanometra, ako je to znázornené na obrázku nižšie.

Pokiaľ je elektrický potenciál v oboch článkov batérie presne rovnaký, v obvode nie je žiadny cirkulujúci prúd a galvanometer teda vykazuje nulovú výchylku. Pracovný princíp potenciometra závisí od tohto javu.

Teraz uvažujme o ďalšom obvode, kde je batéria pripojená cez odpor pomocou spínača a reostatu, ako je to znázornené na obrázku.

Rezistor má po celej svojej dĺžke jednotný elektrický odpor na jednotku dĺžky. Pokles napätia na jednotku dĺžky rezistora je teda po celej jeho dĺžke rovnaký. Predpokladajme, že nastavením reostatu sa objaví pokles napätia V volt na jednotku dĺžky rezistora.

Teraz je kladný terminál štandardnej bunky pripojený k bodu A na odpore a záporný terminál tohto článku je spojený s galvanometrom. Druhý koniec galvanometra je v kontakte s odporom prostredníctvom posuvného kontaktu, ako je znázornené na obrázku vyššie. Úpravou tohto posuvného konca sa nájde bod, ako je B, kde nie je prúd cez galvanometer, a teda žiadne vychýlenie v galvanometri.

To znamená, že emf štandardnej bunky je práve vyvážený napätím, ktoré sa objavuje v odpore v bodoch A a B. Teraz, ak je vzdialenosť medzi bodmi A a B L, potom môžeme zapísať emf štandardnej bunky E = L_v volt.

Takto potenciometer meria napätie medzi dvoma bodmi (tu medzi A a B) bez toho, aby z obvodu odobral nejakú prúdovú zložku. Toto je špecialita potenciometra, ktorý dokáže presne merať napätie.

Typy potenciometrov

Existujú dva hlavné typy potenciometrov:

• Otočný potenciometer
• Posuvný potenciometer

Aj keď základné konštrukčné vlastnosti týchto potenciometrov sú rôzne, pracovný princíp oboch týchto potenciometrov je rovnaký. Upozorňujem, že ide o typy jednosmerných potenciometrov - typy striedavých potenciometrov sa mierne líšia.

Otočný potenciometer

Otočné potenciometre sú najbežnejšie používanými potenciometrami a to najmä jednodnoduchosti ich upevnenia. Slúžia na reguláciu vstupného / výstupného napätia, úrovne, alebo výkonu elektronických obvodov. Regulátor hlasitosti nízkofrekvenčného zosilňovača je jednoduchým príkladom otočného potenciometra, kde otočný gombík potenciometra riadi zosilnenie zosilňovača.

Tento typ potenciometra má dva koncové kontakty, medzi ktorými je v polkruhovom vzore umiestnený rovnomerný odpor. Zariadenie má tiež strednú svorku, ktorá je spojená s odporom prostredníctvom posuvného kontaktu pripevneného otočným gombíkom. Otočením gombíka je možné posúvať posuvný kontakt na polkruhovom odpore. Napätie sa prijíma medzi odporovým koncovým kontaktom a klzným kontaktom. Potenciometre tohoto typu je možné vidieť aj ako spojené / spriahnuté pomocou stredovej osy s ďalším potenciometrom. Vtedy sa jedná o tandemové prevedenie, čiže otočením stredovéj časti regulujeme v rovnakom momente a polohe obe stredové kĺzne kontakty. Rovnako je možné prevedenie zo sieťovým spínačom.

Posuvný potenciometer

Posuvný potenciometer je v podstate rovnaký, ale jediným rozdielom je, že tu sa namiesto rotačného pohybu posuvný kontakt pohybuje lineárne po odpore. Tu sú dva konce priameho odporu pripojené cez zdrojové napätie. Posuvný kontakt môže byť posúvaný po rezistore dráhou pripevnenou spolu s rezistorom. Terminál pripojený k posuvnému je pripojený k jednému koncu výstupného obvodu a jeden z terminálov rezistora je pripojený k druhému koncu výstupného obvodu. Tento typ je s obľubou využívaný v audiotechnike a rovnako môže byť v jednoduchom, alebo tandemovom prevedení.

Digitálne potenciometre

Digitálne potenciometre tvoria tri koncové zariadenia, dve pevné koncové svorky a jedna svorka zberača, ktorá sa používa na zmenu výstupného napätia. Mechanické potenciometre však trpia niektorými vážnymi nevýhodami, ktoré ich robia nevhodnými pre aplikácie, kde sa vyžaduje presnosť. Veľkosť, znečistenie zberačov, mechanické opotrebenie, drift odporu, citlivosť na vibrácie, vlhkosť atď. Sú niektoré z hlavných nevýhod mechanického potenciometra. Preto, aby sa prekonali tieto nedostatky, digitálne potenciometre sú častejšie v aplikáciách, pretože poskytujú vyššiu presnosť.

Obvod digitálneho potenciometra

Obvod digitálneho potenciometra sa skladá z dvoch častí, z ktorých prvá pozostáva z odporového prvku spolu s elektronickými spínačmi a potom z ovládacieho obvodu zberača. Obrázok nižšie zobrazuje obe časti.

Prvá časť je skupina odporov a každý uzol je pripojený k spoločnému bodu W, s výnimkou koncových bodov A a B, prostredníctvom dvojcestného elektronického spínača. Terminál W je terminál zberača. Každý z prepínačov je navrhnutý pomocou technológie CMOS a iba jeden zo všetkých prepínačov zo všetkých je v zapnutom stave v ktoromkoľvek danom čase činnosti potenciometra.

Spínač, ktorý je v polohe ON, určuje odpor potenciometra a počet spínačov určuje rozlíšenie zariadenia. Teraz, ktorý prepínač má byť zapnutý, je riadený riadiacim obvodom. Riadiaci obvod pozostáva z registra RDAC, ktorý je možné zapisovať digitálne pomocou rozhrania, ako je SPI, I2C, nahor / nadol alebo ho možno manuálne ovládať pomocou tlačidiel alebo digitálneho kódovača. Schéma vyššie ukazuje schému digitálneho potenciometra ovládaného pomocou tlačidla. Jedno tlačidlo slúži na „UP“ alebo zvýšenie odporu a druhé na „DOWN“, t.j. zníženie odporu.

Keď je digitálny potenciometer vypnutý, vo všeobecnosti je poloha zberača pri prostrednom spínači. Po zapnutí napájania, v závislosti od našich požiadaviek, môžeme odporu zvýšiť alebo znížiť vhodným stlačením tlačidla. Okrem toho majú pokročilé digitálne potenciometre zabudovanú pamäť, do ktorej je možné uložiť poslednú pozíciu zberača. Teraz môže byť táto pamäť nestáleho typu alebo trvalého typu v závislosti od aplikácie.

Napríklad v prípade regulácie hlasitosti zariadenia očakávame, že si zariadenie zapamätá nastavenie hlasitosti, ktoré sme použili naposledy, keď ho znova zapneme. Preto je tu vhodný trvalý typ pamäte, ako je EEPROM. Na druhej strane pre systémy, ktoré nepretržite prekalibrujú výstup a nie je potrebné obnovovať predchádzajúcu hodnotu, sa používa volatilná pamäť.

Výhody digitálnych potenciometrov

Výhody digitálnych potenciometrov sú:

• Vyššia spoľahlivosť
• Vysoká presnosť
• Na jeden čip je možné vložiť niekoľko potenciometrov malých rozmerov
• Zanedbateľný posun odporu
• Neovplyvňujú ho podmienky prostredia, ako sú vibrácie, vlhkosť, otrasy a kontaminácia zberačov
• Žiadna pohyblivá časť
• Tolerancia do ± 1%
• Veľmi nízky rozptyl energie až do desiatok miliwattov

Nevýhody digitálnych potenciometrov

Nevýhody digitálnych potenciometrov sú:

• Nie sú vhodné pre použitie vo vysokých teplotách a použitie s vysokým výkonom.
• V dôsledku parazitickej kapacity elektronických prepínačov sa v digitálnych potenciometroch uvažuje o šírke pásma. Je to maximálna frekvencia signálu, ktorá môže prechádzať cez odporové svorky s útlmom menej ako 3 dB v zberači. Prenosová rovnica je podobná rovnici dolnopriepustného filtra.
• Nelineárna rezistencia zberača dodáva harmonické skreslenie výstupného signálu. Celkové harmonické skreslenie (THD) kvantifikuje stupeň, v akom je signál degradovaný po prechode cez odpor.