Потенциометр принцип работы кратко

Обновлено: 07.07.2024

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.

Если вы не знакомы с потенциометром, то в начале может показаться, что он сложен для понимания. Но это не совсем так. Посмотрите примеры подключения в конце, чтобы увидеть его в действии.

Что такое потенциометр?

По своей сути - это резистор. Но, если значение классического сопротивления резистора остается неизменным, в случае с потенциометром вы можете изменить значение сопротивления, повернув его движок.

Он имеет три контакта, и условное обозначение выглядит следующим образом:

Между двумя боковыми контактами потенциометра находится полоса резистивного материала. Например, такого как углерод. Этот материал создает сопротивление.

Мы называем средний контакт - скользящим контактом.

При перемещении движка влево сопротивление между средним и левым контактами уменьшается. И сопротивление между средним и правым контактами увеличивается.

Переместите движок вправо, и произойдет обратное.

Когда вы покупаете потенциометр, вы должны выбрать значение. Например 100 кОм. Эта величина является сопротивлением между двумя крайними контактами. И это самое большое значение сопротивления, которое вы можете получить от него.

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.

Пример подключения №2: странное подключение

Иногда вы видите потенциометр на принципиальной схеме, подключенной так:

Средний и нижний контакты соединены. Зачем?

И как это влияет на сопротивление?

Этот способ подключения фактически равен подключению только двух контактов. Подключение третьего контакта к среднему контакту не влияет на сопротивление вообще.

Так зачем это делать?

Все просто - некоторые люди предпочитают именно такое подключение в силу особенностей своих схем.

Пример подключения № 3: вход громкости

В этом примере используются все три контакта потенциометра для создания простого способа регулировки громкости усилителя.

Подключив его таким образом, вы получите делитель напряжения который уменьшает напряжение входного сигнала. Чем больше вы поворачиваете движок, тем больше вы уменьшаете громкость.

Реализация такой схемы с потенциометром очень распространена в аудиооборудовании.

Потенциометр – это переменный резистор, сопротивление которого можно регулировать механическим способом от 0 до номинала. Потенциометры используются в качестве делителя напряжения для его плавной регулировки.

Устройство и принцип действия потенциометра

Потенциометр состоит из следующих элементов, указанных на схеме:

резистивное вещество, определяющее номинал сопротивления с вмонтированными по обоим краям выводами 1 и 2;
подвижный ползунок, соединенный с контактом 3, передвигаемый для увеличения-уменьшения сопротивления;
ручка для управления.

Потенциометр (переменный резистор) оснащён ручным управлением. По центральной оси выводится ручка, при повороте которой можно изменить положение ползунка. Потенциометры Meyertec встроены в пластиковый корпус для монтажа в отверстие 22,5 мм.

Принцип действия потенциометра заключается в следующем. При механическом повороте ручки ползунок передвигается по плоскости подковы с резистивным веществом. Вследствие этого сопротивление изменяется между выводом 3 и выводами 1 и 2. Если на выводы 1 и 2 подать ток, то между ними и выводом 3 получается выходное напряжение. Таким образом потенциометр выполняет функции делителя напряжения.

Применение и принцип работы потенциометра с другими устройствами

Внешний потенциометр в промышленности может применяться для управления станками обработки, вентиляцией, температурой различных видов печей и т.д.

Принцип работы потенциометра обеспечивает управление регулятором мощности: мы вручную изменяем уровень напряжения на выходе регулятора. Когда ручка потенциометра повернется и займет, например, среднее положение (5 делений из 10) напряжение на выходе регулятора мощности станет равным половине входного - т.е. 380/2=190В. Таким образом при помощи потенциометра мы можем задать выходное напряжение на регуляторе.

Подключая внешний потенциометр к частотному преобразователю, мы можем вручную регулировать скорость исполнительного механизма, например, электродвигателя. Если задать стандартные уставки скорости двигателя от 0 до 50 Гц, то в крайнем левом положении потенциометра скорость двигателя будет равна 0, а в крайнем правом положении двигатель выйдет на номинальную скорость вращения.

Как выбрать потенциометр

Главную роль при выборе потенциометра играет номинал его полного сопротивления – это уровень сопротивления между неподвижными контактами. Выбирать потенциометр следует опираясь на номинал внешнего переменного резистора, указанный в руководстве по эксплуатации конкретного прибора. Например, для преобразователей частоты ОВЕН ПЧВ1, ПЧВ2, ПЧВ3 используются потенциометры номиналов 1 кОм, 5 кОм, 10 кОм, для регуляторов мощности Meyertec DRU3-125/150/200 - 10 кОм.

В некоторых случаях необходимо принять во внимание и другие параметры, а именно:

угол поворота регулировочного узла;
погрешность;
износостойкость;
тепловое сопротивление при нагреве;
рабочая температура.

Почему это важно? При работе оборудования в закрытом пространстве потенциометр не должен перегреваться.

При работе с преобразователями частоты и регуляторами мощности ток в потенциометрах Meyertec небольшой, тепловые потери незначительные, поэтому отводить тепло не требуется.

Важно! Перед пуском схемы в работу необходимо проверить все места пайки и изоляции, а также соблюдать правила техники безопасности.

Потенциометр — регулируемый вручную переменный резистор с 3 выводами. Два его вывода подключены к обоим концам резистивного элемента, а третий вывод (движок) подключен к скользящему контакту, который перемещается по резистивному элементу. Положение движка определяет выходное напряжение потенциометра.

Потенциометр по сути своей функционирует в качестве переменного делителя напряжения. Резистивный элемент можно представить как два последовательно соединенных резистора, где положение движка определяет соотношение сопротивления первого резистора ко второму резистору.

Потенциометр также широко известен как переменный резистор. Наиболее распространенной формой является однооборотный переменный резистор.

Этот тип переменного резистора часто используется в аудио системах для регулирования громкости (логарифмический тип), а также во многих других устройствах.

При производстве потенциометра используются различные резистивные материалы: углерод, металлокерамика, проволока, электропроводный пластик, металлическая пленка.

На принципиальных схемах потенциометр обозначается следующим образом:

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 );

Тип	Описание	Применение
Однооборотные	Вращение движка осуществляется на один оборот (примерно 270 градусов или 3/4 полного оборота)	Наиболее часто такие потенциометры используется в устройствах, где одного оборота вполне достаточно для осуществления регулировки.
Многооборотные	Движок резистора может совершать несколько оборотов (в основном 5, 10 или 20) для повышения точности. В них, как правило, резистивный элемент имеет спиральную или винтовую форму.	Они используется там, где требуется высокая точность и разрешение. Многооборотные потенциометры часто используются в качестве подстроечных резисторов на печатной плате.
Сдвоенные	Сочетает в себе два отдельных резистора на одном валу, что позволяет осуществлять параллельную регулировку двух каналов. Наиболее распространены потенциометры с линейным и логарифмическим сопротивлением.	Используется, например, в стерео регуляторах громкости аудио или других устройствах, где необходимо одновременно отрегулировать сразу два независимых канала.

— ползунковые (линейные);

Ползунковый потенциометр

Двойной ползунковый потенциометр

Многооборотный ползунковый потенциометр

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.

Принцип действия потенциометра

Потенциометр работает как делитель напряжения, с той лишь разницей, что вращение ручки приводит к изменению положения контакта (2) и тем самым изменяется соотношение сопротивлений резисторов R1 и R2:

Регулировка громкости звуковой системы, фиксация положения пальца на сенсорном экране и определение появления в автомобиле человека – вот всего лишь несколько примеров использования переменных резисторов в повседневной жизни. Возможность изменять сопротивление – это возможность взаимодействовать, поэтому переменные резисторы можно найти во множестве вещей. (Всё, что необходимо знать о постоянных резисторах, описано в предыдущей статье).

Принципы одинаковы, но способов разделения напряжения существует довольно много. Рассмотрим, что лежит в основе верньеров, реостатов, мембранных потенциометров, резистивных сенсорных экранов, а также датчиков изгиба и растяжения.

Потенциометры, по сути – это делители напряжения. Это метод разделения заданного напряжения на меньшие значения. Согласно схеме, у потенциометра (серый) есть три точки соединения. Средняя – переменная (обозначена стрелкой), и она контактирует с материалом резистора внутри где-то в одной из точек протяжённого резистора.

Напряжение между регулируемой точкой и одной из оставшихся (концов резистора) определяется сопротивлением между ними. Если соединены только две точки, тогда у нас получится переменный резистор, или реостат.

На фото – потенциометр с цилиндрической поворотной ручкой. Круглая пластиковая ручка громкости на вашей звуковой системе прячет один из таких потенциометров. Обратите внимание на три контакта, из которых средний соединён с переменной точкой. На фото изображён новый потенциометр. А вот статья о том, как я использовал такое устройство на усилителе, сделанном из банки из-под арахисового масла.

У потенциометров может быть линейный или логарифмический диапазон сопротивления. Линейный означает, что при повороте ручки сопротивление меняется линейно. Если повернуть её на четверть, сопротивление изменится на четверть.

Но если так будет с ручкой громкости, нашим ушам покажется, что громкость растёт слишком быстро; так происходит из-за особенностей восприятия звуков мозгом. Поэтому для ручки громкости лучше использовать потенциометр, чьё сопротивление меняется логарифмически. На графике показано, как меняется громкость при повороте ручки, как для линейного, так и для логарифмического потенциометра. Некоторые потенциометры обеспечивают лишь псевдо-логарифмический рост, и они дешевле тех, что дают настоящий логарифм. Они состоят из двух линейных частей, встречающихся на 50% поворота. Их работа также отражена на графике.

Логарифмическое поведение достигается изменением формы резистивного элемента – его ширина меняется по всей длине. Поэтому потенциометры часто делят на линейно сужающиеся и логарифмически сужающиеся.

Ещё одна разновидность потенциометра – подстроечное сопротивление, или триммер. Они меньше размером, и используются на электронных платах. Подстраиваются одни обычно один раз, или очень редко – только для калибровки схемы.

Триммеры

Эквалайзер

Не все потенциометры работают с вращением. Они могут быть сделаны и в форме ползунов, как на фото с эквалайзером. Такие ползуны подвержены попаданию грязи, нарушающей их работу – именно такая проблема появилась у клавиатуры на фото (это моя клавиатура, и её ползуны действительно трудно передвигать).

Как я уже упомянул, при подсоединении только двух контактов потенциометр часто называют реостатом. Реостаты обычно используются для больших токов, и, конечно же, не только для регулировки громкости.

Чтобы работать с большими токами, они обычно делаются при помощи провода, намотанного на изолированный сердечник, по которому ходит скользящий контакт. Вспомним символ потенциометра, у которого использовано три контакта. Поскольку здесь мы подключаем два контакта, мы используем другой символ; сопротивление со стрелочкой (не подсоединённой) поперёк. На изображении ниже вы можете видеть два варианта этого символа – по стандартам IEEE и IEC.

Мембранный потенциометр состоит из гибкой диэлектрической, часто прозрачной мембраны с присоединённой снизу полоской сопротивления.

Ниже её находится основание, на поверхности которого нанесена токопроводящая дорожка. Когда палец, или другой объект прикасается к мембране, полоска устанавливает контакт с дорожкой. В результате на контактах полоски появляется напряжение. Оно зависит от того, в каком месте полоска соприкоснулась с дорожкой. Схема тут та же, что и самая первая схема на странице для потенциометра.

Сопротивление мембранного потенциометра SoftPot с сайта Sparkfun меняется линейно от 100 Ом до 10 кОм с номинальной мощностью в 1 Вт.

В случае, когда контакт не постоянен (например, он возникает только при нажатии пальцем), в схеме необходим подтягивающий резистор (к примеру, 100 кОм). Но у некоторых мембранных потенциометров есть магнит или скользящий контакт, всегда давящий на мембрану и поддерживающий постоянный контакт.

Резистивный сенсорный экран похож на мембранный потенциометр, только резистивный материал есть на обоих его слоях, причём материал прозрачный. Передняя мембрана гибкая и также прозрачная, так что палец или стилус может надавить на неё и создать контакт. Технология использовалась в некоторых дешёвых карманных компьютерах или детских игрушках. Она всё ещё применяется, но революция смартфонов произошла благодаря ёмкостным экранам, не требующим гибкой мембраны.

Для 4-проводного резистивного сенсорного экрана напряжение подаётся на верхний слой, а результат считывается с нижнего, и таким образом считывается координата X. Затем всё происходит наоборот и получается координата Y. Всё это происходит за миллисекунды, и опрос экрана проводится непрерывно.

Все подсчёты ведутся вспомогательным контроллером. Резистивные экраны не такие отзывчивые, как ёмкостные, и для высокой точности обычно требуется стилус. Используются в очень дешёвых смартфонах.

Датчики давления состоят из токопроводящего полимера, в котором есть проводящие и непроводящие частицы. Он расположен между двумя проводниками, переплетёнными, но не соединёнными. Прижимание полимера к проводникам создаёт контакт. Увеличение силы или площади нажатия увеличивает проводимость и уменьшает сопротивление. Без нажатия сопротивление конструкции может быть более 1 МОм, а точность обычно составляет около 10%. Этого достаточно для использования в музыкальных инструментах, протезах, датчиках наличия человека в машине и портативной электроники.

Гибкий датчик – это резистивный материал, например, углерод, нанесённый на гибкую мембрану. При изгибании датчика материал растягивается и сопротивление увеличивается пропорционально радиусу изгиба. Судя по одной из спецификаций, сопротивление плоского датчика в 10 кОм может удваиваться при сгибании его на 180 градусов, когда оба конца соединяются. Распространённый пример – пальцы в игровых перчатках, такие, как в контроллере Nintendo Power Glove (в одном из проектов его хакнули для управления квадрокоптером). Сгибание пальцев приводит к изменению сопротивления, показывающему степень сгиба.

Датчик растяжения работает по тому же принципу, только его сопротивление увеличивается при растяжении. Резиновый шнур с углеродом выглядит, как шнур для банджи. Судя по одному примеру с Adafruit, 6-дюймовый шнурок сопротивлением 2,1 кОм при растяжении до 10" меняет сопротивление до 3,5 кОм. Ещё один пример – проводящая нить из стальных волокон, смешанных с полиэстером, а ещё бывают датчики в виде резинок или ремней.

Читайте также: