Потенциометры. Виды и устройство. Работа и особенности

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.

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор

Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

Подробнее

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:

Потенциометр и реостат: в чем разница

РТ рассмотрим подробно, так как в процессе раскроются и свойства потенциометров. Итак, тот же переменный резистор можно монтировать на схему по двум вариантам, создается два режима:

• параллельное включение — ПТ. Подключение потенциометра использует обычно все 3 контакта.
• последовательное — реостат. Используются только 2 контакта.

«Потенциометр» и «реостат» это просто разные варианты включения одного и того же переменного резистора в схему, соответственно, последовательно или параллельно. Обе детали работают именно с R, U, I. Но пропорциональность изменений разная, в первом случае в большей мере регулируется напряжение, во втором — ток.

Читайте также: Свальный грех, или Тантра по-русски

Реостат имеет два выхода, потенциометр — три (если применяется как первый, то подключают только два контакта). То есть РС включается в схему как обычный резистор. Оба не поляризованные, могут работать в обратном порядке.

ПТ и РС подключаемые по-разному. Второй, в отличие от первого, обычно прибор промышленный или на мощном оборудовании. В некоторых школах проводили уроки с реостатом, поэтому его форму может кто-то и помнит: габаритная керамическая трубка с нихромовой обмоткой и ползунком на среднем выводе, который никуда не подключается. РС имеет большую мощность (пропускает мощный ток) и малое сопротивление (до десятков Ом). Имеет значительную индуктивность, что учитывают в ВЧ приборах.

Делители напряжения обычно маломощные, поэтому на роль РС они редко подходят, переменники до 10 Вт при производстве позиционируются как первые, от 10 Вт — как вторые.

Переменник как реостат

РС изменяет общее сопр. цепи — тут важно именно это свойство, оно используется в полном наиболее эффективном виде для управления (ограничения) током.

В схему включается только последовательно: так включенный переменник называется реостатом (это режим работы).

Можно сделать представление схемы как таковой, состоящей из двух обычных резисторов, включенных последовательно, то есть ползунок делит катушку РС на указанные элементы. Осуществляя регулировку R уменьшают/увеличивают параметры этих резисторов и, соответственно, тока на цепи.

Как правильно подключить устройство

Необходимые инструменты и материалы

Чтобы качественно подключить устройство своими руками, необходимы такие инструменты и материалы:

• рабочий потенциометр;
• комплект проводов;
• обычные ножницы;
• мощный паяльник;
• специальный припой;
• измерительный вольтметр;
• шариковая ручка.

Подключение потенциометра

Выполнять подключение изделия своими руками необходимо в такой последовательности:

1. Рабочий датчик стоит расположить таким образом, чтобы специальный рычаг для регулирования электрического напряжения был направлен строго вверх, а выводы для закрепления проводов находились около человека. Выводы необходимо пронумеровать слева направо при помощи шариковой ручки.
2. Первый вывод необходимо присоединить к заземлению. Чтобы это сделать, стоит отрезать провод определенной длины и хорошо припаять его.
3. Второй вывод необходим для закрепления провода, который отправляет электрическое напряжение на выход датчика.
4. Третий вывод нужно припаять на вход схемы.
5. Далее, после выполнения предыдущих действий, стоит протестировать правильную работу датчика. Чтобы это сделать, стоит использовать измерительный прибор. При выполнении этой работы, необходимо вращать движок датчика от наименьшего до наибольшего значения электрического напряжения. Подробнее узнать, как проверить потенциометр можно из многочисленных фото в сети.
6. Проверив качество работы датчика, необходимо его разместить в электрической схеме, а после этого нужно накрыть изделие защитным кожухом.

Маркировка переменных резисторов

Российская маркировка переменных сопротивлений до 1980 года – например, СП4-18:

1. Тип изделия обозначается СП.
2. Первая цифра – разновидность материала и технология изготовления – 4.
3. Вторая – регистрационный номер типа резистора –18.

Маркировка группы по технологии изготовления и материалу:

• 1 – непроволочные тонкослойные углеродистые и бороуглеродистые;
• 2 – непроволочные тонкослойные металлопленочные и металлооксидные;
• 3 – непроволочные композиционные пленочные;
• 4 – непроволочные композиционные объемные;
• 5 – проволочные;
• 6 – непроволочные тонкослойные металлизированные.

Сейчас действует новая система маркировки переменных и подстроечных резисторов – например, РП1-46:

1. Тип изделия обозначается РП.
2. Первая цифра определяет группу по материалу резистивного элемента (1 – непроволочные, 2 – проволочные и металлофольговые).
3. Вторая цифра – регистрационный номер разработки конкретного типа сопротивления.

Внимание! Единого стандарта маркировки регулировочных резисторов не существует – маркировка импортных отличается от российской.

Реостат

Смотрите также: Жидкий реостат

Самый распространенный способ изменить сопротивление в цепи — использовать реостат

. Слово
реостат
был придуман около 1845 г. сэром Чарльз Уитстон, от греческого ος
реос
что означает «поток», и -στάτης —
состояния
(из ἱστάναι
гистанаи
, «установить, заставить стоять») означает «установщик, регулирующее устройство»,[6][7][8] который представляет собой двухконтактный переменный резистор. Термин «реостат» устаревает,[9] заменив его общим термином «потенциометр». Для приложений с низким энергопотреблением (менее 1 Вт) часто используется трехконтактный потенциометр, при этом одна клемма не подсоединена или подсоединена к дворнику.

Если реостат должен быть рассчитан на более высокую мощность (более примерно 1 Вт), он может быть построен с проводом сопротивления, намотанным на полукруглый изолятор, при этом дворник скользит от одного витка провода к другому. Иногда реостат делают из проволоки сопротивления, намотанной на жаропрочный цилиндр, а ползунок состоит из нескольких металлических пальцев, которые легко захватывают небольшую часть витков проволоки сопротивления. «Пальцы» можно перемещать по катушке провода сопротивления с помощью скользящей ручки, изменяя, таким образом, точку «касания». Реостаты с проволочной обмоткой, рассчитанные на мощность до нескольких тысяч ватт, используются в таких приложениях, как приводы двигателей постоянного тока, средства управления электросваркой или средства управления генераторами. Номинальные характеристики реостата указаны с полным значением сопротивления, а допустимая рассеиваемая мощность пропорциональна доле общего сопротивления устройства в цепи. Углеродные реостаты используются в качестве загрузить банки для тестирования автомобильных аккумуляторов и блоков питания.

• Чарльз УитстонРеостат 1843 года с металлическим и деревянным цилиндром
• Реостат Чарльза Уитстона 1843 года с движущимся усом
• Электронный символ реостата
• Электронный символ для предварительно настроенного реостата
• Мощный потенциометр с проволочной обмоткой

Виды и особенности

По характеру изменения сопротивления:

• Линейные. Маркируются буквой «А». Сопротивление изменяется в прямой зависимости от угла поворота передвижного контакта.
• Логарифмические. Маркируются буквой «В». В начале движения ползунка сопротивление изменяется быстро, а затем замедляется.
• Экспоненциальные. Маркируются буквой «С». При повороте ручки сопротивление изменяется по экспоненциальной зависимости, то есть, вначале медленно, затем быстрее. Буквенные обозначения не всегда могут соответствовать действительности, так как это зависит от фирмы изготовителя прибора. Поэтому для определения типа потенциометра необходимо изучить техническое описание данного экземпляра.

По типу корпуса потенциометра:

• Монтажные. Устанавливаются путем пайки на монтажную плату.

• Стационарные оборотные. Располагаются на корпусе различных устройств. В свою очередь оборотные потенциометры разделяют на несколько видов: — Однооборотные.

Скользящий элемент может поворачиваться на один оборот, а точнее, около 270 градусов. На полный оборот поворот невозможен, так как на остальной части сектора поворота размещены клеммы контактов. Наиболее популярными однооборотные переменные резисторы стали в устройствах, не требующих для регулировки более одного оборота. — Многооборотные.

Подвижный контакт имеет возможность выполнять несколько оборотов для увеличения точности регулирования параметра. Такие переменные резисторы обычно оснащены винтовым или спиральным резистивным элементом, применяются в устройствах, требующих повышенной точности разрешения и регулировки. Многооборотные модели чаще всего используют в виде подстроечных сопротивлений на монтажной плате. — Сдвоенные.

Включают в себя два переменных резистора, расположенных на одной оси. Это дает возможность выполнять регулировку параллельно двух сопротивлений. В таких моделях наиболее популярно использование сопротивлений с логарифмической и линейной зависимостью. Они применяются в стереорегуляторах усилителей звука, радиоприемниках и других приборов, требующих регулировки одновременно двух отдельных каналов.

• Линейные (ползунковые). Такие модели потенциометров разделяют на виды: — Потенциометр ползунковый.

Одинарный линейный потенциометр служит для устройств аудиоаппаратуры. Такие модели выполняют из токопроводящего пластика для повышения качества изделия, используются для регулировки одного канала. — Линейный двойной.

Такая модель способна регулировать сразу два отдельных канала. Часто применяется для настройки стереофонической аппаратуры в профессиональных аудиоустройствах, требующих управления двумя каналами. — Ползунковый многооборотный.

Его конструкция включает в себя шпиндель, который преобразует вращательное движение в прямолинейное поступательное перемещение ползунка по сопротивлению. Он применяется в местах, где необходимо повышенное разрешение и точность. Такая модель устанавливается для подстройки параметров на монтажной плате.

Устройство и работа

На выводы резистивного элемента подается напряжение, которое предполагается регулировать. Подвижный контакт является регулирующим элементом, который приводится в действие вращением ручки. От подвижного контакта снимается напряжение, которое может находиться в диапазоне от нуля до наибольшей величины, равной входному напряжению на потенциометр, и зависит от текущей позиции подвижного контакта.

Потенциометр действует по типу переменного резистора, однако выполняет функции делителя напряжения. Его резистивный компонент представляет собой два резистора, которые соединены последовательно. Положение скользящего контакта является определяющим в определении отношения величины сопротивления 1-го резистора ко 2-му.

Наиболее популярным стал переменный однооборотный резистор. Он широко применяется в радиотехнике в качестве регулятора громкости, и в других устройствах. При изготовлении потенциометров применяются разные материалы для изготовления резистора: металлическая пленка, токопроводящий пластик, проволока, металлокерамика, углерод.

Модификации

Точнее узнать, потенциометр, что это такое, поможет обзор некоторых моделей устройства. Для начала рассмотрим модификацию Skal. В этой серии особой популярностью пользуются модели под индексом 103, 105, 107.

Краткое описание устройств:

1. Skal 103 – прибор, созданный для корректировки сопротивления в цепи с переменным током. В этом устройстве фигурируют контакты исключительно подвижного вида. Имеется один ключ, пассивный резистор, размещенный возле выводов. Предусмотрена функция программной выборки, реостатный режим отсутствует. Маркировка корпуса – Р20, регулировка потенциометра происходит по уровням.
2. Модель 105 представляет собой автоматический прибор, применяющийся в системах с переменным током. Установлен резистор пассивного типа, ключ расположен возле выводов. Модификация оптимально подходит для вычислительных машин, поскольку имеет высокую частоту среза, параметр линейных искажений равен 56 дБ.
3. Вариант 107. Данное устройство обладает уровневой частотой 2400 кГц, резистивным ключом, пассивными резисторами, находящимися в нижнем отсеке корпуса. Его маркировка – РР21, полоса опускания по максимуму составляет 2,3 мк, имеется реостатный режим.

Интегрируйте потенциометр с Arduino

С Плата Arduino и потенциометр Многое можно сделать. Но перед этим вы должны знать, что, чтобы сделать простой пример, с которого вы начнете видеть работу потенциометра, вы можете использовать любой из аналоговых контактов на вашей плате. Например, в Arduino UNO можно использовать от A0 до A5.

Поскольку они имеют 10-битное разрешение, это означает, что у вас есть 1024 возможных значения (0000000000-1111111111), и поскольку доступный диапазон напряжения составляет от 0 В до 5 В, его можно откалибровать так, чтобы 0000000000 (или 0) было 0 В, а 1111111111 (или 1023) было 5 В, чтобы он мог обнаруживать скачки напряжения 0.004 В ( 5/1024).

к связь, вы можете просто сделать следующее:

• Подключите вход потенциометра к 5V платы.
• Выход потенциометра будет подключен к одному из аналоговых входов. Например, А1.
• Что касается другого оставшегося контакта потенциометра, вы должны подключить его к GND.

Как только это будет сделано, вы можете создать небольшой скетч в Arduino IDE чтобы иметь возможность проверить, как работает потенциометр. С помощью этого кода вы сможете считывать значения напряжения, полученные на выходе, когда вы поворачиваете курсор потенциометра.

//Ejemplo de prueba de potenciómetro long valor; void setup() { //Inicializamos la comunicación serial Serial.begin(9600); //Escribir el valor leído por el monitor serie Serial.println(«Inicio de sketch — Valores del potenciómetro»); } void loop() { // Leer los valores del A1 valor = analogRead(A1); //Imprimir en el monitor serie Serial.print(«Valor leído = «); Serial.println(valor); delay(1000); }

к Дополнительную информациюВы можете …

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);

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 [ 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 <0>> ), и источник, напряжение которого нужно определить ( 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 > .

Ручной или автоматической регулировкой сопротивлений делителя напряжения добиваются, чтобы напряжение U K > , снимаемое с делителя, стало равным напряжению (или ЭДС) U x > . Равенство напряжений ( U x = U K =U_> ) 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 , =U_,> ток 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 ; +I_=I_<0>;> U x = U K = I K ⋅ R 1 ; =U_=I_cdot R_<1>;> U 0 + I 0 ⋅ ( R 0 − R 1 ) + I K ⋅ R 1 = 0 , <0>+I_<0>cdot (R_<0>-R_<1>)+I_cdot R_<1>=0,>

а с учётом I x = 0 =0> :

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

Для схемы, приведённой снизу рисунка

U x = U K = − U 0 R 1 R 1 + R 2 . =U_=-U_<0>1>+R_<2>>>.> 1>

То есть, зная соотношение сопротивлений резисторов делителя напряжения при равенстве напряжений («балансе»), можно численно выразить одно напряжение ( U 0 <0>> или U x > ) через другое напряжение ( U x > или U 0 <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 однородного куска проволоки длиной l и постоянного поперечного сечения S выражается формулой R = ρ l S , ho >,> где ρ ho > — удельное электрическое сопротивление материала проволоки. Зная длину проволоки L , расстояние l от края проволоки до ползунка и напряжение U 0 <0>> между концами проволоки, можно определить напряжение U K > (равное 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 . =U_=-U_<0>>>=-U_<0>< ho >>< ho >>>=-U_<0>>.> 0>1>

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.

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.

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.