Потенциометр: что это такое, что измеряет и где применяется?

Классификация по условиям эксплуатации

По особенностям применения и использования виды резисторов делятся на группы.

Постоянные

Сопротивление неизменное с допустимой нормированной погрешностью и соответствует норме. На электрической схеме изображаются прямоугольником со сторонами 10х4 мм. От центра узкой стороны изображаются линии выводов. Рядом с изображением ставят литеру «R» с порядковым номером корпуса по схеме. Тут же проставляют величину номинала.

Внутрь прямоугольника вписывается рассеивание. В импортной технической документации часто изображается в виде зигзагообразной линии соединяющей выводы.

Переменные и подстроечные

Компоненты переменного потенциометра оснащены тремя и более выводами, и механизмом перемещения ползунка – токосъемника. Диапазон изменения простирается от нуля до максимума, ограниченного установленным номиналом.

Изменение характеристик оборудования в процессе эксплуатации, выглядящее, например, как настройка тюнера, регулировка уровня громкости или освещения, выполняется переменным компонентом.

Механизм перемещения ползунка завершается ручкой, позволяющей оперативно проводить регулировку. Если настройка выполняется при наладке и ежедневно меняться не должна, применяются подстроечники. Положение токосъемника в них устанавливается отверткой.

Нелинейные

Устройства автоматики и электронной защиты активно пользуются полупроводниковыми нелинейными приборами, проводимость которых изменяется автоматически при колебаниях внешних факторов окружающей среды. Отрицательный температурный коэффициент у термисторов увеличивает проводимость при повышении температуры и уменьшает при понижении.

Прибор с положительным ТКС называются позистором. У фоторезистора проводимость полупроводникового слоя возрастает при увеличении освещенности в видимом, инфракрасном или ультрафиолетовом спектре.

Варисторы способны увеличить проводимость при возрастании приложенного к нему напряжения

Магниторезисторы реагируют на магнитное поле, а тензисторы фиксируют приложенное к ним механическое усилие.

Элементы сопротивления потенциометров

Различают следующие элементы сопротивления:

а) Проволока как элемент сопротивления — это очень традиционное исполнение. В зависимости от значения общего сопротивления используются различные металлические легирующие элементы.

Преимущества проволоки как элемента сопротивления: возможны малые допуски на линейность, на сопротивление и на температурный коэффициент.

Сопротивления общего назначения могут изготавливаться малыми сериями. Прекрасные электрические данные, низкие затраты на изготовление, высокая гибкость.

Недостатками потенциометров проволочных являются низкая разрешающая способность из-за перехода с витка на виток, относительно невысокий срок эксплуатации из-за стирания, высокий электрический уровень шума связанный с износом, малая пригодность при ударных и вибрационных нагрузках и высокой скорости перестановки.

б) Элементы сопротивления гибридной техники

Эта техника прдлагается на рынке лишь немногими изготовителями. Она представлена промежуточным решением между проволокой и проводящими искусственными материалами как элементами сопротивления.

Витки проволоки заполняются в специальном процессе в толстослойной массе и весь элемент покрывается этой пастой.

Преимущества в сравнении с проволокой: высокая разрешающая способность, высокая продолжительность эксплуатации, высокая устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам, допускается высокое число оборотов.

в) Проводящие искусственные материалы как элементы сопротивления

Эта современная технология используется прежде всего в современных одновитковых потенциометрах, и при этом может быть достигнут очень высокий срок эксплуатации.

Преимущества этой техники: очень высокий срок эксплуатации, практически бесконечная разрешающая способность, высокая устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам, высокое число оборотов.

Малые допуски при этом трудно реализовать, отсюда дороговизна. Плохой температурный коэффициент, пригодны только для потенциометров с <360° p=»»>

Стандартный потенциометр

Классический потенциометр может иметь относительно большие размеры и длинную рукоятку (вал) для более удобной регулировки сопротивления пальцами. Внешний вид одного из представителей стандартных потенциометров и его схематическое изображение показаны ниже.

У него (как и у всех потенциометров) имеются три вывода (клеммы): A, B и C. Как они работают? Итак, если мы возьмем клемму B и клемму C и будем вращать ручку по часовой стрелке, сопротивление потенциометра будет увеличивается от 0 до максимального. Когда мы будем крутить ручку в направлении против часовой стрелки, сопротивление будет уменьшаться.

Если мы возьмем клемму A и клемму B и повернем ручку против часовой стрелки, сопротивление потенциометра увеличится от 0 до максимального. Когда мы повернем ручку по часовой стрелке, сопротивление уменьшится.

Типы датчиков

Применение потенциометрического датчика зависит от типа:

1. T/TS – высокоточный прибор (0,075%), работающий в диапазоне осевых перемещений 150 мм. Подходит для окружной скорости до 10 м/с. Конструкция – обеспечение перемещения стержня в двух направлениях по принципу делителя напряжения.
2. TR/TRS – такой же, как предыдущий, но с возвратной пружиной. Перемещение достигает 100 мм. Выдерживает более высокие поперечные нагрузки на наконечнике.
3. TE1 – модель, которая содержит электронную схему для нормализации сигналов с аналоговым выходом.
4. TE1 с возвратной пружиной – модификация для решения более широкого круга задач. Датчик более устойчив при повышенных поперечных нагрузках.
5. TEX – потенциометрический датчик с поворотной головкой и с отслеживанием линейных перемещений объектов на расстояние до 300 мм. Шарнирное соединение облегчает монтаж и обеспечивает длительный срок эксплуатации.
6. TEX с приводной штангой с резьбой на конце. Дает возможность жестко фиксировать объект.
7. TEX с возвратной пружиной не требует жесткого крепления объекта к штанге.
8. TX2 с поворотной головкой или с крепежными хомутами. Применяются в тяжелых условиях эксплуатации. Уровень защиты составляет IP 67, точность — 0,05%.

Потенциометр или реостат

Но есть и еще одно устройство, именуемое потенциометром. Речь о трехвыводном переменном резисторе. Именно так специалисты-электронщики на своем профессиональном жаргоне называют резистор с изменяемым номиналом. Различают потенциометры электромеханические и цифровые, или автоматические. В электромеханических элементах изменение номинала сопротивления осуществляется путем ручного перемещения отводного контакта. В автоматических устройствах эту функцию выполняют интегральные схемы с заложенными в них программами, которые самостоятельно, в зависимости от величины напряжения в цепи, регулируют номинал собственного сопротивления.

В части цифровых потенциометров применяется память, которая сбивается при отключении электричества. Это означает, что во время очередного включения они возвращаются к сопротивлению, которое было установлено изначально, по умолчанию. Обычно — это среднее значение между минимальным и максимальным значением. В других устройствах применяют микроконтроллер, отвечающий за энергонезависимость и сохранение последних показаний, которые выдавал потенциометр перед отключением питания.

И цифровые и механические потенциометры показывают достаточно большую погрешность. Часто допуск может достигать ±20%. Также они плохо реагируют на изменения температуры. Эти негативные моменты частично способен сгладить умножающий цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), подключаемый к схеме с переменным резистором. Работа ЦАП инициируется микроконтроллером при включении питания, следовательно, он может использоваться лишь в сочетании с цифровым элементом сопротивления.

Потенциометры часто путают с реостатами. Последние тоже представляют собой вид переменных резисторов, но они предназначены для регулировки силы тока. Тогда как потенциометры являются регуляторами напряжения. Отличаются они и схемой включения в электроцепь. Применяются переменные резисторы во многих электронных устройствах. Наиболее наглядно их работу можно продемонстрировать на примере убавления и прибавления громкости на звуковоспроизводящих устройствах. Применяют потенциометры в устройствах регулировки освещения и других устройствах, где есть необходимость уменьшения или увеличения напряжения.

Проверка переменных элементов сопротивления необходима, так как они, как и любые другие устройства, могут выходить из строя. При этом их внешний вид выглядит, как у вполне работоспособных резисторов. Кроме этого, используют проверку мультиметром и для определения предельных номиналов, чтобы убедиться, что потенциометр подходит для подключения его к той или иной электрической схеме.

Rheostat

See also: Liquid rheostat

The most common way to vary the resistance in a circuit is to use a variable resistor or a rheostat A rheostat is a two-terminal variable resistor. Often these are designed to handle much higher voltage, current and power. Typically these are constructed as a resistive wire wrapped to form a toroid coil with the wiper moving over the upper surface of the toroid, sliding from one turn of the wire to the next. Sometimes a rheostat is made from resistance wire wound on a heat-resisting cylinder with the slider made from a number of metal fingers that grip lightly onto a small portion of the turns of resistance wire. The «fingers» can be moved along the coil of resistance wire by a sliding knob thus changing the «tapping» point. They are usually used as variable resistors rather than variable potential dividers.

Any three-terminal potentiometer can be used as a two-terminal variable resistor by not connecting to the third terminal. It is common practice to connect the wiper terminal to the unused end of the resistance track to reduce the amount of resistance variation caused by dirt on the track.

Мембранные потенциометры

Мембранный потенциометр использует проводящую мембрану, которая деформируется скользящим элементом для контакта с резисторным делителем напряжения. Линейность может составлять от 0,50% до 5% в зависимости от материала, конструкции и производственного процесса. Точность повторения обычно составляет от 0,1 мм до 1,0 мм с теоретически бесконечным разрешением. Срок службы потенциометров этого типа обычно составляет от 1 до 20 миллионов циклов в зависимости от материалов, используемых при производстве, и метода срабатывания; Доступны контактный и бесконтактный (магнитный) методы (для определения положения). Доступно множество различных материалов, таких как PET , FR4 и Kapton. Производители мембранных потенциометров предлагают линейные, поворотные и специальные варианты исполнения. Линейные версии могут иметь длину от 9 мм до 1000 мм, а поворотные версии — от 20 до 450 мм в диаметре, каждая из которых имеет высоту 0,5 мм. Для определения положения можно использовать мембранные потенциометры.

Для устройств с сенсорным экраном, использующих резистивную технологию, двумерный мембранный потенциометр обеспечивает координаты x и y. Верхний слой представляет собой тонкое стекло, расположенное близко к соседнему внутреннему слою. Нижняя сторона верхнего слоя имеет прозрачное токопроводящее покрытие; поверхность нижележащего слоя имеет прозрачное резистивное покрытие. Палец или стилус деформируют стекло, чтобы соприкоснуться с нижележащим слоем. Края резистивного слоя имеют токопроводящие контакты. Определение точки контакта осуществляется путем приложения напряжения к противоположным краям, при этом два других края временно остаются неподключенными. Напряжение верхнего слоя обеспечивает одну координату. Отсоединение этих двух кромок и приложение напряжения к двум другим, ранее не подсоединенным, обеспечивает другую координату. Быстрое чередование пар ребер обеспечивает частое обновление положения. Преобразователь аналого-цифровой обеспечивает выходные данные.

Преимущества таких датчиков состоят в том, что требуется всего пять подключений к датчику, а соответствующая электроника сравнительно проста. Во-вторых, хорошо подойдет любой материал, который вдавливает верхний слой на небольшую площадь. Недостатком является то, что для контакта необходимо приложить достаточное усилие. Во-вторых, датчик требует периодической калибровки, чтобы сопоставить положение касания с нижележащим дисплеем. (Емкостные датчики не требуют калибровки или контактного усилия, только близость пальца или другого проводящего объекта. Однако они значительно сложнее.)

Номинальное сопротивление

Номинальное значение сопротивления резисторов находится в пределах от 1 до 1000 кОм. Нижний предел сопротивления ограничен как используемыми резистивными материалами, так и существенным увеличением влияния сопротивления движка. Большинство ЦП имеют номинальные значения сопротивления, равные 10, 50, 100 кОм. Потенциометры сопротивлением 1000 кОм производит только Analog Devices (AD5222, AD5241, AD5242). Отклонение сопротивления от номинального значения довольно значительно, в пределах ±(15–35)%, что объясняется сложностью производства точных резисторов по технологии интегральных схем.

Potentiometer applications

Potentiometers are widely used as user controls, and may control a very wide variety of equipment functions. The widespread use of potentiometers in consumer electronics declined in the 1990s, with digital controls now more common. However they remain in many applications, such as volume controls and as position sensors.

Audio control

Linear potentiometers («faders»)

One of the most common uses for modern low-power potentiometers is as audio control devices. Both linear potentiometers and rotary potentiometers are regularly used to adjust loudness, frequency attenuation and other characteristics of audio signals.

The ‘log pot’ is used as the volume control in audio amplifiers, where it is also called an «audio taper pot», because the amplitude response of the human ear is also logarithmic. It ensures that, on a volume control marked 0 to 10, for example, a setting of 5 sounds half as loud as a setting of 10. There is also an anti-log pot or reverse audio taper which is simply the reverse of a logarithmic potentiometer. It is almost always used in a ganged configuration with a logarithmic potentiometer, for instance, in an audio balance control.

Potentiometers used in combination with filter networks act as tone controls or equalizers.

Television

Potentiometers were formerly used to control picture brightness, contrast, and color response. A potentiometer was often used to adjust «vertical hold», which affected the synchronization between the receiver’s internal sweep circuit (sometimes a multivibrator) and the received picture signal, along with other things such as audio-video carrier offset, tuning frequency (for push-button sets) and so on.

Transducers

Potentiometers are also very widely used as a part of displacement transducers because of the simplicity of construction and because they can give a large output signal.

Computation

In analog computers, high precision potentiometers are used to scale intermediate results by desired constant factors, or to set initial conditions for a calculation. A motor-driven potentiometer may be used as a function generator, using a non-linear resistance card to supply approximations to trigonometric functions. For example, the shaft rotation might represent an angle, and the voltage division ratio can be made proportional to the cosine of the angle.

Электроника в пять шагов. Как подобрать резистор?

Добрый день, продолжаем наши публикации после небольшого технического перерыва и начнём с простой задачи

Первоначально, конечно, стоит обратить внимание на то какую роль в данном случае выполняет резистор в схеме. Стоит выделить несколько основных ролей:

1 Ограничение по току

(например мы ограничиваем максимально допустимый выходной ток) Тогда расчёт исходя из того, что максимальный ток, будет в момент максимального напряжения.

Например, Есть источник напряжения в 5 вольт, и мы подключаем нагрузку к ключу Y, получаем следующую схему:

Обратите внимание, что мы условно добавили Rогр., которое в зависимости от задачи будет ограничивать ток в выходной цепи. например есть требование, что максимально допустимый ток коллектора 300 ма (достаточно большой ток для слаботочных схем)

Если мы знаем сопротивление нагрузки, тогда подбираем, сопротивление ограничения, исходя из из того что минимальное Rцепи = 5/0,3 = 16,67 Ом. Rогр=16,67-Rн. Если же R нагрузки не известно, то R ограничения не менее 16,67 Ом. Здесь возникает один нюанс связанный с номиналом. Все мы знаем, что круглых и треугольных кирпичей не бывает, все они имеют форму параллелепипида(прямоугольная форма) так как это стандарт. Аналогично и с сопротивлением, любое значения например в виде числа «ПИ»не бывает, есть набор стандартов, мы его приводим в таблице:

Принцип работы переменного резистора

Элемент электрической схемы, сопротивление которого можно изменять от нуля до номинального значения, называется переменным резистором и позволяет вручную плавно регулировать величину сопротивления для обеспечения нормальной работы остальных компонентов электрической схемы.

Устройство

Переменное сопротивление состоит из:

• резистивного элемента, который определяет номинал сопротивления, с припаянными по краям двумя фиксированными выводами для подключения в схему;
• подвижного подпружиненного третьего контакта (ползунка, бегунка), который можно передвигать по металлической или металлизированной дорожке (коллектору), уменьшая или увеличивая сопротивление;
• ручки, которая управляет регулировочным механизмом.

Конструктивное исполнение:

1. Поворотный – токопроводящий элемент выполняется в виде кольца (подковы), ползунок перемещается поворотным регулировочным механизмом при помощи специальной ручки. Поворотные резисторы могут быть однооборотные и многооборотные.
2. Движковый – величина сопротивления регулируется прямым перемещением ползунка по токопроводящему элементу.

Для чего используется

Регулируемый резистор плавно изменяет параметры электрической цепи непосредственно во время работы.

Применяется во многих электроприборах и бытовых устройствах – в качестве потенциометрических датчиков разного назначения и для регулировки громкости и тембра звука, настройки частоты радиоприема, яркости свечения светодиодов или температуры нагрева простым поворотом ручки-регулятора.

Чем отличается от подстроечного

Подстроечный резистор компактного размера, устанавливается непосредственно на электронной плате и применяется для вывода схемы в нужный режим только на стадии настройки и наладки, после чего фиксируется краской или клеем.

Для регулировки подстроечного сопротивления используется отвертка, которая вставляется в специальный паз регулировочного механизма, связанного с круговым ползунком.

Особенности регулировки электропараметров

Для понимания работы переменных резисторов надо знать, что всегда — при режиме реостата, потенциометра — меняется и напряжение, и ток (U пропорционально зависит от I). Оба алгоритма работы основываются на изменении сопротивления (R), которое остается независимым от указанных величин. Но именно его регулировка на переменнике уменьшает/увеличивает U и I.

Делители напряжения — это резисторы не с фиксированным значением сопр. (числом Ом) на нем, а с переменным, выставляемым дополнительным рычажком (скребком). Это обычный элемент электросхем, электроники, бытовых приборов. Элементы управления знакомые всем — круглые небольшие ручки, ползунки, бегунки, селекторы.

Потенциометр на 50 кОм с выключателем, для ремонта компьютерной акустики

Здравствуйте, уважаемые читатели. Сегодня у меня обзор маленького потенциометра, который понадобился мне для ремонта компьютерной акустики. В обзоре сравнение с родным потенциометром, замеры сопротивления, даже решил заморочиться — снял функциональную характеристику потенциометра, более подробно далее…

READ Как правильно подключить эквалайзер к усилителю

Есть у меня в хозяйстве 5.1 акустика Creative Inspire T5400, используется для озвучивания компьютерных игрушек, да, люблю я иногда поиграть. Раньше увлекался сетевыми играми, сейчас только сюжетные одиночные игры, старею наверно

Механические разновидности

Продолжаем изучать потенциометр. Что это такое в механическом исполнении, рассмотрим далее. Устройство представляет собой регулятор тока, оснащенный контроллером поворотного типа. Ключи – резистивного типа, имеется два вывода, сквозное сопротивление выдерживает до 3,5 Ом. Предельный показатель линейных искажений – 90 дБ, отрицательное напряжение по максимуму – 3,5 В.

Следует отметить некоторые особенности этого вида устройств, а именно:

• Тип резисторов – открытый.
• Реостатный режим – преимущественно отсутствует.
• Допустимое положительное напряжение – 2,4 вольта.
• Маркировка корпусов – РР-20 или Т23.
• Средняя частота среза – 2400 кГц.

Механическая модель отлично подходит для реверсивного управления, а полоса пропускания зависит от параметров ключа.

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.

Основные параметры переменных резисторов

Параметры переменных резисторов можно разделить на две группы: параметры общие с постоянными резисторами и специальные параметры, характерные только для переменных резисторов.

Параметры общие с постоянными резисторами:

1. Номинальное сопротивление (номинал);
2. Допустимое отклонение от номинала;
3. Номинальная рассеиваемая мощность;
4. Температурный коэффициент;
5. Уровень собственных шумов;

Специальные параметры для переменных резисторов:

1. Функциональная характеристика
2. Разрешающая способность
3. Минимальное сопротивление
4. Износоустойчивость

Функциональная характеристика

Функциональная характеристика (taper) – зависимость сопротивление переменного резистора от положения подвижного контакта. Функциональная характеристика переменного резистора бывает:

• линейная;
• нелинейная.

Переменные резисторы с нелинейной характеристикой как правило применяются в аудиоаппаратуре для регулировки уровня громкости, тембра и т.д. Наибольшее распространение получили следующие нелинейные характеристики:

• логарифмическая;
• обратнологарифмическая.

А — линейная (linear), Б-логарифмическая (Reverse Log, Reverse Audio), В-обратнологарифмическая (Logarithmic, Audio)

Стоит отметить, что обозначение фунциональных характеристик в отечественной документации отличается от зарубежной: обратнологарифмическая характеристика в иностранной документации обозначается как Logarithmic.

Разрешающая способность

Разрешающая способность — минимальное изменение сопротивления при минимальном перемещении ручки управления. Данный параметр применим только для проволочных потенциометров и определяется сопротивлением между ближайшими витками. У непроволочных потенциометров разрешающая способность очень высокая и определяется дефектами резистивного слоя.

Износоустойчивость

Износоустойчивость — способность потенциометра сохранять свои параметры в процессе эксплуатации. Как правило, выражается числом циклов перемещения контактного узла при котором характеристики потенциометра остаются в заданных границах.

Электронные варианты

Электронный потенциометр заслонки имеет реверсивный тип, часто используется в качестве регулятора громкости. Аппарат преимущественно оснащается двумя ключами, поддерживает порядка десяти циклов, присутствует опция программной выборки.

Рассматриваемые устройства нередко становятся элементами вычислительных приборов. Предельный показатель частоты среза составляет около 3 000 кГц. Многие параметры зависят от конструкционных особенностей и производителя. Линейные искажения составляют порядка 80 дБ, пропуск ключа – 3,5 мк. Для регулировки коэффициента усиления данные устройства не предназначены.

Допустимое напряжение на выводах

Принципиальное отличие ЦП от переменных резисторов в том, что напряжение на выводах ЦП не может быть больше регламентированного. Для большинства моделей это напряжение не может превышать напряжения питания. Подавляющее большинство ЦП предназначены для работы с однополярным источником питания напряжением 3–5 В, соответственно и потенциалы на выводах должны находиться в пределах 0–3(5) В. Это ограничивает область применения ЦП, но с учетом тенденции снижения питающего напряжения аппаратуры мест, в которых переменные резисторы не могут быть заменены ЦП, остается все меньше. Потенциометры X9318, X9319 при напряжении питания 5 В имеют допустимый диапазон напряжений на выводах потенциометра 0–8 В и 0–10 В соответственно, а XISL95310, ISL95311 даже 0–13 В. ЦП AD5260, AD5262, AD5280, AD5282 при соответствующем напряжении питания в однополярном режиме допускают напряжения на выводах в пределах 0–15 В, а AD5290 и AD7376 — в пределах 0–30 В. X9313, X9314, X9511 и некоторые другие ЦП от Intersil при однополярном питании работоспособны и при отрицательных потенциалах на выводах потенциометра. Многие модели ЦП могут использоваться и с двухполярным питанием, обычно при этом номинальное напряжение источников питания вдвое меньше, чем при однополярном питании, или равно ему. Такие ЦП, как X9420, X9428, DS1808, MAX5436_9, и некоторые другие, требуют наряду с питанием цифровой части отдельного двухполярного источника для питания аналоговой части, напряжение которого и определяет допустимый диапазон напряжений на выводах потенциометра. Для MAX5436_9 допустимый диапазон напряжений питания аналоговой части в пределах ±(5–15) В.