پتانسیومتر (Potentiometer) چیست؟ کاربرد و انواع

پتانسیومتر (Potentiometer)

پتانسیومتر (همچنین با عنوان پات یا پتومتر نیز شناخته می‌شود) بعنوان یک مقاومت متغیر ترمینال 3 تعریف شده است که در آن مقاومت بصورت دستی برای کنترل جریان الکتریکی متفاوت است. اساسا پتانسیومتر بعنوان یک تقسیم کننده ولتاژ قابل تنظیم عمل می‌کند. با مقاله امروز سپیانی همراه شوید تا با انواع پتانسیومترها آشنا شوید.

حتما بخوانید:

کالیبراتور چیست؟ کاربرد آن

کالیبراسیون چیست؟ کاربرد آن

پتانسیومتر (Potentiometer) چیست؟

پتانسیومتر یک مؤلفه الکترونیکی منفعل است. پتانسیومترها با تغییر موقعیت یک تماس کشویی در یک مقاومت یکنواخت کار می‌کنند. در یک پتانسیومتر، کل ولتاژ ورودی در کل طول مقاومت اعمال می‌شود و ولتاژ خروجی افت ولتاژ بین تماس ثابت و کشویی است. پتانسیومتر دارای دو پایانه از منبع ورودی است که تا انتهای مقاومت ثابت است. برای تنظیم ولتاژ خروجی، تماس کشویی در امتداد مقاومت در سمت خروجی حرکت می‌کند.

پتانسیومتر با یک رئاستات متفاوت است چون در اینجا یک انتها ثابت است و ترمینال کشویی به‌مدار وصل می‌شود. این یک ابزار بسیار اساسی است که برای مقایسه EMF از دو سلول و برای کالیبراسیون آمپر، ولت و وات‌متر استفاده می‌شود. اصل اصلی کار یک پتانسیومتر بسیار ساده است. فرض کنید ما دو باتری را بطور موازی از طریق یک گالوانومتر وصل کرده‌ایم. پایانه‌های باتری منفی به‌هم وصل می‌شوند و پایانه‌های باتری مثبت نیز از طریق گالوانومتر به‌هم وصل می‌شوند.

پتانسیومتر چگونه کار میکند؟

اگر پتانسیل الکتریکی هر دو سلول باتری دقیقاً یکسان باشد، هیچ جریان در گردش در مدار وجود ندارد و از این رو گالوانومتر انحراف تهی را نشان می‌دهد. اصل کار پتانسیومتر به این پدیده بستگی دارد. حال بیایید در مورد یک مدار دیگر فکر کنیم، جایی که یک باتری از طریق یک سوئیچ و یک رئاستات در یک مقاومت وصل می‌شود.

اکنون، ترمینال مثبت یک سلول استاندارد به‌نقطه A روی مقاومت وصل می‌شود و ترمینال منفی همان با یک گالوانومتر وصل می‌شود. انتهای دیگر گالوانومتر از طریق تماس کشویی با مقاومت در تماس است. با تنظیم این انتهای کشویی، نقطه‌ای مانند B یافت می‌شود که در آن هیچ جریان از طریق گالوانومتر وجود ندارد، از این رو هیچ گونه انحصاری در گالوانومتر وجود ندارد.

این بدان معناست که، EMF از سلول استاندارد فقط با ولتاژ موجود در مقاومت در نقاط A و B متعادل می‌شود. اکنون اگر فاصله بین نقاط A و B L باشد، می‌توانیم EMF سلول استاندارد E = LV ولت را بنویسیم. اینگونه است که یک پتانسیومتر ولتاژ بین دو نقطه (در اینجا بین A و B) را بدون گرفتن هیچ مؤلفه فعلی از مدار اندازه‌گیری می‌کند. این تخصص یک پتانسیومتر است، می‌تواند ولتاژ را بطور دقیق اندازه‌گیری کند.

انواع پتانسیومتر کدامند؟

دو نوع اصلی پتانسیومتر وجود دارد:

• پتانسیومتر دوار
• پتانسیومتر خطی

اگرچه ویژگی‌های اصلی ساخت و ساز این پتانسیومترها متفاوت است، اصل کار هر دو نوع پتانسیومترها یکسان است. توجه‌داشته باشید که اینها انواع پتانسیومترهای DC هستند – انواع پتانسیومترهای AC کمی متفاوت هستند.

پتانسیومترهای دوار:

پتانسیومترهای نوع دوار عمدتاً برای بدست آوردن ولتاژ تأمین قابل تنظیم به بخشی از مدارهای الکترونیکی و مدارهای الکتریکی استفاده می‌شوند. کنترل کننده حجم یک ترانزیستور رادیویی نمونه‌ای محبوب از پتانسیومتر دوار است که در آن دستگیره دوار پتانسیومتر، منبع تقویت کننده را کنترل می‌کند.

این نوع پتانسیومتر دارای دو مخاطب ترمینال است که بین آنها مقاومت یکنواخت در یک الگوی نیمه دایره قرار می‌گیرد. این دستگاه همچنین دارای یک ترمینال میانی است که از طریق تماس کشویی متصل به یک دستگیره چرخشی به‌مقاومت وصل می‌شود. با چرخاندن دستگیره می‌توان تماس کشویی را بر روی مقاومت نیمه دایره‌ای حرکت داد. ولتاژ بین تماس انتهای مقاومت و تماس کشویی گرفته می‌شود. پتانسیومتر نیز بطور خلاصه بعنوان گلدان نامگذاری شده است. همچنین از گلدان در شارژرهای باتری پست برای تنظیم ولتاژ شارژ باتری استفاده می‌شود. کاربردهای بیشتری از پتانسیومتر نوع دوار وجود دارد که در آن کنترل ولتاژ صاف مورد نیاز است.

پتانسیومترهای خطی:

پتانسیومتر خطی اساساً با دوار یکسان است اما تنها تفاوت این است که در اینجا بجای حرکت چرخشی، تماس کشویی بصورت خطی روی مقاومت حرکت می‌کند. در اینجا دو انتهای یک مقاومت مستقیم در سراسر ولتاژ منبع متصل می‌شوند. یک تماس کشویی را می‌توان از طریق یک مسیر متصل به همراه مقاومت، روی مقاومت کشید. ترمینال متصل به کشویی به یک انتهای مدار خروجی وصل می‌شود و یکی از پایانه‌های مقاومت به انتهای دیگر مدار خروجی وصل می‌شود.

این نوع پتانسیومتر عمدتاً برای اندازه‌گیری ولتاژ در یک شاخه از یک مدار، برای اندازه‌گیری مقاومت داخلی یک سلول باتری، برای مقایسه سلول باتری با یک سلول استاندارد و در زندگی روزمره ما، معمولاً در اکولایزر یعنی سیستم‌های مخلوط کردن موسیقی و صدا استفاده می‌شود.

پتانسیومترهای دیجیتال:

پتانسیومترهای دیجیتال دستگاههای سه ترمینال، دو پایانه انتهایی ثابت و یک ترمینال برف پاک کن هستند که برای تغییر ولتاژ خروجی استفاده می‌شود. در اصل پتانسیومترهای دیجیتال دارای کاربردهای مختلفی از جمله کالیبراسیون یک سیستم، تنظیم ولتاژ افست، تنظیم فیلترها، کنترل روشنایی صفحه و کنترل حجم صدا هستند.

با این حال، پتانسیومترهای مکانیکی از برخی معایب جدی رنج می‌برند که باعث می‌شود آن را برای برنامه‌هایی که در آن دقت لازم است نامناسب باشد. اندازه، آلودگی برف پاک کن، سایش مکانیکی، رانش مقاومت، حساسیت به لرزش، رطوبت و… برخی از مضرات اصلی پتانسیومتر مکانیکی است. از این رو برای غلبه بر این اشکالاتی، پتانسیومترهای دیجیتال در برنامه‌ها شایع تر هستند زیرا دقت بیشتری را ارائه می‌دهد.

مدار پتانسیومتر دیجیتال چیست؟

مدار پتانسیومتر دیجیتال از دو قسمت تشکیل شده‌است، ابتدا عنصر مقاومت به‌همراه سوئیچ‌های الکترونیکی و دوم مدار کنترل برف پاک کن است.

قسمت اول آرایه‌ای از مقاومت‌ها است و هر گره از طریق یک سوئیچ الکترونیکی دو طرفه به یک نقطه مشترک W، به جز نقاط پایانی A و B وصل می‌شود. ترمینال W ترمینال برف پاک کن است. هر یک از سوئیچ‌ها با استفاده از فناوری CMOS طراحی شده است و تنها یکی از سوئیچ‌ها از همه در هر زمان معینی از عملکرد پتانسیومتر در حالت قرار دارد.

سوئیچ که روشن است، مقاومت پتانسیومتر را تعیین می‌کند و تعداد سوئیچ‌ها وضوح دستگاه را تعیین می‌کند. اکنون کدام سوئیچ ساخته‌شده‌توسط مدار کنترل، کنترل می‌شود. مدار کنترل شامل یک رجیستری RDAC است که می‌تواند بصورت دیجیتالی با استفاده از رابط مانند SPI، I2C، بالا/پایین نوشته شود یا با دکمه‌های فشار یا رمزگذار دیجیتال بصورت دستی کنترل می‌شود. پتانسیومتر دیجیتال کنترل شده با یک دکمه برای “بالا” یا افزایش مقاومت و دیگری برای “پایین” یعنی کاهش مقاومت کنترل شده است.

نکته:

بطور کلی، هنگامی که پتانسیومتر دیجیتال خاموش است، وضعیت برف پاک کن در سوئیچ میانی قرار دارد. پس از روشن شدن برق، بسته به نیاز ما می‌توانیم مقاومت را با یک کار مناسب دکمه فشار افزایش یا کاهش دهیم. علاوه بر این، پتانسیومترهای دیجیتال پیشرفته همچنین دارای حافظه داخلی هستند که می‌توانند آخرین موقعیت برف پاک کن را ذخیره کنند. اکنون این حافظه بسته به‌کاربرد می‌تواند از نوع فرار یا نوع دائمی باشد.

بعنوان مثال، در مورد کنترل حجم یک دستگاه، ما انتظار داریم دستگاه تنظیم حجم مورد استفاده ما را به یاد بیاورد حتی بعد از اینکه دوباره آن را روشن کنیم. از این رو یک نوع دائمی از حافظه مانند EEPROM در اینجا مناسب است. از طرف دیگر برای سیستمهایی که بطور مداوم خروجی را مجدداً ارزیابی می‌کنند و لازم نیست مقدار قبلی را بازیابی کنید، از یک حافظه فرار استفاده می‌شود.

حتما بخوانید: دستگاه آنالایزر سیالات چیست؟

مزایای پتانسیومترهای دیجیتال چیست؟

• قابلیت اطمینان بالاتر
• افزایش دقت
• اندازه کوچک، پتانسیومترهای زیادی را می‌توان روی یک تراشه بسته‌بندی کرد.
• رانش مقاومت ناچیز
• تحت تأثیر شرایط محیطی مانند ارتعاشات، رطوبت، شوک و آلودگی برف پاک کن.
• بدون قسمت متحرک
• اتلاف توان بسیار کم تا ده‌ها میلی‌وات

مضرات پتانسیومترهای دیجیتال چیست؟

برای محیط با درجه حرارت بالا و کاربرد پر انرژی مناسب نیست. با توجه به ظرفیت سوئیچ‌های الکترونیکی، یک پهنای باند وجود دارد که در پتانسیومترهای دیجیتال وارد تصویر می‌شود. این حداکثر فرکانس سیگنال است که می‌تواند از پایانه‌های مقاومت با ضعف کمتر از 3 دسی بل در برف پاک کن عبور کند.

• غیرخطی بودن در مقاومت برف پاک کن، تحریف هارمونیکی را به سیگنال خروجی اضافه می‌کند. اعوجاج هارمونیک کل، یا THD، میزان تخریب سیگنال پس از عبور از مقاومت را تعیین می‌کند.

کاربردهای اساسی پتانسیومتر کدامند؟

کاربردهای مختلفی از پتانسیومتر وجود دارد. سه کاربرد اصلی یک پتانسیومتر عبارتند از:

• مقایسه EMF سلول باتری با یک سلول استاندارد
• اندازه‌گیری مقاومت داخلی یک سلول باتری
• اندازه‌گیری ولتاژ در یک شاخه از یک مدار

مقایسه EMF سلول باتری با سلول استاندارد:

یکی از اصلی‌ترین کاربردهای پتانسیومتر مقایسه EMF یک سلول باتری با یک سلول استاندارد است. بیایید سلولی را در نظر بگیریم که EMF آن با یک سلول استاندارد مقایسه شود. ترمینال مثبت سلول و همان سلول استاندارد با انتهای ثابت مقاومت پتانسیومتر همراه می‌شوند. ترمینال منفی هر دو سلول به‌نوبه خود از طریق سوئیچ دوطرفه با گالوانومتر پیوست. انتهای دیگر گالوانومتر به‌یک تماس کشویی روی مقاومت وصل شده است.

اکنون با تنظیم تماس کشویی بر روی مقاومت، مشخص می‌شود که انحراف تهی گالوانومتر برای سلول اول با طول L در مقیاس می‌آید. پس از قرار دادن سوئیچ دو طرفه به‌سلول دوم و سپس با تنظیم تماس کشویی، مشخص می‌شود که انحراف تهی گالوانومتر برای آن سلول در طول L1 در مقیاس می‌آید. سلول اول یک سلول استاندارد است و EMF آن E است. سلول دوم یک سلول ناشناخته است که EMF آن E1 است. از آنجا که EMF سلول استاندارد شناخته شده است، از این رو EMF از سلول ناشناخته به‌راحتی قابل تعیین است.

اندازه گیری مقاومت داخلی یک سلول باتری:

در این فرآیند، یک باتری از طریق یک پتانسیومتر از طریق یک گالوانومتر متصل می‌شود. یک مقاومت از مقدار شناخته شده (R) از طریق سوئیچ در سراسر باتری متصل می‌شود. ابتدا سوئیچ را باز نگه می‌داریم و تماس کشویی مقاومت پتانسیومتر را تنظیم می‌کنیم تا جریان گالوانومتر صفر شود. هنگامی که گالوانومتر انحراف صفر را از نقطه تهی خود نشان می‌دهد، موقعیت نوک تماس کشویی را در مقیاس مقاومت L1 در نظر می‌گیریم.

اکنون سوئیچ را روشن می‌کنیم. در این شرایط، یک جریان در گردش از طریق سلول باتری و همچنین مقاومت (R) شروع می‌شود. در نتیجه، بدلیل مقاومت داخلی آن، یک ولتاژ در باتری وجود دارد. بنابراین اکنون ولتاژ در سلول باتری کمی کمتر از ولتاژ مدار باز یا EMF سلول است. اکنون مجدداً مخاطب کشویی را روی ترانزیستور تنظیم می‌کنیم تا جریان گالوانومتر را صفر کنیم و پس از صفر شدن که انحراف صفر است در گالوانومتر نشان داده می‌شود، ما موقعیت نوک تماس کشویی را در مقیاس مقاومت می‌گیریم و می‌گوییم L2 است.

حتما بخوانید: تجهیزات اندازه گیری پرتابل چیست؟

اندازه‌گیری ولتاژ در یک شاخه از مدار:

اصل اندازه گیری ولتاژ در یک شاخه از مدار با کمک پتانسیومتر نیز ساده است. در اینجا ابتدا باید رئوسیت را تنظیم کنیم تا جریان از طریق مقاومت تنظیم شود تا باعث افت ولتاژ خاص در هر واحد طول مقاومت شود. حال ما باید یک انتهای شاخه را به ابتدای مقاومت وصل کنیم و انتهای دیگر از طریق یک گالوانومتر به‌تماس کشویی مقاومت وصل شود. حال ما باید تماس کشویی را روی مقاومت بکشید تا گالوانومتر انحراف صفر را نشان دهد. وقتی گالوانومتر به وضعیت تهی خود رسید، ما باید خواندن موقعیت نوک تماس کشویی را در مقیاس مقاومت بگیریم و بر این اساس می‌توانیم ولتاژ را در شاخه مدار پیدا کنیم زیرا قبلاً ولتاژ را تنظیم کرده‌ایم.

حساسیت پتانسیومتر

حساسیت یک پتانسیومتر حاکی از آن است که تفاوت ولتاژ کوچک را می‌توان با پتانسیومتر اندازه‌گیری کرد. برای ولتاژ همان درایور اگر طول مقاومت پتانسیومتر را افزایش دهیم، طول مقاومت در هر ولتاژ واحد افزایش می‌یابد و از این رو حساسیت پتانسیومتر افزایش می‌یابد. بنابراین می‌توانیم بگوییم حساسیت یک پتانسیومتر بطور مستقیم با طول مقاومت متناسب است. باز هم اگر ولتاژ درایور را برای طول ثابت مقاومت پتانسیومتر کاهش دهیم، همچنین ولتاژ در واحد طول مقاومت کاهش می‌یابد. از این رو دوباره حساسیت پتانسیومتر افزایش می‌یابد. بنابراین حساسیت پتانسیومتر بطور معکوس با ولتاژ راننده متناسب است.

جمع بندی:

در مقاله امروز سپیانی به پتانسیومترها پرداختیم. از تعریف پتانسیومتر و جایگاه آن در مدار شروع کردیم و در ادامه انواع پتانسیومترها را مرور کردیم. چنانچه پس از مطالعه این مقاله سوال یا ابهامی در رابطه با پتانسیومتر دارید می‌توانید بصورت رایگان از مشاوره متخصصین سپیانی کمک بگیرید. همچنین برای خرید دستگاه‌های ذکر شده و دیگر تجهیزات لازم و آگاهی از قیمت و مشخصات فنی آنها می‌توانید به بخش فروشگاه ما مراجعه کنید. جهت کسب اطلاعات بیشتر همین الان از طریق واتس‌اپ و یا فرم درخواست مشاوره با ما در تماس باشید.