Потенциометър — променлив резистор: принцип, видове и употреби

Потенциометър — променлив резистор: принцип, видове и употреби. Научете как работят, историята им и практични приложения в аудио, осветление и електроника.

Потенциометрите са променливи резистори. Това са резистори, при които съпротивлението може да се променя с помощта на въртящо копче или плъзгач. Те се използват за управление на много неща: регулиране на яркостта на осветлението, контрол на силата на звука на уредите, задаване на положение в механизми и като елементи в измервателни и коригиращи вериги. Някои от тях служат като част от делители на напрежение, при които между краищата и централната точка (wiper) се получава променливо изходно напрежение.

Идеята за устройство, което може да контролира количеството електроенергия, преминаваща през компонент, е стара, но широко използваният въглероден потенциометър има ранни корени. Един от първите варианти е разработен от Томас Едисон през 1872 г., който описва устройство като "реостат с навита съпротивителна тел". Оттогава конструкциите и материалите са се развили — днес срещаме въглеродни, жично-навит и други видове, всеки със свои предимства и приложение (в радиоприемници, телевизори и в индустриални контроли за регулиране на яркост, контраст, сила на звука и т.н.).

Как работи потенциометърът (принцип)

Типичният механичен потенциометър има три извода: двата крайни извода са свързани към резистивен слой, а третият е изводът на плъзгача (wiper), който се движи по този слой. Когато плъзгачът промени позицията си, съотношението между частите на резистора от двата краища до плъзгача се мени, което променя съпротивлението между всеки от крайни извода и wiper-а и/или между двата крайни извода.

• Като променлив резистор (реостат) се използват само два извода — един краен и wiper: тогава общото съпротивление на веригата се изменя.
• Като потенциометър/делител на напрежение се използват трите извода: wiper-ът дава променливо напрежение между двата крайни извода.

Основни видове потенциометри

• Ротационни (въртящи) — най-често срещани; имат вал, който се върти по ограничен ъгъл (напр. 270°).
• Плъзгащи (слайд) — линейно движение на плъзгача; удобни при миксери и регулиране, където е важно визуално позициониране.
• Въглеродни (carbon track) — евтини и често използвани в потребителска електроника.
• Жично-навит (wire-wound) — износоустойчиви и с висока номинална мощност; подходящи за приложения с по-голям ток.
• С рамка от метал-оксид или тонер (cermet) — по-стабилни по отношение на температура и износване.
• Логаритмични (аудио) и линейни — по характеристика на промяната: логаритмичните (обозначавани често като "A") са пригодени за звукови контролери (поусещане при човешкото ухо), линейните (често "B") имат равномерна промяна на съпротивлението с ъгъла/разстоянието.
• Цифрови потенциометри (digipots) — интегрални схеми, управлявани по дигитален интерфейс (SPI, I2C) — служат като електронно заменими механични потенциометри.

Приложения и употреби

• Регулиране на звука (volume) в аудиоапаратура.
• Димиране на осветление (в домашни и сцeнични системи — чрез подходящи електронни схеми).
• Настройка и калибровка на аналогови вериги — напр. задаване на усилване в операционни усилватели, баланси и тонконтрол.
• Позиционни сензори — при контрол на механично положение (слайдери, волани и др.).
• Регулиране на скоростта на двигатели в лабораторни и индустриални уредби (с правилна схема за управление).
• Използване като делител на напрежение при силови и логически приложения за подаване на референтно напрежение.

Как се свързва (примери)

• Като променлив резистор (реостат): свържете един от крайни извода и wiper-а; другият краен извод не се използва. При въртене общото съпротивление между използваните изводи се променя.
• Като делител на напрежение: свържете двата крайни извода към източника на напрежение, а wiper-ът дава променливо изходно напрежение между 0 V и входното напрежение в зависимост от позицията.

Конструктивни параметри и как да изберете

• Номинално съпротивление: стандартни стойности като 1 kΩ, 10 kΩ, 100 kΩ и т.н. Изберете стойност, съвместима с веригата — твърде високо съпротивление може да доведе до шум, твърде ниско — до ненужно големи токове.
• Мощност (дисипация): колко мощност може да разсейва без прегряване (напр. 0.1 W, 0.5 W, 1 W и повече). За приложения с по-големи токове предпочитайте жично-навит или реостат с висока мощност.
• Точност и стабилност: материалът на резистивния слой влияе — cermet и wire-wound са по-стабилни от евтини въглеродни.
• Механична издръжливост: брой цикли на въртене/плъзгане (напр. 10k, 50k цикъла и т.н.).
• Тапер (хармоничност): линейни за точни промени; логаритмични за аудио контрол.
• Физически размери и монтаж: печатна платка (PCB) монтаж, с панелен монтаж, с телови изводи и др.

Поддръжка и често срещани проблеми

• Прах и мръсотия в контактите могат да предизвикат скърцане или прекъсвания на сигнала — в някои случаи почистващи спрейове за електрически контакти помагат.
• Износване на въглеродния слой — при интензивна употреба могат да се появят "скокчета" в съпротивлението; при критични приложения използвайте по-устойчиви видове.
• Прегряване — винаги проверявайте, че мощността, която преминава през потенциометъра, не надвишава допустимата.

Кратки препоръки

• За аудиоуправления изберете логаритмичен (audio) потенциометър с подходяща мощност и механично качество.
• За регулиране на токове и мощни товари използвайте жично-навит реостат с висока дисипация.
• За прецизни и стабилни настройки предпочитайте cermet или цифрови потенциометри (digipots) при възможност за цифрово управление.

Потенциометрите остават едни от най-универсалните и лесни за използване компоненти в електрониката — от обикновени сметки за сила на звука до прецизни настройки в измервателни уреди. Правилният избор на вид, съпротивление и мощност ги прави ефективни и дълготрайни в конкретното приложение.

Търсене по буква