Jak działa potencjometr?

Pomimo prostej budowy, klasyczne potencjometry stanowią niezawodne i szeroko stosowane elementy regulacyjne, używane niemal we wszystkich obszarach elektroniki.

Upowszechnienie elektroniki cyfrowej i wyświetlaczy dotykowych sprawiło, że coraz większa liczba produkowanych obecnie urządzeń nie posiada już klasycznych elementów interfejsu sterującego – przycisków, przełączników, pokręteł regulacyjnych czy nawet joysticków – wykorzystując zamiast nich elementy „wirtualne”, wyświetlane na ekranach dotykowych. Okazuje się jednak, że klasyczne podzespoły tego typu wcale nie wyszły z użycia, co więcej – nadal są często wykorzystywane w różnych urządzeniach. W tym artykule odpowiemy na najczęściej zadawane przez początkujących pytania – jak działa potencjometr i jakich parametrów technicznych można użyć do jego opisania?

Potencjometr – zasada działania

Każdy potencjometr dostępny na rynku (z wyjątkiem tzw. potencjometrów cyfrowych, które w istocie są analogowo-cyfrowymi układami scalonymi) posiada dwa zasadnicze elementy: ścieżkę przewodzącą prąd oraz suwak. Pierwszy z nich, zwany ścieżką oporową, wykonywany jest często w postaci cienkiej ścieżki grafitu napylonej na płaskim, nieprzewodzącym podłożu, choć spotykane są także wyższej klasy potencjometry wyposażone w ścieżkę wykonaną z cermetu (połączenie metalu oraz ceramiki) lub nawet… przewodzącego tworzywa sztucznego. Niektóre wykonania – tzw. potencjometry drutowe – posiadają ścieżkę wytworzoną poprzez nawinięcie cienkiego drutu metalowego na łukowo wygiętym rdzeniu. Niezależnie od zastosowanego materiału ścieżki, zasada działania potencjometru jest zawsze taka sama – delikatny, sprężysty styk, zwany ślizgaczem bądź suwakiem, przemieszcza się po ścieżce oporowej dotykając jej w miejscu ustalonym za pomocą gałki (potencjometry obrotowe) lub popychacza (potencjometry suwakowe). Ślizgacz jest podłączony do jednego z wyprowadzeń lutowniczych potencjometru, podobnie, jak ma to miejsce w przypadku obu końców ścieżki oporowej. Zmiana położenia suwaka przybliża go do jednego z końców ścieżki, a oddala od drugiego, co sprawia, że rezystancja mierzona pomiędzy nim, a danym wyprowadzeniem skrajnym potencjometru, odpowiednio rośnie lub maleje.

Tryby pracy potencjometru – regulowany dzielnik napięcia

Potencjometry występują w praktycznych układach elektronicznych w dwóch zasadniczo różnych konfiguracjach. Pierwsza z nich, zwana regulowanym dzielnikiem napięcia, polega na podłączeniu skrajnych wyprowadzeń potencjometru bezpośrednio do źródła napięcia zasilającego. Zmiana położenia ślizgacza powoduje analogiczną zmianę napięcia na połączonym z nim wyprowadzeniu – w ten sposób można uzyskać dowolne napięcie z zakresu od zera woltów do pełnej wartości napięcia zasilania ścieżki oporowej. Ten tryb pracy wykorzystywany jest najczęściej do ustalania napięcia odniesienia, np. dla komparatora współpracującego z analogowym czujnikiem temperatury, światła, etc. Innym często spotykanym zastosowaniem regulowanego dzielnika napięcia jest… regulacja głośności wzmacniacza lub poziomu sygnału wejściowego – zasilenie ścieżki potencjometru sygnałem audio pozwala osłabić ten sygnał w dowolnym stopniu, od całkowitej ciszy, aż do pełnej amplitudy napięcia źródłowego.

Tryby pracy potencjometru – regulowany rezystor

Inną często spotykaną konfiguracją potencjometru jest tzw. regulowany rezystor. Konfiguracja ta wykorzystuje najczęściej tylko dwa wyprowadzenia potencjometru: środkowe (ślizgacz) i jeden z końców ścieżki oporowej. Trzecie wyprowadzenie pozostaje niepodłączone do układu, choć może być także zwarte bezpośrednio z wyprowadzeniem suwaka. Ten tryb pracy wykorzystywany jest wszędzie tam, gdzie konieczne jest uzyskanie rezystancji o zmiennej wartości, regulowanej ręcznie za pomocą gałki potencjometru. Przykładem zastosowania może być tutaj regulacja wzmocnienia układu opartego na wzmacniaczu operacyjnym – potencjometr jest zwykle włączany w pętli sprzężenia zwrotnego (tj. pomiędzy wejściem odwracającym, a wyjściem układu), często szeregowo z rezystorem stałym o wartości kilka, … kilkadziesiąt razy większej, niż nominalna rezystancja potencjometru. Taka konfiguracja pozwala na płynną zmianę wzmocnienia, choć sama w sobie nie jest już typowym dzielnikiem napięcia, jaki opisaliśmy w poprzedniej części tego artykułu. Układ regulowanego rezystora przydaje się także do regulacji natężenia prądu w niektórych obwodach, trzeba jednak pamiętać o ograniczeniu dopuszczalnej mocy strat, jaką może osiągnąć potencjometr podczas pracy – przykładowo, dla niewielkich potencjometrów montażowych wynosi ona zwykle około 100 mW. Do zastosowań w układach wymagających większej mocy mogą być z powodzeniem używane potencjometry drutowe, osiągające moce strat na poziomie kilku watów. Te i wiele innych rodzajów potencjometrów można znaleźć w ofercie sklepu dla robotyków Botland.

Zostaw odpowiedź

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

4 + 11 =