Che cos'è un potenziometro: costruzione e funzionamento

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Il Potenziometro è uno strumento elettrico utilizzato per misurare il EMF (forza elettromotrice) di una data cellula, la resistenza interna di una cellula. Inoltre è utilizzato per confrontare i campi elettromagnetici di diverse cellule. Può anche essere utilizzato come file resistenza variabile nella maggior parte delle applicazioni. Questi potenziometri sono utilizzati in grandi quantità nella produzione di apparecchiature elettroniche che forniscono un modo di regolazione circuiti elettronici in modo da ottenere le uscite corrette. Anche se il loro uso più ovvio deve essere per i controlli del volume su radio e altre apparecchiature elettroniche utilizzate per l'audio.

Pin out potenziometro

Di seguito è mostrato il diagramma dei pin del potenziometro Trimpot. Questi potenziometri sono disponibili in diverse forme e includono tre cavi. Questi componenti possono essere facilmente posizionati su una breadboard per una facile prototipazione. Questo potenziometro include una manopola su di esso e viene utilizzato per modificare il suo valore cambiandolo.




Pin out del potenziometro

Pin out del potenziometro

Pin1 (estremità fissa): La connessione di questa estremità fissa1 può essere eseguita su una delle estremità del percorso resistivo



Pin2 (estremità variabile): Il collegamento di questa estremità variabile può essere effettuato collegandolo al tergicristallo in modo che fornisca una tensione variabile

Pin3 (estremità fissa): La connessione di questa altra estremità fissa può essere effettuata collegandola ad un'altra finitura del percorso resistivo

Come selezionare un potenziometro?

Il potenziometro è anche chiamato POT o resistore variabile. Questi sono usati per fornire una resistenza variabile semplicemente cambiando la manopola sul potenziometro. La classificazione di questo può essere effettuata in base a due parametri importanti come la resistenza (R-ohm) e la potenza (P-Watt).


Potenziometro

Potenziometro

La resistenza del potenziometro altrimenti il ​​suo valore decide principalmente quanta resistenza dare al flusso di corrente. Quando il valore del resistore è alto, fluirà il valore inferiore della corrente. Alcuni dei potenziometri sono 500 Ω, 1 K ohm, 2 K ohm, 5 K ohm, 10 K ohm, 22 K ohm, 47 K ohm, 50 K ohm, 100 K ohm, 220 K ohm, 470 K ohm, 500 K ohm, 1 M.

La classificazione dei resistori dipende principalmente dalla quantità di corrente che consente di attraversarli, nota come potenza nominale. La potenza nominale di un potenziometro è di 0,3 W e quindi può essere utilizzato semplicemente per circuiti a bassa corrente.

Esistono ancora diversi tipi di potenziometri e la loro selezione dipende principalmente da alcune necessità come le seguenti.

  • Le necessità della struttura
  • Le caratteristiche del cambiamento di resistenza
  • Scegli il tipo di potenziometro in base alle necessità di utilizzo
  • Scegli i parametri in base alle necessità del circuito

Principio di costruzione e funzionamento

Il potenziometro è costituito da un lungo filo resistivo L composto da magnum o con costantana e da una batteria di EMF V. Questa tensione è chiamata tensione della cella del driver . Collegare le due estremità del filo resistivo L ai terminali della batteria come mostrato di seguito, supponiamo che si tratti di una disposizione del circuito primario.

Un terminale di un'altra cella (la cui EMF E deve essere misurata) si trova a un'estremità del circuito primario e un'altra estremità del terminale della cella è collegata a un punto qualsiasi del filo resistivo attraverso un galvanometro G. Ora supponiamo che questa disposizione sia un circuito secondario. La disposizione del potenziometro come mostrato di seguito.

Costruzione del potenziometro

Costruzione del potenziometro

Il principio di funzionamento di base di questo si basa sul fatto che la caduta del potenziale attraverso qualsiasi parte del filo è direttamente proporzionale alla lunghezza del filo, a condizione che il filo abbia un'area di sezione trasversale uniforme e la corrente costante che lo attraversa. 'Quando non c'è differenza di potenziale tra due nodi, la corrente elettrica fluirà'.

Ora il filo del potenziometro è in realtà un filo con alta resistività (ῥ) con area della sezione trasversale uniforme A. Quindi, in tutto il filo, ha una resistenza uniforme. Ora questo terminale del potenziometro è collegato alla cella di alta EMF V (trascurando la sua resistenza interna) chiamata cella driver o sorgente di tensione. Lascia che la corrente attraverso il potenziometro sia I e R è la resistenza totale del potenziometro.

Quindi per la legge di Ohm V = IR

Sappiamo che R = ῥL / A

Quindi, V = I ῥL / A

Poiché ῥ e A sono sempre costanti e la corrente I è mantenuta costante da un reostato.

Quindi L ῥ / A = K (costante)

Quindi, V = KL. Supponiamo ora che una cella E di EMF inferiore alla cella del driver sia inserita nel circuito come mostrato sopra. Diciamo che ha EMF E. Ora nel filo del potenziometro diciamo alla lunghezza x il potenziometro è diventato E.

E = L ῥx / A = Kx

Quando questa cella viene inserita nel circuito come mostrato nella figura sopra con un jokey collegato alla lunghezza corrispondente (x), non ci sarà flusso di corrente attraverso il galvanometro perché quando la differenza di potenziale è uguale a zero, nessuna corrente scorrerà attraverso di esso .

Quindi il galvanometro G mostra un rilevamento nullo. Quindi la lunghezza (x) è chiamata la lunghezza del punto zero. Ora conoscendo la costante K e la lunghezza x. Possiamo trovare l'EMF sconosciuto.

E = L ῥx / A = Kx

In secondo luogo, si può anche confrontare EMF di due celle, lascia che la prima cella di EMF E1 abbia un punto nullo a una lunghezza = L1 e la seconda cella di EMF E2 mostri un punto nullo a lunghezza = L2

Poi,

E1 / E2 = L1 / L2

Perché il potenziometro viene scelto sul voltmetro?

Quando utilizziamo il voltmetro, la corrente scorre attraverso il circuito e, a causa della resistenza interna della cella, il potenziale terminale sarà sempre inferiore al potenziale effettivo della cella. In questo circuito, quando la differenza di potenziale è bilanciata (utilizzando un rilevamento dello zero galvanometro), nessuna corrente scorre nel circuito, quindi il potenziale terminale sarà uguale al potenziale della cella effettiva. Quindi possiamo capire che il voltmetro misura il potenziale terminale di una cella, ma questo misura il potenziale effettivo della cella. I simboli schematici di questo sono mostrati di seguito.

Simboli del potenziometro

Simboli del potenziometro

Tipi di potenziometri

Un potenziometro è anche comunemente noto come pentola. Questi potenziometri hanno tre connessioni terminali. Un terminale collegato a un contatto scorrevole chiamato tergicristallo e gli altri due terminali è collegato a una traccia di resistenza fissa. Il tergicristallo può essere spostato lungo il binario resistivo utilizzando un comando a scorrimento lineare o un contatto rotante 'wiper'. Entrambi i controlli rotativi e lineari hanno la stessa operazione di base.

La forma più comune del potenziometro è il potenziometro rotativo a giro singolo. Questo tipo di potenziometro viene spesso utilizzato nel controllo del volume audio (conicità logaritmica) e in molte altre applicazioni. Materiali diversi vengono utilizzati per costruire potenziometri, tra cui composizione di carbonio, cermet, plastica conduttiva e pellicola metallica.

Potenziometri rotativi

Questi sono i tipi più comuni di potenziometri, in cui il tergicristallo si muove lungo un percorso circolare. Questi potenziometri vengono utilizzati principalmente per ottenere un'alimentazione di tensione variabile a una frazione di circuiti. Il miglior esempio di questo potenziometro rotativo è il controller del volume di un transistor radio in cui la manopola rotante controlla l'alimentazione di corrente verso l'amplificatore.

Questo tipo di potenziometro include due contatti terminali in cui è possibile trovare una resistenza costante in un modello semicircolare. E include anche un terminale nel mezzo che è alleato alla resistenza utilizzando un contatto scorrevole collegato tramite una manopola rotante. Il contatto scorrevole può essere ruotato ruotando la manopola sulla resistenza semicircolare. La tensione di questo può essere ottenuta tra i due contatti di resistenza e lo scorrimento. Questi potenziometri vengono utilizzati ovunque sia necessario il controllo della tensione di livello.

Potenziometri lineari

In questi tipi di potenziometri, il tergicristallo si muove lungo un percorso lineare. Noto anche come slide pot, slider o fader. Questo potenziometro è simile al tipo rotativo ma in questo potenziometro, il contatto scorrevole ruotava semplicemente sulla resistenza in modo lineare. La connessione dei due terminali del resistore è collegata alla sorgente di tensione. Un contatto scorrevole sul resistore può essere spostato utilizzando un percorso collegato attraverso il resistore.

Il terminale del resistore è collegato verso lo scorrimento che è collegato a un'estremità dell'uscita del circuito e un altro terminale è collegato all'altra estremità dell'uscita del circuito. Questo tipo di potenziometro viene utilizzato principalmente per calcolare la tensione in un circuito. Viene utilizzato per misurare la resistenza interna della cella della batteria e utilizzato anche nei sistemi di missaggio dell'equalizzatore audio e musicale.

Potenziometro meccanico

Esistono diversi tipi di potenziometri disponibili sul mercato, in quanto i tipi meccanici vengono utilizzati per il controllo manuale per modificare la resistenza e l'uscita del dispositivo. Tuttavia, un potenziometro digitale viene utilizzato per modificare automaticamente la sua resistenza in base allo stato specificato. Questo tipo di potenziometro funziona esattamente come un potenziometro e la sua resistenza può essere modificata tramite comunicazioni digitali come SPI, I2C piuttosto che ruotare direttamente la manopola.

Questi potenziometri sono chiamati POT a causa della loro struttura a forma di POT. Include tre terminali come i / p, o / p e GND insieme a una manopola sul suo pinnacolo. Questa manopola funziona come controllo per controllare la resistenza ruotandola nelle due direzioni in senso orario altrimenti in senso antiorario.

Lo svantaggio principale dei potenziometri digitali è che sono semplicemente influenzati da diversi fattori ambientali come sporco, polvere, umidità, ecc. Per superare questi svantaggi, sono stati implementati i potenziometri digitali (digiPOT). Questi potenziometri possono funzionare in ambienti come polvere, sporco, umidità senza alterarne il funzionamento.

Potenziometro digitale

I potenziometri digitali sono anche chiamati digiPOT o resistori variabili che viene utilizzato per controllare i segnali analogici utilizzando microcontrollori. Questi tipi di potenziometri forniscono una resistenza o / p che può essere modificata a seconda degli ingressi digitali. A volte, questi sono anche chiamati RDAC (convertitori resistivi digitale-analogico). Il controllo di questo digipot può essere effettuato tramite segnali digitali piuttosto che tramite movimento meccanico.

Ogni passo sulla scala della resistenza include un interruttore che è collegato al terminale o / p del potenziometro digitale. Il rapporto della resistenza nel potenziometro può essere determinato attraverso il gradino scelto sulla scala. Generalmente, questi passaggi sono indicati con un valore di bit, ad esempio. 8 bit sono pari a 256 passi.

Questo potenziometro utilizza protocolli digitali come I²C altrimenti SPI Bus (Serial Peripheral Interface) per la segnalazione. La maggior parte di questi potenziometri utilizza semplicemente una memoria volatile in modo che non ricordino la loro posizione una volta spenti e la loro posizione finale possa essere memorizzata tramite l'FPGA o il microcontrollore a cui sono collegati.

Caratteristiche

Il caratteristiche di un potenziometro include il seguente.

  • È estremamente accurato in quanto lavora sulla tecnica di valutazione piuttosto che sulla tecnica di deflessione per determinare le tensioni non identificate.
  • Determina il punto di equilibrio altrimenti nullo che non necessita di potenza per la dimensione.
  • Il funzionamento del potenziometro è libero dalla resistenza della sorgente in quanto non vi è flusso di corrente in tutto il potenziometro in quanto è bilanciato.
  • Le caratteristiche principali di questo potenziometro sono la risoluzione, la conicità, i codici di marcatura e la resistenza hop on / hop off

Sensibilità del potenziometro

La sensibilità del potenziometro può essere definita come la minima variazione di potenziale che viene calcolata con l'aiuto di un potenziometro. La sua sensibilità dipende principalmente dal valore del gradiente potenziale (K). Quando il valore del gradiente potenziale è basso, la differenza di potenziale che un potenziometro può calcolare è minore e quindi la sensibilità del potenziometro è maggiore.

Quindi, per una data potenziale dissomiglianza, la sensibilità del potenziometro può aumentare con l'aumento della lunghezza del potenziometro. La sensibilità del potenziometro può essere aumentata anche per i seguenti motivi.

  • Aumentando la lunghezza del potenziometro
  • Diminuendo il flusso di corrente all'interno del circuito attraverso un reostato
  • Entrambe le tecniche aiuteranno a ridurre il valore del gradiente potenziale e ad aumentare la resistività.

Differenza tra potenziometro e voltmetro

Le principali differenze tra potenziometro e voltmetro sono discusse nella tabella di confronto.

Potenziometro

Voltmetro

La resistenza del potenziometro è alta e infinitaLa resistenza del voltmetro è alta e limitata
Il potenziometro non assorbe la corrente dalla sorgente elettromagneticaIl voltmetro assorbe un po 'di corrente dalla sorgente dell'emf
La disparità potenziale può essere calcolata quando è equivalente alla differenza potenziale definitaLa differenza potenziale può essere misurata quando è inferiore alla differenza potenziale definita
La sua sensibilità è altaLa sua sensibilità è bassa
Misura semplicemente la fem altrimenti la differenza potenzialeÈ un dispositivo flessibile
Dipende dalla tecnica di deflessione zeroDipende dalla tecnica di deflessione
Viene utilizzato per misurare la femViene utilizzato per misurare la tensione dei terminali del circuito

Reostato vs Potenziometro

Le principali differenze tra reostato e potenziometro sono discusse nella tabella di confronto.

Reostato Potenziometro
Ha due terminaliHa tre terminali
Ha un solo turnoHa un giro singolo e multigiro
È collegato in serie tramite il caricoÈ collegato in parallelo tramite il carico
Controlla la correnteControlla la tensione
È lineare semplicementeÈ lineare e logaritmico
I materiali utilizzati per realizzare il reostato sono il disco in carbonio e il nastro metallicoIl materiale utilizzato per realizzare il potenziometro è la grafite
Viene utilizzato per applicazioni ad alta potenzaViene utilizzato per applicazioni a bassa potenza

Misura della tensione tramite potenziometro

La misura della tensione può essere effettuata utilizzando un potenziometro in un circuito è un concetto molto semplice. Nel circuito, il reostato deve essere regolato e il flusso di corrente attraverso il resistore può essere regolato in modo che per ogni unità di lunghezza del resistore, si possa far cadere una tensione esatta.

Ora dobbiamo fissare un'estremità del ramo all'inizio della resistenza mentre l'altra estremità può essere collegata verso il contatto scorrevole della resistenza utilizzando un galvanometro. Quindi, ora dobbiamo spostare il contatto scorrevole sul resistore finché il galvanometro non mostra una deflessione zero. Una volta che il galvanometro raggiunge lo stato zero, dobbiamo annotare la lettura della posizione sulla scala del resistore e in base a ciò possiamo scoprire la tensione nel circuito. Per una migliore comprensione, possiamo regolare la tensione per ciascuna unità di lunghezza del resistore.

Vantaggi

Il vantaggi del potenziometro include il seguente.

  • Non c'è possibilità di ottenere errori perché utilizza il metodo di riflessione zero.
  • La standardizzazione può essere eseguita utilizzando direttamente una cella normale
  • Viene utilizzato per misurare piccole emf a causa di elevata sensibilità
  • In base al requisito, la lunghezza del potenziometro può essere aumentata per ottenere la precisione.
  • Quando il potenziometro viene utilizzato nel circuito per la misurazione, non assorbe corrente.
  • Viene utilizzato per misurare la resistenza interna di una cella e per confrontare l'e.m.f. di due celle ma utilizzando un voltmetro non è possibile.

Svantaggi

Il svantaggi del potenziometro include il seguente.

  • L'utilizzo del potenziometro non è conveniente
  • L'area della sezione trasversale del filo del potenziometro dovrebbe essere coerente in modo che non sia praticamente possibile.
  • Durante un esperimento, la temperatura del filo dovrebbe essere stabile, ma questo è difficile a causa del flusso di corrente.
  • Lo svantaggio principale di questo è che ha bisogno di una forza enorme per spostare il tergicristallo o i contatti scorrevoli. C'è erosione a causa del movimento del tergicristallo. Quindi diminuisce la vita del trasduttore
  • La larghezza di banda è limitata.

Potenziometro Driver Cell

Il potenziometro viene utilizzato per misurare la tensione valutando la tensione di misurazione attraverso la resistenza del potenziometro con la tensione. Quindi, per il funzionamento del potenziometro, dovrebbe esserci una sorgente di tensione che è alleata attraverso il circuito di un potenziometro. Un potenziometro può essere azionato dalla sorgente di tensione fornita dalla cella, nota come cella di pilotaggio.

Questa cella viene utilizzata per fornire la corrente attraverso la resistenza del potenziometro. La resistenza e il prodotto corrente del potenziometro forniranno una tensione completa del dispositivo. Quindi, questa tensione può essere regolata per modificare la sensibilità del potenziometro. Di solito, questo può essere fatto regolando la corrente in tutta la resistenza. Un reostato è collegato in serie alla cella del driver.

Il flusso di corrente attraverso la resistenza può essere controllato utilizzando un reostato collegato in serie con la cella del driver. Quindi la tensione della cella del driver deve essere migliore rispetto alla tensione misurata.

Applicazioni dei potenziometri

Le applicazioni del potenziometro includono quanto segue.

Potenziometro come divisore di tensione

Il potenziometro può essere lavorato come un partitore di tensione per ottenere una tensione di uscita regolabile manualmente sul cursore da una tensione di ingresso fissa applicata ai due estremi del potenziometro. Ora la tensione di carico su RL può essere misurata come

Circuito divisore di tensione

Circuito divisore di tensione

VL = R2RL. VS / (R1RL + R2RL + R1R2)

Controllo audio

I potenziometri scorrevoli, uno degli usi più comuni dei moderni potenziometri a bassa potenza sono come dispositivi di controllo audio. Sia i potenziometri scorrevoli (fader) che i potenziometri rotanti (manopole) vengono regolarmente utilizzati per l'attenuazione della frequenza, la regolazione del volume e per le diverse caratteristiche dei segnali audio.

Televisione

I potenziometri sono stati utilizzati per controllare la luminosità, il contrasto e la risposta del colore dell'immagine. Un potenziometro veniva spesso utilizzato per regolare la 'tenuta verticale', che influiva sulla sincronizzazione tra il segnale dell'immagine ricevuto e il circuito di sweep interno del ricevitore ( un multi-vibratore ).

Trasduttori

Una delle applicazioni più comuni è la misurazione dello spostamento. Per misurare lo spostamento del corpo, che è mobile, è collegato l'elemento scorrevole situato sul potenziometro. Quando il corpo si muove, anche la posizione del cursore cambia di conseguenza, quindi la resistenza tra il punto fisso e il cursore cambia. A causa di ciò, cambia anche la tensione attraverso questi punti.

La variazione della resistenza o della tensione è proporzionale alla variazione dello spostamento del corpo. Quindi la variazione di tensione indica lo spostamento del corpo. Questo può essere utilizzato per la misurazione dello spostamento traslazionale e rotazionale. Poiché questi potenziometri funzionano sul principio della resistenza, sono anche chiamati potenziometri resistivi. Ad esempio, la rotazione dell'albero potrebbe rappresentare un angolo e il rapporto di divisione della tensione può essere proporzionale al coseno dell'angolo.

Quindi, questo è tutto una panoramica di cos'è un potenziometro , pinout, sua costruzione, diversi tipi, modalità di selezione, caratteristiche, differenze, vantaggi, svantaggi e sue applicazioni. Ci auguriamo che tu abbia una migliore comprensione di queste informazioni. Inoltre, qualsiasi domanda riguardante questo concetto o progetti elettrici ed elettronici , per favore dai i tuoi preziosi suggerimenti commentando nella sezione commenti qui sotto. Ecco una domanda per te, qual è la funzione di un potenziometro rotativo?