Kaj je potenciometer?

Uvod

Potenciometer je električna komponenta s tremi terminali, ki omogoča prilagajanje izhodne napetosti z drsenjem ali vrtenjem osi. Če uporabite samo dva terminala, en konec in drsnik, deluje kot spremenljivi upornik ali reostat. Na splošno se potenciometri uporabljajo za nadzor različnih električnih naprav, kot so avdio kontrolniki ali ročice za upravljanje. Vendar pa se redko uporabljajo za upravljanje visoke moči, saj bi se moč, razpršena v potenciometru, lahko primerjala z močjo v kontrolirani obremenitvi.

Potenciometri se sestavljajo iz upornega elementa, drsnega kontakta ali drsnika, električnih terminalov na obeh koncih elementa, mehanizma, ki premika drsnik od enega do drugega konca, in ohišja, ki vsebuje element in drsnik. Izdelani so iz različnih materialov, kot so grafitski prah, upornostna žica, ogljikove delce v plastiki in keramično/kovinske mešanice, imenovane cermet.

Vrste potenciometrov

Potenciometri so na voljo v različnih vrstah, med drugim linearnih, logaritmičnih in brezkontaktnih.

• Linearni potenciometer je vrsta potenciometra, ki ima uporniški element z enakomernim presekom in posledično napetost med kontaktom (drsnikom) in eno končno sponko narašča sorazmerno z razdaljo med njima. Uporablja se, ko mora razmerje delitve potenciometra biti sorazmerno s kotom vrtenja gredi ali položajem drsnika, na primer pri krmiljenju središča prikaza na analogni katodno-žarkovni osciloskopiji. Natančni potenciometri imajo natančen odnos med upornostjo in položajem drsnika.

• Logaritmični potenciometer je vrsta potenciometra, ki ima vgrajeno “uveljavitev” v uporniškem elementu. To pomeni, da središčni položaj potenciometra ni enak polovici skupne vrednosti potenciometra. Uporniški element je zasnovan tako, da sledi logaritmični uveljavljenosti, matematičnemu eksponentu ali “kvadrirani” profilu. Logaritmični potenciometer je izdelan z uporniškim elementom, ki se bodisi “konico” od enega konca do drugega ali je izdelan iz materiala, katerega upornost se spreminja od enega konca do drugega. To ustvari napravo, kjer je izhodna napetost logaritemska funkcija položaja drsnika. Logaritmični potenciometer se v praksi uporablja za nadzor glasnosti ali nivoja signala v avdio sistemih, saj je zaznavanje glasnosti pri ljudeh logaritemsko glede na Weber-Fechnerjev zakon.

• Brezkontaktni potenciometri so naprave, ki se razlikujejo od mehanskih potenciometrov, saj ne uporabljajo drsnega stika, da bi spremenili delilno razmerje. Namesto tega uporabljajo optični disk za sprožanje infrardečega senzorja ali magnet, ki sproži magnetni senzor. Nato elektronski vezje obdela signal in zagotovi izhodni signal, ki je lahko analogen ali digitalen. Obstajajo tudi drugi tipi senzorjev, kot so kapacitivni, kar omogoča gradnjo drugih vrst brezkontaktnih potenciometrov. Primer brezkontaktnega potenciometra je integrirano vezje AS5600. Čeprav morajo absolutni kodirniki uporabiti podobna načela, pa so zaradi industrijske uporabe lahko stroški neprimerni za uporabo v gospodinjskih aparatih.

• Digitalni potenciometer znan tudi kot “digipot”, je elektronska komponenta, ki posnema funkcije analognih potenciometrov. Z digitalnimi vhodnimi signali se lahko upravlja upornost med dvema terminaloma, podobno kot pri analognem potenciometru. Obstajata dve glavni funkcionalni vrsti digitalnih potenciometrov: nestabilne, ki izgubijo svoj nastavljen položaj, če se napajanje odstrani in običajno začnejo v minimalnem položaju, in stabilne, ki ohranijo svoj nastavljen položaj preko shranjevalnega mehanizma, podobnega flash spominu ali EEPROM.
  Uporaba digitalnega potenciometra je precej bolj zapletena kot uporaba preprostega mehanskega potenciometra in zahteva upoštevanje številnih omejitev. Kljub temu so digitalni potenciometri široko uporabljeni, zlasti za tovarniško nastavljanje in kalibracijo opreme, zlasti v situacijah, kjer so omejitve mehanskih potenciometrov problematične. Digitalni potenciometri so na splošno odporni na učinke zmernih dolgoročnih mehanskih vibracij ali okoljske kontaminacije, v enaki meri kot druge polprevodniške naprave. Poleg tega se lahko digitalni potenciometri elektronsko zaščitijo pred nepooblaščenim vdiranjem, tako da zaščitijo dostop do svojih programskih vhodov na različne načine.
  V opremi, ki ima mikroprocesor, FPGA ali drugo funkcionalno logiko, ki je sposobna shranjevati nastavitve in jih vsakič, ko se oprema vklopi, ponovno naložiti na “potenciometer”, se lahko namesto digitalnega potenciometra uporabi množilni DAC, ki lahko zagotovi večjo resolucijo nastavitev, manjše nihanje s temperaturo in večjo operativno fleksibilnost.

• Membranski potenciometri so inovativne komponente, ki uporabljajo prevodno membrano, ki se deformira in stika z upornim napetostnim delilnikom. Zmožni so zagotavljati linearnosti od 0,50% do 5%, njihova natančnost pa je močno odvisna od oblikovanja, materialov in proizvodnega procesa. Ti potenciometri ponujajo ponovljivo natančnost med 0,1 mm in 1,0 mm ter neskončno teoretično resolucijo. Življenjska doba membranskih potenciometrov se giblje od 1 milijona do 20 milijonov ciklov, odvisno od metode aktivacije in materialov, uporabljenih pri proizvodnji. Na voljo so v kontaktnih in brezkontaktnih (magnetnih) različicah za zaznavanje položaja, izdelani pa so iz različnih materialov, vključno s PET, FR4 in Kapton. Proizvajalci ponujajo linearno, rotacijsko in aplikacijo-specifične različice, linearni različici se gibljejo od 9 mm do 1000 mm v dolžini, rotacijski pa od 20 do 450 mm v premeru, oba pa sta visoka 0,5 mm.