آموزش الکترونیک

پتانسیومتر چیست؟ تفاوت پتانسیومتر الکتریکی با رئوستا

پتانسیومتر، یک مقاومت متغیر 3 پایه است که در آن مقاومت برای کنترل جریان الکتریکی به صورت دستی تغییر می کند.

پتانسیومتر به عنوان یک تقسیم کننده ولتاژ قابل تنظیم عمل می کند.

فیلم زیر به طور کامل شما را با پتانسیومتر آشنا میکند:

تفاوت رئوستا با پتانسیومتر

یک پتانسیومتر ولتاژ متغیری می دهد در حالی که رئوستا مقاومت متغیری ایجاد می کند. پتانسیومتر یک قطعه سه پایه است در حالی که رئوستا یک قطعه دو پایه است. از نظر ساختاری هر دو قطعه شبیه به هم هستند اما اصل عملکرد آنها کاملاً متفاوت است. در پتانسیومتر دو پایه انتهایی مقاومت یکنواخت به مدار منبع متصل می شوند. در رئوستا، فقط یک پایه از مقاومت یکنواخت به مدار وصل می شود و سر دیگر مقاومت باز است. هم در پتانسیومتر و هم در رئوستا، یک پیچ متحرک روی مقاومت وجود دارد.

برای یادگیری آردوینو (برنامه نویسی، ساخت ربات، ارتباط با اندروید) روی دوره آموزش آردوینو کلیک کنید.
برای یادگیری کامل الکترونیک روی دوره آموزش الکترونیک کلیک کنید.

تفاوت رئوستا و پتانسیومتر

در پتانسیومتر ولتاژ خروجی بین پیچ ثابت و متحرک گرفته می شود. در رئوستا، مقاومت متغیر بین پایه ثابت و متحرک حاصل می شود. مقاومت پتانسیومتر در مدار متصل می شود. مقاومت رئوستا بصورت سری با مدار وصل می شود. به طور کلی از رئوستا برای کنترل جریان با تنظیم مقاومت به کمک پیچ متحرک استفاده می شود. در پتانسیومتر ، ولتاژ با تنظیم پیچ متحرک روی مقاومت کنترل می شود. بنابراین، مقاومت متغیر بین دو پایه ثابت و متحرک حاصل می شود.

پادکست زیر به طور کامل شما را با پتانسیومتر آشنا میکند:

انواع پتانسیومتر

پتانسیومتر دو نوع اصلی دارد:

  1. پتانسیومتر چرخشی
  2. پتانسیومتر خطی

اگرچه ویژگی های اساسی ساخت این پتانسیومتر ها متفاوت است، اما اصل کار هر دو این پتانسیومتر ها یکسان است. توجه داشته باشید که این ها انواع پتانسیومتر های DC هستند، انواع پتانسیومتر های AC کمی متفاوت است.

پتانسیومتر چرخشی

پتانسیومتر های چرخشی عمدتاً برای بدست آوردن ولتاژ تغذیه قابل تنظیم به بخشی از مدار های الکتریکی استفاده می شوند. کنترل کننده ولتاژ ترانزیستور رادیویی نمونه مشهوری از پتانسیومتر چرخشی است که در آن دکمه چرخشی پتانسیومتر منبع تغذیه را به تقویت کننده وصل می کند.

پتانسیومتر چرخشی

در این نوع پتانسیومتر یک مقاومت به صورت نیم دایره دربین دو ترمینال انتهایی قرار می گیرد. این قطعه همچنین دارای یک ترمینال میانی است که از طریق پیچ متحرک متصل به دکمه چرخشی به مقاومت متصل می شود. با چرخاندن دکمه می توان پیچ متحرک را روی مقاومت نیمه دایره ای حرکت داد. ولتاژ بین یک پیچ انتهایی مقاومت و پیچ متحرک گرفته می شود.

پتانسیومتر به طور خلاصه به عنوان POT نیز نامگذاری می شود. POT همچنین در شارژر های باتری برای تنظیم ولتاژ شارژ باتری استفاده می شود. در بیشتر موارد از پتانسیومتر چرخشی استفاده می شود که در آن کنترل ولتاژ سطح صاف مورد نیاز است.

پتانسیومتر خطی

پتانسیومتر خطی اساساً یکنواخت است اما تنها تفاوت در این است که در اینجا به جای حرکت چرخشی ، پیچ متحرک روی مقاومت به صورت خطی حرکت می کند. در اینجا دو سر یک مقاومت مستقیم به ولتاژ منبع متصل می شوند. یک پیچ متحرک می تواند روی مقاومت از طریق یک مسیر بین آن ها نشان داده شود. ترمینال متصل به پیچ متحرک به یک انتهای مدار خروجی و یکی از ترمینال های مقاومت به انتهای دیگر مدار خروجی متصل است.

پتانسیومتر خطی

همچنین اگر در مورد این مطلب سوالی داشتید در انتهای صفحه در قسمت نظرات بپرسید

این نوع پتانسیومتر عمدتا برای اندازه گیری ولتاژ شاخه مدار، مقاومت داخلی المان باتری و مقایسه المان باتری با المان استاندارد استفاده می شود و در زندگی روزمره ما، معمولاً در اکولایزر موسیقی و سیستم های میکس صدا استفاده می شود.

پتانسیومتر دیجیتال

پتانسیومترهای دیجیتال قطعه های سه پایه هستند که دارای دو پایه انتهایی ثابت و یک پایه برای تغییر ولتاژ خروجی می باشند.

پتانسیومتر های دیجیتال کاربرد های مختلفی دارند، از جمله تنظیم کردن سیستم، تنظیم ولتاژ افست، تنظیم فیلتر ها، کنترل روشنایی صفحه و کنترل میزان صدا.

با این وجود پتانسیومتر های مکانیکی از برخی معایب جدی رنج می برند که باعث می شود در مواردی که دقت لازم است ، نامناسب باشد. اندازه، آلوده شدن قطعه متحرک، سایش مکانیکی، تغییر ناچیز مقاومت ، حساسیت به لرزش، رطوبت و … از عمده ترین معایب پتانسیومتر مکانیکی است. از این رو برای غلبه بر این معایب، پتانسیومتر های دیجیتال کاربرد بیشتری دارند زیرا دقت بالاتری را ارائه می دهند.

مدار پتانسیومتر دیجیتال

مدار پتانسیومتر دیجیتال از دو قسمت تشکیل شده است، اول عنصر مقاومتی همراه با سوئیچ های الکترونیکی و دوم مدار کنترل ولتاژ. شکل زیر به ترتیب هر دو قسمت را نشان می دهد.

مدار پتانسیومتر دیجیتال

قسمت اول آرایه ای از مقاومت است و هر گره از طریق یک سوئیچ الکترونیکی دو طرفه به یک نقطه مشترک W متصل می شود، به جز نقاط انتهایی A و B. ترمینال W ترمینال تنظیم ولتاژ خروجی است. هر یک از سوئیچ ها با استفاده از فناوری CMOS طراحی شده است و فقط یکی از سوئیچ ها در هر زمان مشخص از پتانسیومتر در حالت ON است.

سوئیچی که روشن است مقاومت پتانسیومتر را تعیین می کند و اینکه کدام سوئیچ باید روشن باشد از طریق مدار کنترل تعیین می شود‌. مدار کنترل از یک رجیستر RDAC تشکیل شده است که می تواند با استفاده از رابط هایی مانند SPI ، I2C و یا به صورت دستی توسط دکمه های فشار یا رمزگذار دیجیتال به صورت دیجیتالی نوشته شود. نمودار بالا پتانسیومتر دیجیتال کنترل شده با فشار دکمه را نشان می دهد. یک دکمه “UP” برای افزایش مقاومت است و دکمه دیگر “DOWN” برای کاهش مقاومت می باشد.

به طور کلی، وقتی پتانسیومتر دیجیتال خاموش است، موقعیت پایه تنظیم ولتاژ در سوئیچ وسط قرار دارد. پس از روشن شدن پتانسیومتر دیجیتالی، با توجه به نیاز ما می توانیم با یک عملکرد دکمه ای مناسب مقاومت را کم یا زیاد کنیم. علاوه بر این، پتانسیومتر های پیشرفته دیجیتال همچنین دارای یک حافظه داخلی هستند که می تواند آخرین موقعیتی که وجود داشته است را ذخیره کند. حال این حافظه بسته به نوع کاربرد می تواند از نوع موقت یا دائمی باشد.

به عنوان مثال، در مورد کنترل میزان صدا در دستگاه، ما انتظار داریم که دستگاه حتی بعد از اینکه دوباره دستگاه را روشن کردیم تنظیمات بلندی را که استفاده کرده ایم به خاطر بسپارد. بنابراین یک نوع حافظه دائمی مانند EEPROM در اینجا مناسب است. از طرف دیگر برای سیستم هایی که خروجی را به طور مداوم تغییر می دهند و برای بازیابی مقدار قبلی لازم نیست، از یک حافظه موقت استفاده می شود.

مزایای پتانسیومتر های دیجیتال

مزایای پتانسیومترهای دیجیتال عبارتند از:

  • قابلیت اطمینان بالاتر، دقت بیشتر، اندازه کوچک و تغییر ناچیزی درمقاومت دارد.
  • پتانسیومترهای متعدد را می توان در یک تراشه بسته بندی کرد.
  • تحت تأثیر شرایط محیطی مانند ارتعاشات، رطوبت، ضربه نیست.
  • هیچ قسمت متحرکی در آن وجود ندارد.
  • خطای مجاز تا 1 +یا 1- دارد.
  • اتلاف برق بسیار کمی دارد، تا ده ها میلی وات.

معایب پتانسیومترهای دیجیتال

معایب پتانسیومترهای دیجیتال عبارتند از:

  • برای محیط با دمای بالا و استفاده از توان بالا مناسب نیست.
  • با توجه به ظرفیت خازنی سوئیچ های الکترونیکی، یک پهنای باند وجود دارد که در پتانسیومتر های دیجیتال نشان داده می شود. این حداکثر فرکانس سیگنال است که می تواند از پایه های مقاومت با میرایی کمتر از 3 دسی بل درترمینال عبور کند. معادله انتقال مشابه فیلتر پایین گذر است.
  • غیرخطی بودن در مقاومت تنظیم ولتاژ، اعوجاج هارمونیکی را به سیگنال خروجی اضافه می کند. اعوجاج هارمونیک کل، یا THD، میزان تخریب سیگنال پس از عبور از مقاومت را اندازه گیری می کند.

نحوه کار پتانسیومتر

پتانسیومتر یک جز الکترونیکی غیرفعال است است. پتانسیومتر ها بوسیله تغییر موقعیت پیچ متحرک کار می کنند. در یک پتانسیومتر، کل ولتاژ ورودی در کل طول مقاومت اعمال می شود و ولتاژ خروجی افت ولتاژ بین دو پیچ ثابت و متحرک است که در زیر نشان داده شده است.

نحوه کار پتانسیومتر

یک پتانسیومتر دارای دو پایه از منبع ورودی است که در انتهای مقاومت نصب شده اند. برای تنظیم ولتاژ خروجی، پیچ متحرک در طول مقاومت به سمت خروجی جابجا می شود.

تفاوت پتانسیومتر با رئوستا در این است که در رئوستا یک انتها ثابت است و پایه متحرک به مدار متصل میشود. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است.

تفاوت رئوستا با پتانسیومتر

این یک ابزار بسیار اساسی است که برای مقایسه EMF دو المان و برای تنظیم آمپرمتر ، ولت متر و وات متر استفاده می شود. اصل کار یک پتانسیومتر کاملاً ساده است. فرض کنید ما دو باتری را به طور موازی از طریق گالوانومتر وصل کرده ایم. ترمینال های منفی باتری به هم متصل می شوند و ترمینال های مثبت باتری نیز از طریق گالوانومتر به هم متصل می شوند همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است.

اتصال دو باتری به گالوانومتر

در اینجا، اگر پتانسیل الکتریکی هر دو المان باتری کاملاً یکسان باشد، هیچ جریان گردشی در مدار وجود ندارد و از این رو گالوانومتر صفر را نشان می دهد. اصل کار پتانسیومتر به این پدیده بستگی دارد.

نحوه کار پتانسیومتر

کاربرد پتانسیومتر

پتانسیومتر کاربرد های مختلفی دارد. سه کاربرد اصلی پتانسیومتر عبارتند از:

  1. مقایسه EMF المان باتری با المان استاندارد
  2. اندازه گیری مقاومت داخلی المان باتری
  3. اندازه گیری ولتاژ در یک شاخه از مدار

مقایسه EMF المان های باتری

یکی از کاربرد های اصلی پتانسیومتر مقایسه میزان EMF یک المان باتری با یک المان باتری استاندارد است. بیایید المانی را درنظر بگیریم که emf آن با یک المان استاندارد مقایسه شود. ترمینال مثبت المان و همان المان استاندارد با انتهای ثابت مقاومت پتانسیومتر بهم متصل می شوند. ترمینال منفی هر دو المان به نوبت از طریق یک سوئیچ دو طرفه با گالوانومتر متصل می شود. انتهای دیگر گالوانومتر به یک پیچ متحرک روی مقاومت متصل است. اکنون با تنظیم پیچ متحرک روی مقاومت، مشخص می شود که انحراف صفر گالوانومتر برای المان اول به طول L در مقیاس می آید. پس از قرار دادن کلید دو طرفه به المان دوم و سپس با تنظیم پیچ متحرک، مشخص می شود که انحراف صفر گالوانومتر برای آن المان به طول L1 در مقیاس است. المان اول یک المان استاندارد است و emf آن E0 است. المان دوم یک المان ناشناخته است که EMF آن E1 است. اکنون طبق توضیحات بالا، می توانیم بنویسیم:

مقایسه EMF المان های باتری

همانطور که EMF المان استاندارد شناخته شده است، بنابراین EMF المان ناشناخته به راحتی قابل تعیین است.

استفاده از رئوستا برای تعیین EMF

اندازه گیری مقاومت داخلی المان باتری

در این فرآیند، یک باتری از طریق یک گالوانومتر در سراسر مقاومت یک پتانسیومتر متصل می شود، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است. یک مقاومت با مقدار شناخته شده (R) از طریق یک کلید به باتری متصل می شود. ابتدا کلید را باز نگه می داریم و پیچ متحرک مقاومت پتانسیومتر را تنظیم می کنیم تا جریان گالوانومتر صفر شود. هنگامی که گالوانومتر از نقطه صفر خود انحراف صفر را نشان داد، ما موقعیت نوک پیچ متحرک را بر روی مقیاس مقاومت قرار می دهیم و مقدار L1 بدست می آید.

حالا ما کلید را روشن می کنیم. در آن شرایط، جریان گردشی از طریق المان باتری و همچنین مقاومت (R) شروع می شود. در نتیجه، در خود باتری به دلیل مقاومت داخلی آن افت ولتاژ وجود دارد. بنابراین اکنون ولتاژ روی المان باتری کمی کمتر از ولتاژ مدار باز یا EMF المان است. حالا دوباره پیچ متحرک را روی ترانزیستور تنظیم می کنیم تا جریان گالوانومتر صفر شود و هنگامی که صفر شد یعنی انحراف صفر در گالوانومتر نشان داده می شود، موقعیت نوک پیچ متحرک را روی مقیاس مقاومت گرفته و می گوییم L2 است.

فرمول محاسبه مقاومت داخلی المان باتری

مقاومت داخلی المان باتری را می توان با استفاده از این فرمول نشان داد.

جایی که r مقاومت داخلی المان باتری است.

اندازه گیری مقاومت داخلی المان باتری

اندازه گیری ولتاژ توسط پتانسیومتر

اندازه گیری ولتاژ در شاخه ای از مدار با کمک پتانسیومتر ساده است. در اینجا ابتدا باید رئوستا را تنظیم کنیم تا جریان از طریق مقاومت تنظیم شده و باعث افت ولتاژ خاص در واحد طول مقاومت شود. حال باید یک سر شاخه را به ابتدای مقاومت وصل کنیم و انتهای دیگر از طریق گالوانومتر به پیچ متحرک مقاومت متصل شود. حالا باید پیچ متحرک را روی مقاومت تغییر دهیم تا زمانی که گالوانومتر انحراف صفر را نشان دهد. وقتی گالوانومتر به حالت صفررسید ، باید موقعیت نوک پیچ متحرک را در مقیاس مقاومت بخوانیم و بر این اساس می توانیم ولتاژ شاخه مدار را دریابیم ، زیرا ما ولتاژ را بر واحد طول مقاومت تنظیم کرده ایم.

اندازه گیری ولتاژ توسط پتانسیومتر

المان درایور پتانسیومتر

اندازه گیری ولتاژ پتانسیومتر بوسیله مقایسه ولتاژ اندازه گیری شده نسبت به ولتاژی که در مقاومت پتانسیومتر وجود دارد انجام می شود.
بنابراین برای عملکرد پتانسیومتر باید ولتاژ منبع به مدار پتانسیومتر متصل باشد. به المانی که ولتاژ منبع را برای حرکت پتانسیومتر تامین می کند، المان درایور گفته می شود. المان درایور جریان را از طریق مقاومت پتانسیومتر تحویل می دهد. حاصلضرب این جریان و مقاومت پتانسیومتر ولتاژ مقیاس کامل دستگاه را فراهم می کند. با تنظیم این ولتاژ می توان حساسیت پتانسیومتر را تغییر داد. این امر به طور معمول با تنظیم جریان از طریق مقاومت انجام می شود. جریان عبوری از مقاومت توسط رئوستا که بصورت سری با المان درایور متصل است کنترل می شود. لازم به یادآوری است که ولتاژ المان درایور باید از ولتاژ اندازه گیری شده بیشتر باشد.

حساسیت پتانسیومتر

حساسیت پتانسیومتر بیانگر این است که اختلاف ولتاژ کم را می توان با پتانسیومتر اندازه گیری کرد. برای ولتاژ درایور یکسان اگر طول مقاومت پتانسیومتر را افزایش دهیم ، طول مقاومت در واحد ولتاژ افزایش می یابد. از این رو حساسیت پتانسیومتر افزایش می یابد. بنابراین می توان گفت حساسیت پتانسیومتربا طول مقاومت متناسب است. اگر ولتاژ درایور را برای یک طول ثابت از مقاومت پتانسیومتر کاهش دهیم ، ولتاژ نیز در واحد طول مقاومت کاهش می یابد. از این رو دوباره حساسیت پتانسیومتر افزایش می یابد. بنابراین حساسیت پتانسیومتر با ولتاژ درایور نسبت معکوس دارد.

برای مشاهده توضیحات روی دوره مورد نظر کلیک کنید.

برای دریافت مطالب جدید در کانال تلگرام یا پیج اینستاگرام آیرنکس عضو شوید.

تصویر از محمد رحیمی

محمد رحیمی

محمد رحیمی هستم. سعی میکنم در آیرنکس مطالب مفید را قرار دهم. (در خصوص سوال در مورد این مطلب از قسمت نظرات همین مطلب اقدام کنید) سعی میکنم تمام نظرات را پاسخ دهم.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *