Potenciometrs — pielāgojami rezistori: darbība, pielietojums un vēsture

Uzzini visu par potenciometru — kā darbojas pielāgojamie rezistori, to pielietojumu elektronikā un interesanto vēsturi no Edisona izgudrojuma līdz mūsdienām.

Potenciometri ir mainīgi rezistori, kuru pretestību var mainīt, izmantojot rotējošu vārpstu vai slīdni. Tos lieto, lai kontrolētu elektriskā signāla līmeni — piemēram, skaļumu audioierīcēs, attēla spilgtumu televizoros vai gaismas intensitāti mājas apgaismojumā. Potenciometrs bieži tiek izmantots arī kā sprieguma dalītājos, lai iegūtu regulējamu spriegumu kādai ķēdes daļai.

Kā darbojas potenciometrs

Standarta potenciometrs parasti sastāv no rezistoru ķēdes (prietilpības elementa) un pārvietojama kontakta — slīdža vai šķēlītes (wiper). Parasti tam ir trīs spailes:

• divas galējās spailes, kas savieno rezistīva galu;
• vidējā spailė — wiper, kas pieskaras rezistīvai virsmai un ņem no tās signālu.

Ja izmanto visas trīs spailes, potenciometrs darbojas kā sprieguma dalītājs: wipera pozīcija nosaka, kāds sprieguma daļējums tiek nodots. Ja savieno tikai vienu gala spaili un wiperu, ierīce darbojas kā mainīgs rezistors (reostats) — tā maina ķēdes kopējo pretestību.

Galvenie veidi un materiāli

• Oglekļa kompozīcija (carbon) — lēti, plaši izmantoti audio regulēšanā un patērētāju elektronikā. Tie var kļūt trokšņaini un nodilt ar laiku.
• Filma (plastmasa, metāla slānis) — labāka stabilitāte, mazāks trokšņojums, atbilstošāki mūsdienu ierīcēm.
• Wirewound (vītņots) — izturīgi un piemēroti lielākām slodzēm un jaudas pielietojumiem (reostati); bieži izmanto kā jaudīgus mainīgos rezistorus.
• Cermet — keramika+metāls, nodrošina labu linearitāti un stabilitāti.
• Digitālie potenciometri — integrālās shēmas (IC), kurus kontrolē digitāli (pulkst./I²C/SPI), nomaina mehāniskos potenciometrus tur, kur vajadzīga precīza un atkārtojama pozicionēšana.

Parametri, kurus ņemt vērā

• Nominalā pretestība (piem., 1 kΩ, 10 kΩ, 100 kΩ, 1 MΩ) — izvēlēties atbilstoši ķēdes prasībām.
• Jaudas (W) reitings — īpaši svarīgi power/reostat pielietojumos.
• Taper (linearitāte) — lineārs (vienmērīga izmaiņa pretestībā) vai logaritmisks (bieži izmantots audio regulēšanā, jo cilvēka auss uztver skaļumu logaritmiski).
• Mehāniskā dzīve — cik reižu vārpsta var tikt pārvietota bez problēmām.
• Tolerance un temperatūras stabilitāte — svarīgi precīzam darbam.

Pielietojumi

• Audioierīces — skaļuma, toni un balanss.
• Televizori un monitori — spilgtuma, kontrasta, krāsu regulēšana.
• Industriālas ierīces — motora ātruma regulēšana (biežāk izmanto speciālus vadības elementus vai frekvenču pārveidotājus), lampu gaismas regulēšana (ar atbilstošiem dimmeriem vai reostatiem).
• Sensors — potenciometru var izmantot kā pozīcijas sensoru slēdžu un joysticku sistēmās.
• Laboratorijas un remontdarbi — sprieguma dalītāji, trimmeri pretinieku kalibrēšanai un uzstādīšanai.

Vēsture īsumā

Ideja par ierīci, ar kuras palīdzību varētu kontrolēt elektroenerģijas daudzumu, kas nonāk pie kādas detaļas, radās daudziem izgudrotājiem. Tomēr oglekļa potenciometru, ko mūsdienās plaši izmanto, izgudroja Tomass Edisons 1872. gadā, būdams 25 gadus vecs. Viņš šo ierīci nosauca par "vītņotu pretestības stieples reostatu", un tās patents tika izsniegts 1872. gadā. Kopš tā laika potenciometru tehnoloģija attīstījās — parādījās dažādi materiāli, precīzākas konstrukcijas un vēlāk digitālie risinājumi.

Praktiski padomi un uzturēšana

• Izvēlieties pareizu nominālo pretestību un jaudas reitingu atbilstoši ķēdes prasībām; pārāk liela vai maza vērtība var neļaut pareizi regulēt signālu.
• Audio potenciometriem bieži izvēlas logaritmisko taperu, lai nodrošinātu dabiski sajustu skaļuma maiņu.
• Ja potenciometrs rada trašķi vai zudumu signālā, tas var būt saistīts ar putekļiem vai nolietotu oglekļa slāni — daudzos gadījumos palīdz kontaktu tīrīšana ar speciālu aerosolu tīrītāju vai vienkārša nomaiņa pret jaunu ierīci.
• Nekad nepārsniedziet potenciometra jaudas limitu; ja nepieciešams kontrolēt lielus strāvas/apgriezienus, lietojiet speciāli paredzētus reostatus vai elektronisku vadību.

Praktisks piemērs

Lai izmantotu potenciometru kā skaļuma regulatoru audio ķēdē, parasti savieno ārējās galviņas starp ieeju un masu, bet wiperu pieslēdz signāla izejai. Wipera pārvietošana maina attiecību starp ieeju un masu, tādējādi regulējot signāla līmeni.

Potenciometri joprojām ir vienkārši, lēti un lietojami komponenti gan mājas tehnikā, gan rūpnieciskās ierīcēs. Tomēr, ja nepieciešama lielāka precizitāte, ilglaicīga drošība vai digitāla vadība, bieži tiek izmantoti trimmeri, citi precīzi mehāniskie elementi vai digitālie potenciometri.

Meklēt pēc burta