پتانسیومتر چیست؟ (معرفی کاربرد، انواع و طرز کار)

پتانسیومتر چیست و چه کاربردی دارد؟ با یک نگاه اجمالی به دور و اطراف، دستگاه های الکترونیکی متعددی را مشاهده می کنیم. هر یک از این دستگاه ها از بردهای الکترونیکی با قطعاتی فراوان تشکیل شده اند. پتانسیومتر یکی از قطعاتی است که در مونتاژ برد الکترونیکی این دستگاه ها به کار رفته است. پتانسیومترها نوعی مقاومت متغیر، متشکل از سه پایه هستند که برای اندازه گیری ولتاژ با دقت بالا استفاده می شوند. با استفاده از این قطعات در مدارهای مختلف می توان سطح ولتاژ مورد نظر را تامین کرد.

آشنایی با پتانسیومتر

پتانسیومتر (Potentiometer) از دو کلمه Potential Difference و Metering گرفته شده است. این قطعه از سه پایه تشکیل شده است؛ دو پایه آن در کنار یکدیگر و پایه سوم یا متغیر به صورت جدا قرار دارد.

 پتانسیومترها نوعی مقاومت با سه پایه یا ترمینال و یک اتصال متحرک قابل تنظیم، برای تقسیم ولتاژ هستند. پتانسیومتر را می توان نوعی مقاومت متغیر معرفی کرد که با چرخاندن ولوم تعبیه شده روی آن، امکان تغییر مقدار مقاومت در مدار فراهم می شود. کارکرد این قطعه مستلزم منبع ولتاژ خارجی نیست، به همین دلیل به عنوان یک قطعه پسیو محسوب می شود. این قطعات عموما جهت کنترل دستگاه های الکتریکی استفاده می شوند.

اجزای تشکیل دهنده یک پتانسیومتر عبارت است از:

• پیچ یا دکمه ای متحرک در قسمت بالایی قطعه که جهت کنترل تغییرات کاربرد دارد.
• المان مقاومت گرافیکی و به شکل قوس دایره ای که در قسمت میانی قطعه قرار گرفته است. این المان در انواع پتانسیومتر به دو صورت زاویه دار و مسطح موجود است.
• وایپر که یک اتصال متحرک است. این بخش در نتیجه حرکت با المان مقاومت، اتصال الکتریکی برقرار می کند.
• دو پایانه A و B با ولتاژ مثبت و منفی که به دو سر المان متصل هستند.
• پایانه W که بین دو پایانه فوق قرار گرفته و به وایبر متصل است.

کاربردهای پتانسیومتر چیست؟

• تنظیم سطح سیگنال های آنالوگ
• کنترل ورودی ها در مدارهای الکترونیکی
• مقایسه EMF یک لول باتری و سلول استاندارد
• کنترل مشخصات الکتریکی تجهیزات مختلف چون اسیلاتورها
• تنظیم فرکانس رادیوها
• تنظیم میزان و شدت نور در دیمرها
• سنجش مقاومت داخلی یک سلول باتری و ولتاژ در یک شاخه از مدار

نحوه کارکرد پتانسیومتر

پتانسیومترها کارکرد ساده ای دارند. برای درک بهتر از ذکر یک مثال استفاده می کنیم:

دو باتری را به صورت موازی به هم متصل می کنیم. در این مدار ترمینال های منفی و مثبت به ترمینال های مشابه خود در این مدار متصل می شوند. در مدار ذکر شده در شرایط یکسان بودن پتانسیل الکتریکی هر دو المان باتری، جریانی در مدار وجود ندارد. در این وضعیت گالوانومتر عدد صفر را نشان می دهد.

کارکرد پتانسیومترها با چرخش یا تغییر موقعیت پیچ متحرک انجام می شود. در این قطعات ولتاژ ورودی در کل طول مقاومت اعمال می شود. ولتاژ خروجی آنها شامل افت ولتاژ بین دو پیچ متحرک و ثابت است. تنظیم این ولتاژ از طریق جا به جا شدن پیچ متحرک در طول مقاومت به سمت خروجی انجام می شود.

تغییر مقدار مقاومت و در نتیجه مقدار ولتاژ اعمال شده به مدار با چرخاندن پیچ در پتانسیومترها اتفاق می فتد. با چرخش این پیچ ضمن به حرکت درآوردن وایپر، اعمال ولتاژ به مدار به مقدار کافی و با توجه به مقدار مقاومت انجام می شود. در نتیجه تغییر ولتاژ اعمال شده به مدار با چرخش پیچ می توان شدت نور لامپ را در مدار کم یا زیاد کرد.

معرفی 7 مورد از انواع پتانسیومتر

پتانسیومترها با توجه به ویژگی های الکتریکی شامل موارد زیر است:

پتانسیومتر لگاریتمی

لگاریتمی ها از انواع پتانسیومترهای غیر خطی هستند. در این قطعات مقاومت به صورت لگاریتمی تغییر می کند. این نوع پتانسیومترها دارای یک بایاس مشخص در المان مقاومت هستند. طراحی این المان به شکلی انجام شده تا عملکرد لگاریتمی داشته باشد؛ به این معنا که با قرار گرفتن پیچ متصل به وایپر در وسط یک دور کامل، میزان مقاومت برابر با نصف کل مقدار آن نیست.

ماده ای که در ساخت المان مقاومت این پتانسیومترها استفاده شده از مقاومت یکسانی در تمام طول خود برخوردار نیست. با توجه به این ویژگی، ولتاژ خروجی به صورت تابعی لگاریتمی از موقعیت وایپر تعریف می شود. کاربرد اصلی پتانسیومترهای لگاریتمی جهت کنترل صدا در وسایل صوتی است.

پتانسیومتر خطی

این پتانسیومترها متشکل از یک المان مقاومت با مقطعی ثابت هستند. پیچ متحرک روی مقاومت پتانسیومترهای خطی حرکت چرخشی ندارد، بلکه به صورت خطی حرکت می کند. اتصال دو سر المان مقاومت به طور مستقیم به ولتاژ منبع است. پایانه متصل به پیچ متحرک به یک انتهای مدار خروجی متصل می شود و در انتهای دیگر این مدار، یکی از ترمینال های مقاومت متصل است. اما تفاوت نوع خطی با لگاریتمی پتانسیومتر چیست؟ در پاسخ باید اشاره کرد که:

در پتانسیومترهای خطی رابطه ای خطی بین مقاومت و چرخش پیچ یا موقعیت وایپر وجود دارد. اما در انواع لگاریتمی، تغییر مقاومت حاصل از کم یا زیاد کردن پیچ خطی نیست؛ بلکه به صورت منحنی وار انجام می شود.

مهم ترین کاربرد این پتانسیومترها عبارت است از:

• اندازه گیری ولتاژ شاخه مدار
• مقایسه المان باتری با المان استاندارد
• اندازه گیری مقاومت داخلی المان باتری

پتانسیومتر دیجیتال

این پتانسیومترها قطعاتی با سه ترمینال (دو پایانه انتهایی ثابت و یک ترمینال برف پاک کن) هستند که جهت تغییر ولتاژ خروجی کاربرد دارند. مهم ترین ویژگی های مثبت این پتانسیومترها عبارت است از:

• افزایش دقت و قابلیت اطمینان بالاتر
• رانش ناچیز مقاومت
• حداقل اتلاف توان
• سایز کوچک؛ به طوری که امکان بسته بندی تعداد زیادی پتانسیومتر روی یک تراشه وجود دارد.

از کاربردهای این نوع پتانسیومتر می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• کنترل حجم صدا و روشنایی صفحه
• کالیبره کردن یک سیستم
• تنظیم فیلترها
• تنظیم ولتاژ افست

پتانسیومتر تک دور

پتانسیومترهای Single-Turn یا تک دور تعداد دور کمی دارند. به همین دلیل از دقت پایینی در ارزیابی تغییر مقاومت برخوردارند. ابعاد آنها با توجه به توان مورد نیاز تغییر می کند. کاربردهای این نوع Potentiometer عبارت است از:

• کنترل سرعت موتورهای DC
• تنظیم کردن جریان اتصال کوتاه
• تنظیم ولتاژ و جریان در منابع تغذیه

پتانسیومتر چند دور

Multi-Turn یا چند دور پتانسیومترهای با بیش از یک دور هستند. این پتانسیومترها تغییرات مقاومت مدار را با دقت بالاتری ارائه می دهند. کاربرد این قطعات عبارت است از:

• تنظیم کنتراست LCD
• تنظیم ولتاژ و جریان مبدل های الکترونیک

پتانسیومتر اسلایدی یا لغزان

در این پتانسیومترها با حرکت خطی و مستقیم پایه متحرک مقدار مقاومت تغییر می کند. کاربرد این قطعات در مواردی است که تغییر خطی مقاومت مورد نیاز باشد؛ مانند اکولایزرها و سیستم های صوتی.

پتانسیومتر سطحی

ساختاری بسیار نازک دارند. تغییر مقاومت این پتانسیومترها با توجه به فشار دست قابل تنظیم است. حرکت انگشت کاربر بر روی صفحه این قطعات میزان مقاومت خروجی آنها را تغییر می دهد.

فاکتورهای مورد نیاز در انتخاب Potentiometer

انتخاب پتانسیومترها باید با توجه نیاز و کاربرد مورد نظر انجام شود. به عبارتی ابتدا باید هدف از به کار بردن پتانسیومتر تعریف شده باشد. علاوه بر این، باید سه فاکتور اصلی نیز در گزینش انواع پتانسیومترها مدنظر قرار گیرند:

• نوع و شکل ظاهری مناسب پتانسیومتر برای مدار: در این زمینه ویژگی هایی چون ابعاد برد، نوع، محل قرارگیری و کاربرد پتانسیومتر در مدار باید مورد توجه قرار گیرد. پتانسیومترها بر اساس شکل ظاهری شامل سه نوع هستند:
•  چرخشی یا ولوم: این پتانسیومترها با استفاده از پیچی کوچک تنظیم می شوند.
•  سوئیچ لغزشی: تنظیم این نوع پتانسیومترها با کشیدن وایپر به یکی از چهار طرف اصلی انجام می شود.
•  صفحه مندرج: پتانسیومترهایی پیش تنظیم شده هستند که جهت تنظیمات دقیق تر سیگنال های الکتریکی به کار می روند.
• تعیین مقاومت مدار: با توجه به جریان عبوری ولتاژ دو سر قطعه در مدار باید مقدار مقاومت محاسبه شود. بر اساس مقدار محاسبه شده پتانسیومتری متناسب این میزان در مدار قرار داده شود.
• میزان مقاومت پتانسیومتر: با آگاهی از میزان مقاومت یا رنج پتانسیومتر می توان یک پتانسیومتر مناسب با توجه به مقدار مقاومت مورد نیاز مدار انتخاب کرد.

در پایان

در پاسخ به پرسش، پتانسیومتر چیست، می توان آنها را ابزارهایی کاربردی جهت اندازه گیری مقاومت یا ولتاژ در مدارهای الکتریکی معرفی کرد. عملکرد این قطعات بر اساس تغییر ولتاژ یا مقاومت الکتریکی آنها استوار است. با اعمال ولتاژ یا جریان به این قطعه، خروجی آن به صورت تغییر مقاومت (ولتاژ) خطی یا  غیر خطی تغییر می کند. با توجه به نحوه عملکرد پتانسیومترها این قطعات برای کنترل خروجی دستگاه های الکتریکی مختلف ابزارهایی پرکابرد و مقرون به صرفه معرفی می شوند. قابلیت این قطعات در سنجش دقیق مقاومت یا ولتاژ، آنها را به ابزاری قابل اعتماد در محاسبات و طراحی های صنایع مختلف تبدیل کرده است.

پیشرفت هایی چون کاهش ابعاد و وزن، سنسورهایی با قابلیت هوشمند، پتانسیومترهای خازنی و استفاده از نانوتکنولوژی در ساخت این قطعات نقش موثری در افزایش دقت، پایداری و کارایی عملکرد و کاربرد گسترده آنها در صنایع گسترش داده است.

در هر صنعتی مشغول به کار هستید جهت دریافت خدمات طراحی، مونتاژ و تامین قطعات انواع بردهای الکترونیکی می توانید به مرصا الکترونیک مراجعه کنید.