پتانسیومترها و رئوستات‌ها

نوع کارکرد مقاومت‌ها

مقاومت‌ها مقدار ثابتی از مقاومت را ارائه می‌کنند که جریان الکتریکی را در اطراف مدار مسدود کرده یا در برابر آن مقاومت می‌کند و همچنین افت ولتاژی مطابق با قانون اهم ایجاد می‌کند. مقاومت‌ها را می‌توان به‌گونه‌ای تولید کرد که دارای مقدار مقاومتی ثابت بر حسب اهم باشند یا به‌عنوان یک پتانسیومتر که می‌توان آن را با ابزارهای خارجی تنظیم کرد. 

پتانسیومتر چیست؟

پتانسیومتر که معمولاً به عنوان "گلدان" شناخته می شود، یک دستگاه آنالوگ چرخشی با عملکرد مکانیکی سه ترمینال است که می توان آن را در انواع زیادی از مدارهای الکتریکی و الکترونیکی یافت و استفاده کرد. آنها دستگاه های غیرفعال هستند، به این معنی که برای انجام عملکرد خطی یا موقعیت چرخشی اصلی خود به منبع تغذیه یا مدار اضافی نیاز ندارند.

 انواع پتانسیومترهای متغیر 

 پتانسیومترهای متغیر در انواع مختلفی از تغییرات مکانیکی موجود هستند که امکان تنظیم آسان برای کنترل ولتاژ، جریان، یا بایاس و کنترل بهره مدار را برای به دست آوردن شرایط صفر فراهم می کند. 
نام پتانسیومتر ترکیبی از دو کلمه Potential Difference و Metering است که از روزهای اولیه توسعه الکترونیک آمده است. در آن زمان تصور می‌شد که تنظیم سیم پیچ‌های مقاومتی سیم‌پیچ بزرگ، مقدار مشخصی از اختلاف پتانسیل را اندازه‌گیری یا اندازه‌گیری می‌کند و آن را به نوعی دستگاه اندازه‌گیری ولتاژ تبدیل می‌کند.

توضیحات تصویر بالا
هنگامی که به عنوان پتانسیومتر استفاده می شود، همانطور که نشان داده شده است، اتصالات به هر دو انتها و همچنین برف پاک کن برقرار می شود. سپس موقعیت برف پاک کن سیگنال خروجی مناسبی را ارائه می دهد (پایه 2) که بین سطح ولتاژ اعمال شده به یک انتهای مسیر مقاومتی (پایه 1) و ولتاژ دیگر (پایه 3) متفاوت است.

تعریف دیگر پتانسیومتر دریک دستگاه مقاومتی

 پتانسیومتر یک دستگاه مقاومتی سه سیمه است که به عنوان یک تقسیم کننده ولتاژ عمل می کند و یک سیگنال خروجی ولتاژ متغیر پیوسته تولید می کند که متناسب با موقعیت فیزیکی برف پاک کن در طول مسیر است.

مقاومت متغیر

هنگامی که به عنوان یک مقاومت متغیر استفاده می شود، اتصالات فقط به یک انتهای مسیر مقاومتی (یا پایه 1 یا پایه 3) و برف پاک کن (پایه 2) مطابق شکل انجام می شود. موقعیت برف پاک کن برای تغییر یا تغییر مقدار مقاومت موثر متصل بین خود، تماس متحرک و انتهای ثابت ثابت استفاده می شود. گاهی اوقات برای جلوگیری از شرایط مدار باز مناسب است بین انتهای استفاده نشده مسیر مقاومتی و برف پاک کن یک اتصال الکتریکی ایجاد شود. سپس یک مقاومت متغیر یک دستگاه مقاومتی دو سیمه است که بی نهایت مقادیر مقاومت را برای کنترل جریان ارائه شده به مدار متصل متناسب با موقعیت فیزیکی برف پاک کن در طول مسیر ارائه می دهد.

رئوستات چیست؟

توجه داشته باشید که مقاومت متغیری که برای کنترل جریان های مدار بسیار زیاد موجود در بارهای لامپ یا موتور استفاده می شود، رئوستات نامیده می شود.
پتانسیومترها اساساً از دو بخش مکانیکی اصلی تشکیل شده‌اند:

1. یک قطعه الکتریکی که شامل یک عنصر مقاومتی ثابت یا ثابت، مسیر یا سیم پیچ است که مقدار مقاومت پتانسیومترها را مشخص می کند. مانند (1kΩ 1000 اهم) ، (10kΩ 10000 اهم ) و...
2. یک قطعه مکانیکی که به یک برف پاک کن یا نقطه تماس اجازه می دهد تا در تمام طول مسیر مقاومتی از یک سر به سر دیگر حرکت کند و مقدار مقاومت آن در حین حرکت تغییر کند. راه های مختلفی برای حرکت دادن برف پاک کن در مسیر مقاومتی به صورت مکانیکی و الکتریکی وجود دارد. اما علاوه بر مسیر مقاومتی و برف پاک کن، پتانسیومترها همچنین از یک محفظه، یک شفت، بلوک لغزنده و یک بوش یا بلبرینگ تشکیل شده اند. حرکت برف پاک کن یا کنتاکت کشویی خود می تواند یک عمل چرخشی (زاویه ای) یا یک عمل خطی (مستقیم) باشد.

چهار گروه اساسی از پتانسیومترهای متغیر وجود دارد:

1. پتانسیومتر چرخشی
2. پتانسیومتر کشویی
3. پتانسیومتر Trimmer

امروزه پتانسیومترها بسیار کوچکتر و بسیار دقیقتر از مقاومتهای متغیر بزرگ و حجیم اولیه هستند و مانند اکثر قطعات الکترونیکی، انواع و نامهای مختلفی از مقاومت متغیر، از پیش تعیین شده، تریمر، رئوستات و البته پتانسیومتر متغیر وجود دارد. اما نام آنها هر چه که باشد، همه این دستگاه ها دقیقاً به یک شکل عمل می کنند، به طوری که مقدار مقاومت خروجی آنها را می توان با حرکت یک کنتاکت مکانیکی یا برف پاک کن که توسط برخی اقدامات خارجی ایجاد می شود تغییر یا تغییر داد. مقاومت‌های متغیر در هر فرمتی معمولاً با نوعی کنترل مرتبط هستند، خواه تنظیم صدای رادیو، سرعت وسیله نقلیه، فرکانس یک نوسانگر یا تنظیم دقیق کالیبراسیون یک مدار، یک دور و چندگانه. پتانسیومترهای چرخشی، تریم پات ها و رئوستات ها کاربردهای زیادی در وسایل برقی روزمره پیدا می کنند. اصطلاح پتانسیومتر و مقاومت متغیر اغلب با هم برای توصیف یک جزء استفاده می شود، اما درک این نکته مهم است که اتصالات و عملکرد این دو متفاوت است. با این حال، هر دو دارای ویژگی‌های فیزیکی یکسانی هستند، زیرا دو انتهای یک مسیر مقاومتی داخلی به کنتاکت‌ها بیرون می‌آیند، علاوه بر این، یک کنتاکت سوم متصل به یک کنتاکت متحرک به نام "لغزنده" است.

پتانسیومتر چرخشی

Translation is too long to be saved پتانسیومتر چرخشی (متداول ترین نوع) مقدار مقاومت آنها را در نتیجه حرکت زاویه ای تغییر می دهد. چرخاندن یک دستگیره یا صفحه متصل به شفت باعث می شود که برف پاک کن داخلی در اطراف یک عنصر مقاومتی منحنی حرکت کند. رایج ترین استفاده از پتانسیومتر چرخشی دیگ کنترل حجم است. پتانسیومترهای چرخشی کربنی برای نصب روی پانل جلویی کیس، محفظه یا برد مدار چاپی (PCB ) با استفاده از مهره حلقه ای و واشر قفلی طراحی شده اند. آنها همچنین می توانند یک مسیر مقاومتی واحد یا چندین مسیر داشته باشند که به عنوان پتانسیومتر باندی شناخته می شود که همه با هم با استفاده از یک شفت واحد می چرخند. به عنوان مثال، یک دیگ باند دوگانه برای تنظیم همزمان کنترل صدای چپ و راست یک رادیو یا تقویت کننده استریو. برخی از گلدان های دوار دارای کلیدهای روشن و خاموش هستند. پتانسیومترهای چرخشی می توانند خروجی خطی یا لگاریتمی با تلرانس معمولاً 10 تا 20 درصد تولید کنند. از آنجایی که آنها به صورت مکانیکی کنترل می شوند، می توان از آنها برای اندازه گیری چرخش شفت استفاده کرد، اما یک پتانسیومتر چرخشی تک دور به طور معمول کمتر از 300 درجه حرکت زاویه ای از حداقل تا حداکثر مقاومت را ارائه می دهد. با این حال، پتانسیومترهای چند چرخشی، به نام تریمر، در دسترس هستند که درجه بالاتری از دقت چرخشی را ممکن می‌سازند. پتانسیومترهای چند چرخشی امکان چرخش شفت بیش از 360 درجه حرکت مکانیکی از یک سر مسیر مقاومتی به سر دیگر را فراهم می کنند. گلدان‌های چند چرخشی گران‌تر هستند، اما با دقت بالا بسیار پایدار هستند که عمدتاً برای پیرایش و تنظیمات دقیق استفاده می‌شوند. دو متداول ترین پتانسیومتر چند دور، 3 دور (1080 درجه) و 10 دور (3600 درجه) هستند، اما دیگ های 25 دور 5 دور، 20 دور و بالاتر در مقادیر مختلف اهمی موجود هستند.

پتانسیومتر کشویی

پتانسیومترهای لغزنده یا لغزنده‌ها برای تغییر مقدار مقاومت تماس خود با استفاده از یک حرکت خطی طراحی شده‌اند و به این ترتیب یک رابطه خطی بین موقعیت تماس لغزنده و مقاومت خروجی وجود دارد. پتانسیومترهای اسلاید عمدتاً در طیف وسیعی از تجهیزات صوتی حرفه‌ای مانند میکسرهای استودیویی، فیدرها، اکولایزرهای گرافیکی و کنسول‌های کنترل صدا استفاده می‌شوند که به کاربران اجازه می‌دهند از موقعیت دستگیره مربع پلاستیکی یا گرفتن انگشت، تنظیمات واقعی اسلاید را ببینند. . یکی از معایب اصلی پتانسیومترهای لغزنده این است که آنها دارای یک شیار باز طولانی هستند تا به لول برف پاک کن اجازه می دهد آزادانه در تمام طول مسیر مقاومتی بالا و پایین حرکت کند. این شکاف باز باعث می شود که مسیر مقاومتی داخل در معرض آلودگی ناشی از گرد و غبار و خاک یا عرق و گریس دست کاربر باشد. برای به حداقل رساندن اثرات آلودگی مسیر مقاومتی می توان از روکش های نمدی شکاف دار و صفحه نمایش استفاده کرد. از آنجایی که پتانسیومتر یکی از ساده‌ترین روش‌های تبدیل موقعیت مکانیکی به ولتاژ متناسب است، می‌توان از آن‌ها به عنوان سنسورهای موقعیت مقاومتی نیز استفاده کرد که به عنوان سنسور جابجایی خطی نیز شناخته می‌شوند. پتانسیومترهای مسیر کربن کشویی یک حرکت خطی (مستقیم) دقیق را اندازه‌گیری می‌کنند که بخش حسگر یک سنسور خطی عنصر مقاومتی متصل به یک تماس کشویی است. این تماس به نوبه خود از طریق یک میله یا شفت به مکانیسم مکانیکی مورد اندازه گیری متصل می شود. سپس موقعیت اسلاید با توجه به کمیت مورد سنجش (میزان اندازه گیری) تغییر می کند که به نوبه خود مقدار مقاومت سنسور را تغییر می دهد.

پتانسیومتر Trimmer

پتانسیومترهای از پیش تعیین شده یا تریمر، پتانسیومترهای کوچکی از نوع «تنظیم و فراموش کردن» هستند که اجازه می دهند تنظیمات بسیار ظریف یا گاه به گاه به راحتی در مدار انجام شوند (مثلاً برای کالیبراسیون). پتانسیومترهای از پیش تنظیم شده دوار تک دور، نسخه های مینیاتوری مقاومت متغیر استاندارد هستند که برای نصب مستقیم بر روی برد مدار چاپی طراحی شده اند و با استفاده از یک پیچ گوشتی تیغه ای کوچک یا ابزار پلاستیکی مشابه تنظیم می شوند. به طور کلی، این دیگ های خطی از پیش تعیین شده مسیر کربنی دارای طرح اسکلت باز یا به شکل مربع بسته هستند که پس از تنظیم مدار و تنظیم کارخانه، در این تنظیمات رها می شوند و تنها در صورت ایجاد تغییراتی در تنظیمات مدار، دوباره تنظیم می شوند. از آنجایی که اسکلت‌های پیش‌تنظیمی دارای ساختار باز هستند، مستعد تخریب مکانیکی و الکتریکی هستند که بر عملکرد و دقت تأثیر می‌گذارد، بنابراین برای استفاده مداوم مناسب نیستند، و به این ترتیب، گلدان‌های از پیش تعیین‌شده تنها از نظر مکانیکی برای چند صد عملیات رتبه‌بندی می‌شوند. با این حال، هزینه کم، اندازه کوچک و سادگی آنها را در کاربردهای مدار غیر بحرانی محبوب می کند. تنظیمات از پیش تنظیم شده را می توان از مقدار حداقل تا حداکثر در یک دور تنظیم کرد، اما برای برخی مدارها یا تجهیزات، این محدوده کوچک تنظیم ممکن است بیش از حد درشت باشد که امکان تنظیمات بسیار حساس را فراهم نکند. مقاومت های متغیر چند چرخشی با حرکت دادن بازوی برف پاک کن با استفاده از یک پیچ گوشتی کوچک، تعدادی دور، از 3 دور تا 20 دور که امکان تنظیمات بسیار دقیق را فراهم می کند، عمل می کنند. پتانسیومترهای تریمر یا «تریم پات ها» دستگاه های مستطیلی چند چرخشی با مسیرهای خطی هستند که برای نصب و لحیم کاری مستقیم بر روی تخته مدار یا از طریق سوراخ یا به صورت روی سطح طراحی شده اند. این باعث می‌شود که دستگاه هم اتصالات الکتریکی و هم نصب مکانیکی را داشته باشد و با قرار دادن مسیر در یک محفظه پلاستیکی از مشکلات گرد و غبار و کثیفی در حین استفاده مرتبط با تنظیمات اولیه اسکلت جلوگیری می‌کند. پتانسیومتر های پکیجی در این طیف قرار می‌گیرند.

رئوستات ها

رئوستات ها پسران بزرگ دنیای پتانسیومتر هستند. آنها دو مقاومت متغیر اتصال هستند که به گونه ای پیکربندی شده اند که هر مقدار مقاومتی را در محدوده اهمی خود برای کنترل جریان جریان از طریق آنها ارائه دهند. در حالی که از نظر تئوری، هر پتانسیومتر متغیری را می توان به گونه ای پیکربندی کرد که به عنوان یک رئوستات کار کند، به طور کلی رئوستات ها مقاومت های متغیر با وات بالا و سیم پیچی هستند که در کاربردهای جریان بالا مورد استفاده قرار می گیرند زیرا مزیت اصلی رئوستات قدرت بالاتر آنها است. هنگامی که یک مقاومت متغیر به عنوان یک رئوستات دو ترمینالی استفاده می شود، تنها بخشی از کل عنصر مقاومتی که بین ترمینال انتهایی و کنتاکت متحرک قرار دارد، توان اتلاف می کند. همچنین، برخلاف پتانسیومتر که به عنوان یک تقسیم کننده ولتاژ پیکربندی شده است، تمام جریانی که از عنصر مقاومتی رئوستات می گذرد نیز از مدار برف پاک کن عبور می کند. سپس فشار تماس برف پاک کن روی این عنصر رسانا باید بتواند جریان مشابهی را حمل کند. پتانسیومترها در فن آوری های مختلفی مانند فیلم کربن، پلاستیک رسانا، سرم، سیم پیچ و غیره موجود هستند. درجه بندی یا مقدار مقاومتی یک پتانسیومتر یا مقاومت متغیر به مقدار مقاومتی کل مسیر مقاومت ثابت از یک ترمینال ثابت تا دیگری. بنابراین یک پتانسیومتر با درجه بندی 1kΩ دارای یک مسیر مقاومتی برابر با مقدار یک مقاومت ثابت 1kΩ خواهد بود. در ساده‌ترین شکل، عملکرد الکتریکی یک پتانسیومتر را می‌توان مانند دو مقاومت سری در نظر گرفت که تماس لغزشی مقادیر این دو مقاومت را تغییر می‌دهد و به آن اجازه می‌دهد به عنوان یک تقسیم‌کننده ولتاژ استفاده شود. مقاومت های سری جریان یکسانی را از مدار سری می گذرد، زیرا فقط یک مسیر برای جریان وجود دارد و ما می توانیم قانون اهم را برای یافتن افت ولتاژ در هر مقاومت در سری اعمال کنیم سپس یک مدار مقاومتی سری مانند یک شبکه تقسیم کننده ولتاژ عمل می کند.

چگونه یک پتانسیومتر کار می کند ؟( اصول الکترونیک)

پتانسیومترممکن است اشکال بسیار متنوعی داشته باشد و در بسیاری از کاربردها در زندگی روزمره شما استفاده شود، به عنوان مثال برای کنترل صدای رادیو. پات یک مقاومت متغیر قابل تنظیم دستی با سه پایانه است. پتانسیومتر می تواند به عنوان یک رئوستات (مقاومت متغیر) یا به عنوان یک تقسیم کننده ولتاژ کار کند. رئوستات برای استفاده از پتانسیومتر به عنوان یک رئوستات، فقط از دو پایه استفاده می شود: یک پایه بیرونی و پایه مرکزی.
از پتانسیومتر به عنوان رئوستات می‌توانید استفاده کنید اگر پتانسیومتر 10kΩ داشته باشیم به این معنی است که حداکثر مقاومت متغیر 10kΩ و حداقل آن 0Ω است. این بدان معناست که با تغییر موقعیت ، مقداری بین 0Ω تا 10 کیلو اهم دریافت می کنید. تقسیم کننده ولتاژ از پتانسیومترها می توان به عنوان تقسیم کننده ولتاژ استفاده کرد. برای استفاده از پتانسیومتر به عنوان تقسیم کننده ولتاژ، هر سه پایه به هم متصل می شوند. یکی از پایه های بیرونی به GND و دیگری به Vcc و پایه وسط خروجی ولتاژ است. پتانسیومتر به عنوان تقسیم کننده ولتاژ هنگامی که پتانسیومتر به عنوان یک تقسیم کننده ولتاژ استفاده می شود، موقعیت ولتاژ خروجی را تعیین می کند. پتانسیومتر به عنوان مدار تقسیم کننده ولتاژ اساساً از تقسیم کننده ولتاژ برای تبدیل ولتاژ بزرگ به ولتاژ کوچکتر استفاده می شود. ولتاژ خروجی را می توان با استفاده از معادله زیر به دست آمده از قانون اهم محاسبه کرد: فرمول تقسیم کننده ولتاژ پتانسیومتر مخروطی یکی از مفاهیم اصلی مرتبط با پتانسیومترها مخروطی است. مخروطی رابطه بین موقعیت و مقاومت پتانسیومتر است. رایج ترین انواع مخروطی های خطی و لگاریتمی هستند. پتانسیومترهای خطی رایج ترین شکل مخروطی خطی ساده است. در یک مخروطی خطی، رابطه بین مقاومت و موقعیت پتانسیومتر خطی است. این بدان معنی است که اگر دستگیره پتانسیومتر در موقعیت متوسط باشد، ولتاژ خروجی نصف ولتاژ پتانسیومتر است.

نمادهای مدار پتانسیومتر چگونه کار می کند؟

یک پتانسیومتر 3 پین دارد. دو پایانه (آبی و سبز) به یک عنصر مقاومتی و ترمینال سوم (مشکی) قابل تنظیم متصل است.

کاربرد های پتانسیومتر ها Potentiometers

برنامه های کاربردی پتانسیومترها طیف وسیعی از کاربردها را دارند و به طور کلی می توان آنها را برای هر برنامه ای که نیاز به کنترل مقدار کمی قدرت یا سیگنال دارد، اعمال کرد.

کاربردهای رایج پتانسیومترها

• کنترل صدا (ولوم، تن و EQ )
• کنترل پارامترهای تلویزیون و آمپلی فایر های صوتی و تصویری (منسوخ شده) 
• کنترل پارامتر های دمایی برا کم یا زیاد کردن درجه آبگرمکن های دیواری و پکیج های دیواری ( بوتان – آریسون – ایران رادیاتور – ایستاتیس )  که در بازار ایران پتانسیومتر های Trimmer آبی رنگ PHIER  و یا مشکی رنگ PHIER  به نام پتانسیومتر های پکیجی شناخته می شوند.  
• کنترل حرکت مانندماشین های کنترلی و اسباب بازی
•  مبدل های جابجایی 
• محاسبات آنالوگ (تولید تابع و غیره)

مشخصات فنی و مشخصات عددی پتانسیومترها
مشخصات عددی رایج مربوط به پتانسیومترها عبارتنداز:

• مقاومت
• توان
• ولتاژ

درجه مقاومت یک پتانسیومتر معمولاً بر حسب کیلو یا مگا اهم مشخص می شود. مقاومت های رایج دستگاه عبارتند از 1k، 5k، 10k، 25k، 50k، 100k، 500k و 1M. تحمل مقاومت، یکی دیگر از مشخصات مهم، به صورت درصد بیان می شود. برای مثال در برد های پکیج های دیواری بوتان و ایران رادیاتور پتانسیومتر هایی با فاصله پایه 15 و معروف به پتانسیومتر های PT15  با مقاومت های 10 کیلو اهم و 100 کیلو اهم مورد مصرف قرار می‌گیرد.
و نشان دهنده تحمل فیزیکی دستگاه در محدوده محدوده مقاومت خود است. درجه قدرت بیشتر در کاربردهای صنعتی مهم است و به ندرت در مصارف صوتی مورد توجه قرار می گیرد. قدرت بر حسب وات W بیان می شود و نشان دهنده حداکثر درجه ایمن است، زیرا قدرت دستگاه با مقاومت متفاوت تغییر می کند. پتانسیومترها معمولاً برای کنترل 1 وات توان یا کمتر طراحی می شوند. ولتاژ کاری بر حسب ولت بیان می شود و نشان دهنده حداکثر ولتاژی است که می توان به دستگاه اعمال کرد. پتانسیومتری که تحت توان یا ولتاژ بالاتر از حد مجاز نامی خود قرار می گیرد ممکن است آسیب مکانیکی یا تخریب داشته باشد. مواد مواد مقاومتی یک پتانسیومتر را می توان با استفاده از یکی از چندین نوع مواد مختلف ساخت.
در پایان پتانسیومتر، تریمر و رئوستات دستگاه های الکترومکانیکی هستند که به گونه ای طراحی شده اند که مقادیر مقاومت آنها به راحتی قابل تغییر باشد. آنها را می توان به عنوان های تک چرخشی، از پیش تنظیم شده، گلدان های کشویی یا به عنوان دستگاه های صاف کننده چند چرخشی طراحی کرد. رئوستات های سیمی عمدتاً برای کنترل جریان الکتریکی استفاده می شوند. پتانسیومترها و رئوستات‌ها نیز به‌عنوان دستگاه‌های چند باندی موجود هستند و می‌توانند به دو دسته مخروطی خطی یا مخروطی لگاریتمی طبقه‌بندی شوند. در هر صورت، پتانسیومترها می توانند حس و اندازه گیری بسیار دقیقی را برای حرکت خطی یا چرخشی ارائه دهند زیرا ولتاژ خروجی آنها متناسب با موقعیت برف پاک کن است. از مزایای پتانسیومترها می‌توان به هزینه کم، عملکرد ساده، شکل‌ها، اندازه‌ها و طرح‌های زیاد اشاره کرد و می‌تواند در طیف وسیعی از کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار گیرد. با این حال، به عنوان دستگاه های مکانیکی، معایب آن ها شامل فرسودگی نهایی تماسی کشویی و/یا مسیر، قابلیت های کنترل جریان محدود (برخلاف رئوستات)، محدودیت های توان الکتریکی و زوایای چرخشی است که برای گلدان های یک دور به کمتر از 270 درجه محدود می شود.