پتانسیومتر

پتانسیومتر نوعی مقاومت متغیر است که برای کنترل مقاومت الکتریکی در مدارها استفاده می‌شود و مقدار آن بر حسب اهم (Ω) اندازه‌گیری می‌شود. این قطعات غیرفعال به شکل‌های مختلفی مانند پتانسیومترهای تریمر و چرخشی موجود هستند، اما اصول عملکرد آن‌ها یکسان است.

پتانسیومتر با دریافت ولتاژ ورودی و انتقال مقادیر مختلف به مدار عمل می‌کند. این مقادیر بر اساس موقعیت یک بازوی متحرک (معروف به برف‌پاک‌کن یا اسلاید) روی یک مسیر مقاومتی تغییر می‌کنند. این قابلیت به پتانسیومتر اجازه می‌دهد که به عنوان تنظیم‌کننده ولتاژ عمل کند یا برای تغییر سطوح مقاومت، مقایسه نیروی الکتروموتور (EMF) دو منبع یا تنظیم توان در مدارها استفاده شود. در مواردی که توان تنظیم می‌شود، این دستگاه به عنوان رئوستات نیز شناخته می‌شود.

یکی از کاربردهای رایج پتانسیومترها، کنترل صدا در سیستم‌های صوتی مانند رادیوها و دستگاه‌های استریو است. بسیاری از این سیستم‌ها هنوز از پتانسیومترهای چرخشی آنالوگ بهره می‌برند. با وجود رشد فناوری‌های دیجیتال، پتانسیومترها همچنان جایگاه خود را در الکترونیک حفظ کرده‌اند.

لازم به ذکر است که پتانسیومترها گاهی با نام‌های دیگری مانند «گلدان» یا «پات‌متر» نیز شناخته می‌شوند.

مونتاژ برد

پتانسیومتر چیست؟

پتانسیومتر (Potentiometer) یک قطعه الکترونیکی مقاومتی است که برای تنظیم ولتاژ یا مقاومت در مدارها به کار می‌رود. این ابزار معمولاً به صورت یک مقاومت متغیر سه‌پایه ساخته می‌شود که دو پایه به ابتدا و انتهای مقاومت و پایه وسط به یک بازوی متحرک یا لغزان متصل است.

ساختار و نحوه عملکرد

پتانسیومتر شامل موارد زیر است:

1. مقاومت ثابت: این بخش بدنه اصلی پتانسیومتر است و از موادی مانند کربن یا سیم‌های مقاومتی تشکیل شده است.
2. بازوی متحرک (Wiper): این بازو به وسیله چرخاندن یا لغزیدن، مقدار مقاومت بین پایه‌های خروجی را تغییر می‌دهد.
3. پایه‌ها: پتانسیومتر دارای سه پایه است: دو پایه ثابت و یک پایه متحرک که به بازوی متحرک متصل است.

هنگامی که بازوی متحرک جابه‌جا می‌شود، میزان مقاومت بین پایه‌ها تغییر کرده و ولتاژ یا جریان کنترل می‌شود.

انواع پتانسیومتر

1. پتانسیومتر خطی (Linear): تغییر مقاومت به صورت خطی است، یعنی با حرکت بازوی متحرک، مقاومت به صورت یکنواخت تغییر می‌کند.
2. پتانسیومتر لگاریتمی (Logarithmic): در این نوع، تغییر مقاومت به صورت لگاریتمی است و معمولاً در تجهیزات صوتی استفاده می‌شود.

کاربردهای پتانسیومتر

1. کنترل صدا: در دستگاه‌های صوتی مانند رادیو و آمپلی‌فایر، پتانسیومتر برای تنظیم صدا به کار می‌رود.
2. تنظیم نور: در مدارهای روشنایی، برای کم و زیاد کردن نور لامپ‌ها استفاده می‌شود.
3. اندازه‌گیری ولتاژ: در مدارهای اندازه‌گیری، به عنوان یک ولت‌متر استفاده می‌شود.
4. کنترل موتورها: برای تنظیم سرعت موتورهای الکتریکی در صنایع مختلف کاربرد دارد.

پتانسیومترها در بسیاری از دستگاه‌ها، هم در کاربردهای صنعتی و هم مصرفی، به کار می‌روند. برخی از کاربردهای رایج آن‌ها عبارتند از:

• رمزگذارهای چرخشی مکانیکی: برای تنظیم ساده سرعت دستگاه‌ها.
• مقایسه نیروی الکتروموتور (EMF): بین یک سلول استاندارد و یک سلول باتری.
• کنترل خواص الکتریکی: در دستگاه‌هایی مانند اسیلاتورها.
• کنترل صدا: در تجهیزات صوتی مانند رادیوها و استریوها.
• متعادل کردن یا تنظیم مقاومت: برای جلوگیری از تغییرات نامطلوب در مدار.

علاوه بر تنظیم مقاومت، پتانسیومترها می‌توانند به عنوان مبدل قطبی عمل کنند. در این کاربرد، پتانسیومتر به دو منبع جریان مستقیم مختلف متصل می‌شود و پایانه‌های مثبت و منفی در دو سمت آن به شکلی تنظیم می‌شوند که نقطه صفر در مرکز قرار گیرد. از این قابلیت می‌توان برای کنترل تعادل در سیستم‌های صوتی استفاده کرد.

همچنین، پتانسیومترها برای دستگاه‌هایی که نیاز به مقادیر مقاومت دقیق دارند، مانند تجهیزات تنظیمی، ایده‌آل هستند.

مزایا

• ساده و ارزان قیمت
• قابلیت تنظیم دقیق مقاومت
• کاربرد گسترده در انواع مدارها

محدودیت‌ها

• عمر کوتاه به دلیل تماس مکانیکی بازو با سطح مقاومت
• دقت پایین در بعضی مدل‌ها
• حساس به تغییرات محیطی مانند دما و رطوبت

 

 

پتانسیومتر چگونه کار می‌کند؟

پتانسیومترها سه بخش اصلی دارند:

1. عنصر مقاومتی: این بخش معمولاً از مواد رسانا مانند کربن، پلاستیک رسانا یا سرامیک ساخته شده است.
2. برف‌پاک‌کن: یک قطعه متحرک که با حرکت روی عنصر مقاومتی، مقدار مقاومت را تغییر می‌دهد.
3. سه پایانه: دو پایانه به عنصر مقاومتی متصل هستند و پایانه وسط برای برف‌پاک‌کن استفاده می‌شود.

داخل پتانسیومتر، دو پایانه خارجی به عنصر مقاومتی متصل می‌شوند، و برف‌پاک‌کن به عنوان کنتاکت کشویی با آن در تماس است. با حرکت برف‌پاک‌کن در طول مسیر مقاومتی، جریان عبوری از مدار تغییر می‌کند. این تغییر می‌تواند از طریق کلید چرخشی، اسلاید یا پیچ در پتانسیومترهای مکانیکی انجام شود.

ولتاژ تقسیم شده توسط پایانه سوم تولید می‌شود:

• اگر ولتاژ ورودی 16 ولت باشد و برف‌پاک‌کن در انتهای مثبت تنظیم شود، ولتاژ پایانه سوم برابر با 16 ولت خواهد بود.
• اگر برف‌پاک‌کن در وسط مسیر قرار گیرد، ولتاژ پایانه سوم 8 ولت است (نصف ولتاژ کل).
• اگر در انتهای منفی باشد، ولتاژ خروجی صفر خواهد بود.

این ویژگی ولتاژ خطی فقط در پتانسیومترهای با مخروطی خطی صدق می‌کند و در سایر انواع ممکن است متفاوت باشد.

 

پتانسیومتر دیجیتال

پتانسیومترهای دیجیتال به جای استفاده از مقاومت مکانیکی، از ترانزیستورهای اثر میدان (FET) برای کنترل جریان عبوری استفاده می‌کنند. مقاومت این نوع پتانسیومتر از چندین مرحله جداگانه تشکیل شده است که تعداد این مراحل به تعداد موقعیت‌های ترانزیستورها بستگی دارد. این ویژگی آن‌ها را از پتانسیومترهای آنالوگ یا مکانیکی متمایز می‌کند.

مزایای پتانسیومترهای دیجیتال نسبت به آنالوگ:

• کنترل دیجیتالی: این دستگاه‌ها با ورودی‌های دیجیتالی کنترل می‌شوند و نیازی به تنظیم دستی اسلایدر ندارند.
• حافظه فرار: برخی از نسخه‌های دیجیتال دارای حافظه فرار هستند، به این معنا که پس از قطع جریان، به موقعیت از پیش تعریف‌شده بازمی‌گردند.
• مقاومت بالا در برابر شوک و لرزش: برخلاف پتانسیومترهای مکانیکی که در اثر حرکت ممکن است موقعیت برف‌پاک‌کن تغییر کند، نسخه‌های دیجیتال در برابر شوک و لرزش پایدارتر هستند.
• امنیت در تنظیم: این نوع پتانسیومترها فقط توسط کاربرانی که به تجهیزات و رابط برنامه‌نویسی دسترسی دارند، قابل تنظیم هستند.

نماد پتانسیومتر

در شماتیک‌ها، پتانسیومتر با نماد ساده‌ای نمایش داده می‌شود که یک نسخه پیشرفته از نماد استاندارد مقاومت است.

• فلش در نماد: نشان‌دهنده پایانه سوم یا همان برف‌پاک‌کن است.
• سه پایانه: دو پایانه مربوط به عنصر مقاومتی و یک پایانه مربوط به برف‌پاک‌کن است.

نحوه عملکرد پتانسیومتر در مدار

پتانسیومتر به عنوان یک تقسیم‌کننده ولتاژ قابل تنظیم عمل می‌کند. در این حالت:

• ولتاژ ورودی به طور کامل در طول عنصر مقاومتی اعمال می‌شود.
• موقعیت برف‌پاک‌کن روی ماده مقاومتی تغییر می‌کند و ولتاژ خروجی (افت ولتاژ) بین تماس ثابت و کشویی تعیین می‌شود.

انواع پتانسیومتر

انواع مختلفی از پتانسیومترها برای کاربردها و محیط‌های خاص طراحی شده‌اند. به عنوان مثال:

• مدل‌های صنعتی و سنگین: این مدل‌ها می‌توانند دماهای بسیار بالا، حتی تا 150 درجه سانتی‌گراد، را تحمل کنند.
• پتانسیومترهای تخصصی: برای محیط‌هایی با شرایط خاص مانند لرزش یا فشار زیاد به کار می‌روند.

پتانسیومترها بسته به نیاز می‌توانند در صنایع مختلفی از جمله الکترونیک، صوت، اتوماسیون و تجهیزات دقیق به کار روند.

 

جمع‌بندی

پتانسیومتر یکی از ابزارهای اساسی در طراحی مدارهای الکترونیکی است که با تنظیم ولتاژ و جریان، امکان کنترل دقیق عملکرد دستگاه‌ها را فراهم می‌کند. انتخاب نوع مناسب پتانسیومتر بر اساس نیازهای پروژه و پارامترهای مدار، اهمیت زیادی دارد.