پتانسیومتر چیست؟
پتانسیومتر یا همان (Potentiometer) به صورت اختصاری POT نام دارد. نام پتانسیومتر ترکیبی از کلمات Potential Difference and Metering می باشد. عملکرد پتانسیومتر که یک مدل مقاومت است مشابه عملکرد مقاومت متغیر می باشد. به منظور کنترل مقادیر مدار مانند سرعت، ولتاژ و فرکانس کاری معمولا از پتانسیومتر استفاده می شود. برای مثال می توان از POT به منظور افزایش یا کاهش سرعت چشمک زدن مدار استفاده نمود.
در هنگام چرخش فیزیکی شافت متصل، پتانسیومترها و رئوستاها تغییری در میزان مقاومت خود به وجود می آورند. ایجاد یک میزان ثابت مقاومت به وسیله مقاومت ها باعث می شود که جریان الکتریکی پیرامون مدار مسدود شود.
پتانسیومتر که به گلدان نیز معروف است، دستگاهی آنالوگ با چرخش مکانیکی دوار است که دارای ۳ ترمینال می باشد. همچنین پتانسیومترها دستگاه هایی غیر فعال بوده که به مدار اضافی یا منبع تغذیه برای اجرای فرایند پایه خطی یا چرخشی خود ندارند. در تمامی بردهای الکترونیکی مانند برد پکیج از پتانسیومتر استفاده می گردد.
برای آشنایی با قطعات دیگر پکیج به مقاله “معرفی قطعات پکیج دیواری و آشنایی با روش کار آنها” مراجعه فرمایید.
نحوه عملکرد پتانسیومتر
در زمان گردش فیزیکی شافت متصل به رئوستاها و پتانسیومترها، وظیفه آنها ایجاد تغییر در میزان مقاومت و کاهش ولتاژ است. پتانسیومترها گردش جریان الکتریکی اطراف مدار را با تشکیل یک میزان ثابت مقاومت، کم یا مسدود می نمایند.
امکان تولید پتانسیومترها به صورتی که دارای یک میزان مقاومت ثابت و یا یک میزان مقاومت متغیر باشند، وجود دارد. همچنین تنظیم آنها توسط بعضی از وسایل خارجی نیز امکان پذیر می شود. پتانسیومترها به دلیل ایجاد امکان کنترل مدار برای شرایط صفر و تنظیم راحت ولتاژ، بایاس یا جریان در انواع گوناگونی تولید شده اند.
نام های دیگر پتانسیومتر
- مقاومت متغیر (Variable Resistor)
- پیش تنظیم (Preset)
- تریمر (Trimmer)
- رئوستا (Rheostat)
- پتانسیومتر متغیر (Variable Potentiometer)
اجزای پتانسیومتر
- محفظه
- شفت یا محور
- بلوک کشویی
- بوش یا یاتاقان
انواع پتانسیومتر
پتانسیومتر متغیر دارای دو قسمت اصلی مکانیکی بوده و آنالوگ می باشد.
- قسمت الکتریکی پتانسیومتر متغیر دارای یک عنصر، مسیر یا سیم پیچ مقاومتی ثابت یا ایستا می باشد. میزان مقاومت پتانسیومتر توسط قسمت الکتریکی مشخص می شود. برای مثال میزان مثاومت پتانسیومتر به صورت 1kΩ (1,000 اهم)، 10kΩ (10,000 اهم) و … معلوم می گردد.
- قسمت مکانیکی اجازه حرکت کردن یک نقطه تماس یا لغزنده را در تمامی طول مسیر مقاومت صادر می کند. میزان مقاومت هنگام حرکت لغزنده، تغییر می کند.
روش های جا به جایی لغزنده در طول مسیر مقاومت به صورت الکتریکی و مکانیکی می باشد.
پتانسیومتر گردان ( Rottary POT)
پتانسیومتر گردان از رایج ترین مدل های پتانسیومتر است. از طریق حرکت زاویه ای میزان مقاومت نوع گردان تغییر می کند. این مدل پتانسیومتر در بیشتر پکیج ها استفاده می گردد. لغزنده داخلی با چرخش یک دکمه چسبیده به محور، اطراف یک عنصر مقاومتی که به شکل منحنی است، حرکت می نماید. پتانسیومتر گردان بیشتر به منظور دکمه کنترل صدا استفاده می گردد.
از طریق واشر و یک مهره حلقه ای در صفحه جلویی یک پوشش، جعبه یا برد مدار چاپی (PCB)، پتانسیومترهای گردان کربنی تولید می شوند. این قطعات می توانند دارای یک یا چند مسیر مقاومتی باشند. در این صورت تبدیل به یک پتانسیومتر گروهی شده و تمامی آنها نیز اطراف یک محور می چرخند. می توان دو بلندگوی یک رادیو یا آمپلی فایر را توسط یک پتانسیومتر که دارای دو مسیر یا شیار مقاومتی است را کنترل و تنظیم کرد. بعضی از پتانسیومترهای گردان دارای کلید روشن و خاموش هستند.
امکان دارا بودن یک خروجی خطی یا لگاریتمی با تلرانس ۱۰ الی ۲۰ درصد برای پتانسیومترهای گردان وجود دارد. به دلیل کنترل پتانسیومترها به صورت مکانیکی، برای اندازه گیری چرخش شفت می توان از آنها استفاده نمود. یک پتانسیومتر گردان معمولا با یک دور دارای توانایی چرخش کمتر از ۳۰۰ درجه را از میزان حداقل تا حداکثر مقاومت می باشد. پتانسیومترهایی که دارای توانایی چند دور چرخش هستند، تریمر نام دارند. پتانسیومترهای تریمر به منظور چرخش زیادتر و دقت بیشتر استفاده می گردند.
توانایی چرخش بیشتر از ۳۶۰ درجه مکانیکی در مسیر مقاومتی، در پتانسیومترهای تریمر وجود دارد. این مدل علارغم قیمت زیاد، دارای پایداری و دقت زیادتری است. پتانسیومترهای ۳ دور (۱۰۸۰ درجه)، ۱۰ دور (۳۶۰۰ درجه)، ۲۰ دور و بیش از ۲۵ دور از رایج ترین مدل های تریمر یا چند دور بوده که دارای مقدارهای اهمی گوناگون هستند.
پتانسیومتر کشویی (Slide POT)
اولین بار پتانسیومتر کشویی توسط شخصی به نام یوهان کریستین پاگندرف (۱۷۶۹-۱۸۷۷)، در سال ۱۸۴۱ اختراع گردید. پتانسیومترهای کشویی با یک حرکت خطی میزان مقاومت کنتاکت را تغییر می دهند. به عبارتی بین موقعیت کنتاکت کشویی و مقاومت خروجی یک رابطه خطی وجود دارد.
در تجهیزات صوتی حرفه ای مثل میکسرهای استدیو معمولا از پتانسیومتر کشویی استفاده می گردد. داشتن یک شیار طولانی از معایب این مدل است. این شیار در طول مسیر مقاومتی اجازه حرکت آزادانه تیغه را می دهد. این شیارِ باز باعث می‌شود که مسیر مقاومتی مستعد جذب گرد و غبار یا عرق و چربی دست مصرف کننده شود. به منظور کم شدن اثرات منفی برای این مدل از پوشش استفاده می‌گردد.
امکان استفاده از پتانسیومترها به عنوان سنسورهای موقعیت وجود دارد. به این دلیل که آنها دارای ساده ترین قطعات به منظور تبدیل موقعیت مکانیکی به ولتاژ مناسب آن هستند. نام دیگر این سنسورها، سنسور جا به جایی خطی است. اندازه گیری دقیق حرکت خطی یا مستقیم توسط پتانسیومترهایی که دارای مسیر کربنی لغزشی هستند، انجام می شود. این اندازه گیری تحت عنوان سنسور خطی که یک المنت مقاومتی وصل شده به کنتاکت لغزان است، صورت می گیرد. یک میله یا شفت متصل به مکانیزم مکانیکی مورد نظر، اندازه گیری این کنتاکت را انجام می دهد. در واقع موقعیت لغزنده نسبت به کمیتی که باید اندازه گیری شود، تغییر می کند. همین مسئله باعث تغییر کردن میزان مقاومت سنسور می گردد.
پتانسیومتر تریمر یا پیش تنظیم (Trimmer Pot)
تریمر یا پیش تنظیم همان پتانسیومترهای کوچک از نوع تنظیم و فراموش (Set and Forget) می باشند. تنظیم مدار توسط پتانسیومترهای تریمر به راحتی انجام می شود. در واقع پتانسیومترهای گردان تک دور یک نمونه بسیار کوچک از مقاومت متغیر استاندارد بوده که دلیل طراحی آنها، نصب بدون واسطه بر روی صفحه مدار چاپی است. به وسیله یک پیچ گوشتی کوچک یا یک ایزار پلاستیکی مشابه می توان این پتانسیومترها را تنظیم نمود.
پتانسیومترهای تریمر مسیر کربن خطی، به صورت اسکلت باز یا مربع بسته است. مدار این پتانسیومترها در کارخانه تنظیم شده و به همان شکل باقی می ماند. تنظیم دوباره فقط در صورت ایجاد تغییر در تنظیمات مدار انجام می گیرد.
پتانسیومترهای پیش تنظیم را می توان فقط در یک دور از کمترین تا بیشترین میزان آنها، تنظیم کرد. اما امکان دارد این محدوده تنظیم کوچک برای بعضی از مدارها یا تجهیزات مساعد نباشد. به همین علت موجب عدم تامین تنظیمات بسیار دقیق می گردد. اما از طریق حرکت بازوی لغزنده توسط یک پیچ گوشتی کوچک، توانایی تنظیمات خیلی دقیق یعنی از ۳ الی ۲۰ دور، برای مقاومت های متغیر چند دور فراهم می شود.
رئوستا (Rheostat)
رئوستا (Rheostat) با پتانسیومتر دارای تفاوت است. رئوستا یک مدل پتانسیومتر با توان زیاد بوده و دارای مقاومت متغیر با دو اتصال است. یکی از سرهای اتصال به شکل ثابت بوده و سر دیگر آن با پایانه متغیر به مدار وصل می گردد. رئوستاها یا مقاومت های متغیر دو پایه به منظور کنترل جریان عبوری، هر میزان مقاومت در محدوده اهمی خود را فراهم می کنند. از لحاظ تئوری می توان هر پتانسیومتر متغیری را به صورت یک رئوستا پیکربندی نمود. به دلیل توان نامی زیاد رئوستاها که در واقع مقاومت های متغیر سیم پیچی با توان بالا هستند، می توان آنها را در جریان های بالا مورد استفاده قرار داد.
هنگام استفاده از یک مقاومت متغیر به عنوان رئوستا دو پایه، تنها قسمتی از کل نصر مقاومتی که بین ترمینال انتهایی و کنتاکت متحرک قرار دارد، توان را مصرف می کند. پتانسیومتر به عنوان یک تقسیم کننده ولتاژ طراحی شده است. اما تمامی جریان عبوری از مقاومت رئوستا، از مدار لغزنده نیز عبور می کند. به همین علت کنتاکت لغزنده موجود بر روی عنصر هادی، باید دارای قابلیت حمل جریان باشد.
در فناوری های مختلفی مانند پلاستیک رسانا، سیم پیچی، فیلم کربن و سرمت و … از پتانسیومتر استفاده می شود. میزان نامی یا مقاومت پتانسیومتر یا مقاومت متغیر مربوط به میزان تمامی مسیر مقاومتی ثابت از یک ترمینال ثابت به دیگری می باشد. در نتیجه یک POT با میزان نامی 1kΩ، دارای یک مسیر مقاومت مساوی با میزان یک مقاومت ثابت 1kΩ است.
عملکرد الکتریکی پتانسیومتر مشابه دو مقاومت سری است که اندازه های این دو مقاومت را کنتاکت کشویی تغییر می دهد. همچنین اجازه استفاده از آن به عنوان تقسیم کننده ولتاژ را نیز صادر می کند.
تفاوت های پتانسیومتر و رئوستا
- دستگاه پتانسیومتر دارای سه پایه و رئوستا دارای دو پایه می باشد. عملکرد این دو با یکدیگر تفاوت بسیاری دارد. اما ظاهری شبیه به یکدیگر دارند.
- بین پیچ ثابت و متحرک پتانسیومتر، ولتاژ خروجی گرفته می شود. تعداد پایه هایی که در پتانسیومتر به مدار وصل می شوند ۲ عدد می باشد. اما در رئوستا یکی از پایه ها از مقاومت یکنواخت به مدار متصل می شود.
- رئوستا و پتانسیومتر هر دو دارای یک پیچ متحرک هستند. مقاومت رئوستا به مدار وصل شده و همچنین به صورت سری متصل می شود. اما مقاومت پتانسیومتر در مدار قرار می گیرد.
- وظیفه رئوستا تنظیم مقاومت و کنترل جریان الکتریکی به وسیله پیچ متحرک است. کنترل میزان ولتاژ با تنظیم پیچ متحرک نیز وظیفه پتانسیومتر می باشد.