Кіріспе

Резистордың түрі, әдетте үш терминалы бар электрлік компонент.

Потенциометр – жылжымалы немесе айналатын контактісі арқылы кернеуді бөлетін үш терминалды резистор. Егер тек екі терминал – бір ұшы мен жылғыш контакт пайдаланылса, ол өзгермелі резистор немесе реостат ретінде жұмыс істейді. "Потенциометр" деп аталатын өлшеу құралы электрлік потенциалды (кернеуді) өлшеуге қолданылатын кернеуді бөлу құрылғысы болып табылады; компонент осы принципті іске асырады, сондықтан осылай аталады. Потенциометрлер көбінесе электр құрылғыларын басқару үшін қолданылады, мысалы, аудио жабдықтағы дыбыс деңгейін реттеуге. Ол сондай-ақ желдеткіштердің жылдамдығын басқару үшін де қолданылады. Механизммен басқарылатын потенциометрлерді, мысалы, джойстиктегі орналасу сенсоры ретінде пайдалануға болады. Потенциометрлер көбінесе үлкен қуатты (бір ватттан жоғары) тікелей басқару үшін қолданылмайды, себебі потенциометрде таралатын қуат басқарылатын жүктемедегі қуатқа шамалас болады.

Құрылыс

Потенциометрлер кедергі элементінен, элемент бойымен қозғалатын, оның бір бөлігімен жақсы электрлік байланыс жасайтын жылжымалы контакттан (сыпырушыдан), элементтің әр шетіндегі электрлік терминалдардан, сыпырушыны бір шеттен екіншісіне жылжытатын механизмнен және элемент пен сыпырушыны қамтитын корпустан тұрады. Көптеген арзан потенциометрлер кедергілі элементпен (B кесінді сызбасында) жасалынады, ол шеңбердің доғасын құрайды, әдетте толық айналымнан аз, ал айналғанда сыпырушы (C) осы элемент бойынша сырғанап, электрлік байланыс жасайды. Кедергілі элемент жазық немесе бұрышты болуы мүмкін. Кедергілі элементтің әр ұшы корпустағы терминалға (E, G) қосылады. Сыпырушы үшінші терминалға (F) қосылады, әдетте қалған екеуінің арасында. Панельдік потенциометрлерде сыпырушы әдетте үш терминалдың ортасында орналасады. Бір айналымдық потенциометрлерде сыпырушы контакті айналымның бір айналымынан аз қашықтыққа қозғалады. Ластанудың енуіне жалғыз мүмкіндік – білік пен оның айналатын корпусы арасындағы тар кеңістік. Тағы бір түрі – сызықтық сырғымалы потенциометр, ол айналудың орнына сызықтық элемент бойымен сырғанатын сыпырушымен жабдықталған. Ластану сырғының қозғалатын ойығының бойындағы кез келген жерден енуі мүмкін, бұл тиімді тығыздауды қиындатады және ұзақ мерзімді сенімділікке қауіп төндіреді. Сырғымалы потенциометрдің артықшылығы – сырғының орны оның орнатылуын визуалды түрде көрсетуі. Айналмалы потенциометрдің орнатылуын қосқыштағы белгінің орналасуы бойынша көруге болады, ал сырғыштардың тізімі графикалық эквалайзердегідей немесе микшерлік консольдегі фейдерлер сияқты параметрлердің визуалды бейнесін бере алады. Арзан потенциометрлердің кедергілі элементі көбінесе графиттен жасалады. Басқа материалдарға: кедергілік сым, пластиктегі көміртек бөлшектері және керамика мен металл қоспасы жатады. Кондуктивті жол потенциометрлері, өткізгіш қасиеттерді қамтамасыз ететін көміртекке қоса, тозуға төзімді шайырлар мен полимерлерді, еріткіштерді және майлау заттарын қамтитын өткізгіш полимерлік резистор пасталарын пайдаланады. Көп айналымдық потенциометрлер де білік айналдыру арқылы жұмыс істейді, бірақ толық айналымнан кем емес, бірнеше айналыммен. Кейбір көп айналымдық потенциометрлерде сызықтық кедергілі элемент және қорғасын бұрандасымен қозғалатын жылжымалы контакті бар; ал басқаларында спиральді кедергілі элемент және 10, 20 немесе одан да көп толық айналымдарда айналатын, спираль бойымен қозғалатын сыпырушы бар. Пайдаланушыға қолжетімді және алдын ала орнатылған көп айналымдық потенциометрлер дәл түзетулерге мүмкіндік береді; бірдей бұрышқа айналу қарапайым айналмалы потенциометрге қарағанда әдетте оннан бір бөлігіне дейін орнатуды өзгертеді. Сызықты потенциометр – желілік позицияны өзгермелі кедергіге айналдыруға мүмкіндік беретін, серіппеге қарсы айналатын сым катушкасымен жұмыс істейтін көп айналымдық потенциометр. Пайдаланушыға қолжетімді айналмалы потенциометрлер, әдетте, айналудың сағат тіліне қарсы шетінде жұмыс істейтін қосқышпен жабдықталуы мүмкін. Цифрлық электрониканың қалыпты жағдайға келгенге дейін, мұндай компонент радио және теледидар қабылдағыштарын және басқа жабдықтарды естілетін дыбыспен ең төменгі дыбыс деңгейінде қосуға мүмкіндік берді, содан кейін дыбыстың деңгейін арттыру үшін қосқышты бұруға болады. Бірнеше кедергілі элементтерді бір білікте жылжымалы контактілерімен біріктіруге болады, мысалы, дыбысты басқару үшін стерео дыбыс күшейткіштерінде. Басқа қолданбаларда, мысалы, тұрмыстық шамдарды димдеуде, егер потенциометр өзінің ағымдағы орнатылуында қалса, қалыпты пайдалану үлгісі жақсырақ қанағаттандырылады, сондықтан қосқыш итерілу арқылы жұмыс істейді, кезекпен қосылып және өшіріледі, білікке басу арқылы. Басқалары жабдықтың ішінде орналасады және жабдықты өндіріс немесе жөндеу кезінде калибрлеу үшін реттеуге арналған, басқаша қолдануға болмайды. Олар әдетте пайдаланушыға қолжетімді потенциометрлерге қарағанда физикалық жағынан әлдеқайда кішірек болады және оларды қосқыш емес, бұрандамен жұмыс істету қажет болуы мүмкін. Олар әдетте «тример», «реттеу» немесе «алдын ала орнатылған» потенциометрлер (немесе «құмыралар») немесе жалпыланған бренд атауы «тримпот» деп аталады. Кейбір алдын ала орнатылған құрылғыларға корпустағы тесіктен кішкентай бұрандамен кіруге болады, бұл бөлшектемей-ақ қызмет көрсетуге мүмкіндік береді.

Қарсылық пен орналасу арасындағы байланыс: "контур"

Слайдердің орны мен кедергі арасындағы байланыс, "түйір" немесе "заң" деп аталатын, кедергі элементі бойымен кедергі қабатының құрамын немесе қалыңдығын өзгерту арқылы өндіріс кезінде басқарылуы мүмкін. Принцип бойынша кез келген түйір мүмкін болғанымен, екі түрі кеңінен өндіріледі: сызықтық және логарифмдік (сондай-ақ "аудио түйір") потенциометрлер. Қандай түйір қолданылғанын анықтау үшін әріптік код қолданылуы мүмкін, бірақ әріптік кодтардың анықтамалары стандартталмаған. Азияда және АҚШ-та жасалған потенциометрлер әдетте логарифмдік түйір үшін "А" немесе сызықтық түйір үшін "В" әрпімен, ал сирек кездесетін кері логарифмдік түйір үшін "С" әрпімен белгіленеді. Басқалары, әсіресе Еуропадан келгендері, сызықтық түйір үшін "А", логарифмдік түйір үшін "С" немесе "В", ал кері логарифмдік түйір үшін "F" әрпімен белгіленуі мүмкін. Қолданылатын код әртүрлі өндірушілер арасында да өзгеше болуы мүмкін. Егер сызықтық емес түйірмен салыстырылса, проценттік көрсеткіш білік айналуының ортасымен кедергі мәніне қатысты болады. Мысалы, 10% логарифмдік түйір айналудың орта нүктесінде жалпы кедергінің 10% құрамын көрсетеді; яғни, 10 кОм потенциометрдегі 10% логарифмдік түйір орта нүктесінде 1 кОм мәнін береді. Проценттік көрсеткіш неғұрлым жоғары болса, логарифмдік қисық тағайынды болады.

Сызықтық конфигурациялық потенциометр

Сызықтық тегістіктегі потенциометрде (сызықтық – құрылғының электрлік қасиетін, кедергі элементінің геометриясын емес сипаттайды) тұрақты қимасы бар кедергі элементі болады. Бұл контакті (сүтіш) мен бір ұшқыш терминал арасындағы кедергі олардың арақашықтығына пропорционалды құрылғыны қамтамасыз етеді. Сызықтық тегістіктегі потенциометрлер потенциометрдің бөлу қатынасы білік айналу бұрышына (немесе жылғыштың орнына) пропорционалды болуын қажет ететін жағдайларда қолданылады, мысалы, аналогты катодты сәулелі осциллоскопта дисплейді ортаға келтіруді реттеуге арналған басқару элементтері. Жоғары дәлдікті потенциометрлер кедергі мен жылғыштың орны арасындағы нақты байланысқа ие.

Логарифмдік потенциометр

Логарифмдік конусқа ие потенциометр – бұл резистивтік элементіне кіріктірілген смещениеге (белгілі бір қағидаға) ие потенциометр. Бұл, негізінен, потенциометрдің орталық орны потенциометрдің жалпы мәнінің жартысына тең емес екенін білдіреді. Резистивтік элемент логарифмдік конусқа сәйкес, яғни математикалық көрсеткіштік немесе "квадраттық" профильге ие болу үшін жасалған. Логарифмдік конусқа ие потенциометр бір жағынан екінші жағына "төмендейтін" резистивтік элементтен немесе бір жағынан екінші жағына қатысу көрсеткіші өзгеретін материалдан жасалған. Бұл нәтижесінде шығыс кернеуі слайдердің орнына қатысты логарифмдік функция болады. Көптеген (арзан) "лог" потенциометрлер нақты логарифмдік емес, бірақ логарифмдік заңды жуықтау үшін әртүрлі кедергілерге ие екі аймақты (бірақ тұрақты қатысу көрсеткішімен) пайдаланады. Екі резистивтік жол потенциометрдің айналуының шамамен 50% орнында бірігіп, қадамдық логарифмдік конус береді. Логарифмдік потенциометрді сызықтық потенциометр және сыртқы резистормен (өте дәл емес) модельдеуге болады. Нағыз логарифмдік потенциометрлер айтарлықтай қымбат. Логарифмдік конусқа ие потенциометрлер көбінесе аудио жүйелерде дыбыс деңгейін немесе сигнал деңгейін реттеу үшін қолданылады, себебі адамның дыбыс деңгейін қабылдауы Вебер-Фехнер заңына сәйкес логарифмдік болып табылады.

Контактсіз потенциометр

Механикалық потенциометрлерден өзгеше, контактісіз потенциометрлер инфрақызыл сенсорды іске қосу үшін оптикалық дискіні немесе магниттік сенсорды іске қосу үшін магнитті пайдаланады (капацитивті сияқты басқа да сенсорлардың түрлері болған жағдайда, контактісіз потенциометрлердің басқа түрлерін жасауға болады), ал электрондық тізбек сигналды өңдеп, аналогты немесе цифрлық шығу сигналын қамтамасыз етеді. AS5600 интегралдық тізбегі контактісіз потенциометрдің мысалы болып табылады. Дегенмен, абсолютті энкодерлер де ұқсас принциптерді қолдануы керек, бірақ өнеркәсіптік қолданысқа арналғандықтан, үй шаруашылығы техникасында пайдалануға тым қымбат болуы мүмкін.

Реостат

Сұлбадағы кедергіні үздіксіз өзгертудің ең көп таралған тәсілі – реостатты пайдалану. Кедергінің өзгеруіне байланысты, оларды тізбектегі ток мөлшерін реттеу үшін де қолдануға болады. Реостат сөзін 1843 жылы сэр Чарльз Уитстон грек тіліндегі ῥέος (rheos) – "ағын" және στάτης (states) – (ἱστάναι histanai, "орнату, тұруға келтіру") – "орнатушы, реттегіш құрылғы" деген сөздерден құрастырған, бұл екі қосқыштың өзгеретін кедергісі. Төмен қуатты (шамамен 1 ватттан кем) қолданулар үшін көбінесе үш қосқышты потенциометр қолданылады, мұнда бір қосқыш сыпырғышқа қосылмаған немесе сыпырғышқа қосылған болады. Егер реостат жоғары қуатқа (1 ватттан артық) арналса, онда оны жартылай дөңгелек оқшаулағыштың айналасына оралған кедергілік сымнан жасауға болады, сымның бір айналымынан екіншісіне жылжитын сыпырғышпен. Кейде реостаттар жылуға төзімді цилиндрге оралған кедергілік сымдардан жасалады, ал сыпырғыш кедергілік сымның шағын бөлігін жеңіл ұстап тұратын бірнеше металл "саусақтардан" тұрады. "Саусақтарды" кедергілік сымның орамы бойынша жылжыту арқылы "қосылу" нүктесін өзгертуге болады. Бірнеше мың ваттқа дейін қуаты бар сыммен оралған реостаттар тұрақты ток моторларын басқару, электрлік дәнекерлеуді басқару немесе генераторларды басқару сияқты қолдануларда қолданылады. Реостаттың қуаттылығы оның толық кедергілік мәнімен көрсетіледі, ал рұқсат етілген қуаттың таралуы тізбектегі құрылғының жалпы кедергісінің үлесіне пропорционалды. Көміртекті реостаттар автомобиль аккумуляторларын және қуат көздерін сынау үшін жүктеме банктері ретінде қолданылады.

Цифрлық потенциометр

Цифрлық потенциометр (көбінесе дигипот деп аталады) – аналогтық потенциометрлердің функцияларын имитациялайтын электрондық компонент. Цифрлық кіріс сигналдары арқылы екі терминал арасындағы кедергі, аналогтық потенциометрдегідей, реттелуі мүмкін. Екі негізгі функционалдық түрі бар: қуаты жойылған кезде орнатылған күйін жоғалтатын, әдетте ең төменгі күйде бастау үшін жасалған құбылмалы түрлер, және flash жад немесе EEPROM сияқты сақтау механизмін пайдаланып орнатылған күйін сақтайтын құбылмайтын түрлер. Дигипотты пайдалану қарапайым механикалық потенциометрге қарағанда әлдеқайда күрделі, және сақталуға тиіс көптеген шектеулер бар; алайда, олар кеңінен қолданылады, көбінесе жабдықтарды зауыттық реттеуге және калибрлеуге, әсіресе механикалық потенциометрлердің шектеулері мәселе тудыратын жағдайларда. Дигипот, әдетте, басқа жартылай өткізгіш құрылғылар сияқты, орташа ұзақ мерзімді механикалық дірілдердің немесе қоршаған ортаның ластануының әсеріне төтеп береді, сондай-ақ оның бағдарламалау кірістеріне қол жеткізуді түрлі тәсілдермен қорғау арқылы рұқсатсыз қол сұғудан электрондық түрде қорғалуы мүмкін. Егер жабдықта микропроцессор, FPGA немесе басқа да функционалдық логика болса, ол параметрлерді сақтай және жабдықты қосылған сайын оларды "потенциометрге" қайта жүктей алады, онда дигипоттың орнына көбейтуші DAC қолданылуы мүмкін, бұл жоғарырақ орнату ажыратымдылығын, температураға байланысты аз ауытқуды және пайдаланудағы икемділікті ұсынады.

Мембраналық потенциометрлер

Мембраналық потенциометр кедергілік кернеулік бөліктеріне қатынау үшін сырғанамалы элементпен деформацияланған өткізгіш мембрананы пайдаланады. Сызықтығы материалға, конструкциясына және өндіріс процесіне байланысты 0,50%-дан 5%-ға дейін өзгеруі мүмкін. Қайталанатын дәлдігі әдетте 0,1 мм мен 1,0 мм аралығында, теориялық түрде шексіз ажыратымдылықпен болады. Осындай потенциометрлердің қызмет ету мерзімі қолданылған материалдарға және іске қосу әдісіне байланысты әдетте 1 миллионнан 20 миллион циклға дейін жетеді; контактілік және контактісіз (магниттік) әдістер қолданылады (орналасуды сезіну үшін). PET, FR4 және Kapton сияқты әртүрлі материалдар бар. Мембраналық потенциометр өндірушілері сызықтық, айналмалы және мақсатқа арналған нұсқаларды ұсынады. Сызықтық нұсқаларының ұзындығы 9 мм-ден 1000 мм-ге дейін, ал айналмалы нұсқаларының диаметрі 20 мм-ден 450 мм-ге дейін, биіктігі 0,5 мм болады. Мембраналық потенциометрлерді орналасуды анықтау үшін қолдануға болады. Кедергілік технологияны қолданатын сенсорлық экран құрылғылары үшін екі өлшемді мембраналық потенциометр x және y координаттарын қамтамасыз етеді. Жоғарғы қабат – ішкі қабатқа жақын орналасқан жұқа шыныдан жасалған. Жоғарғы қабаттың төменгі жағында мөлдір өткізгіш қабат, ал оның астындағы қабаттың бетінде мөлдір кедергілік қабат жатқан. Саусақ немесе стилус шыныны деформациялап, астыңғы қабатқа тигізеді. Кедергілік қабаттың жиектері өткізгіш контактілерге ие. Контакт нүктесін табу үшін қарсы жиектерге кернеу қолданылады, ал қалған екі жиек уақытша қосылмайды. Жоғарғы қабаттың кернеуі бір координатаны береді. Бұл екі жиекті ажыратып, басқа екі жиекке, бұрын қосылмаған, кернеу қолданса, екінші координата алынады. Жиектер арасында жылдам ауысу орналасу туралы ақпаратты үнемі жаңартуды қамтамасыз етеді. Аналогты-цифрлық түрлендіргіш шығыс деректерін ұсынады. Мұндай сенсорлардың артықшылығы – сенсорға тек бес қосылым қажеттігі және оған байланысты электрониканың салыстырмалы түрде қарапайымдығы. Тағы бір артықшылығы – жоғарғы қабатты кішкентай аумақта басатын кез келген материал жақсы жұмыс істейді. Кемшілігі – контакт орнату үшін жеткілікті күш қолдану қажеттігі. Сонымен қатар, сенсорды дисплейдегі тиісті орынмен сәйкестендіру үшін кейде калибрлеу қажет болады. (Сыйымдылық сенсорларына калибрлеу немесе контактілік күш қажет емес, тек саусақтың немесе басқа өткізгіш нысанның жақындығы жеткілікті. Алайда, олар әлдеқайда күрделі.)

Қолданбалар

Потенциометрлер көбінесе маңызды қуатты (бір-екі ватттан артық) тікелей басқару үшін қолданылмайды. Олардың орнына аналогты сигналдардың деңгейін реттеу үшін (мысалы, аудио жабдықтарындағы дыбыс деңгейін басқару) және электрондық тізбектерге басқару кірісі ретінде қолданылады. Мысалы, шамдардың жарықтығын бақылау құрылымы (диммер) ТРИАК-тың қосу-өшіруін басқару үшін потенциометрді пайдаланады, соның арқасында шамдардың жарықтығын жанама түрде реттеуге болады. Алдын ала орнатылған потенциометрлер өндіріс немесе күтім кезінде түзетулер қажет болатын барлық электрондық құрылымдарда кеңінен қолданылады. Пайдаланушылармен басқарылатын потенциометрлер пайдаланушы басқару элементтері ретінде жиі қолданылады және жабдықтардың көптеген функцияларын басқаруға мүмкіндік береді. 1990 жылдары тұтынушы электроникасында потенциометрлерді қолдану азайды, қазір айналмалы инкрементті энкодерлер, жоғары/төмен батырмалары және басқа да цифрлық басқару құралдары көбірек таралған. Дегенмен, олар көптеген қолданымдарда, мысалы, дыбыс деңгейін басқару және позиция сенсорлары ретінде қолданыла береді.

Аудио басқару

Төмен қуатты потенциометрлер, сырғымалы және айналмалы түрлері, аудио жабдықтарын басқару үшін қолданылады, дыбыс сигналдарының күшін, жиілік әлсіреуін және басқа да сипаттамаларын өзгертуге мүмкіндік береді. "Лог-пот", яғни логарифмдік (лог) формадағы кедергісі, "түйіршігі" немесе "қисығы" (немесе заңы) бар потенциометр, аудио қуат күшейткіштерінде дыбыс деңгейін реттеу үшін қолданылады, онда оны "аудио түйіршікті потенциометр" деп те атайды, себебі адам құлағының амплитудаға реакциясы шамамен логарифмдік болып келеді. Бұл, мысалы, 0-ден 10-ға дейін белгіленген дыбыс деңгейін реттегенде, 5-ке орнату 10-ға орнатудан жартылай төмен естіледі. Сондай-ақ, логарифмдік потенциометрдің кері нұсқасы – анти-лог-пот немесе кері аудио түйіршігі де бар. Ол көбінесе логарифмдік потенциометрмен бірге, мысалы, дыбыс балансын реттеуде біріктіріліп қолданылады. Сүзгі желілерімен бірге қолданылатын потенциометрлер тонауды басқару немесе теңестіру құрылғысы ретінде жұмыс істейді. Аудио жүйелерде "сызықтық" сөзі кейде сырғымалы потенциометрлерді сипаттау үшін, физикалық сырғымалы қозғалыстың түзу сызықтық сипатына байланысты, шатастыратын түрде қолданылады. Потенциометрге сырғымалы немесе айналмалы типке қарамастан, "сызықтық" термині потенциометрдің орналасуы мен оның шығыс тірегінің (немесе электрлік шығысының) өлшенген мәні арасындағы сызықтық байланысты сипаттайды.

Теледидар

Бұрын потенциометрлер суреттің жарықтығын, контрастын және түс беруді реттеу үшін қолданылған. Потенциометр көбінесе "көлденең ұстауды" реттеуге пайдаланылды, ол қабылдағыштың ішкі сыпыру тізбегінің (кейде мультивибратор) және алынған бейнесигналдың арасындағы синхрондауға әсер ететін, сондай-ақ аудио-бейнесигналдың жиілігін, баптау жиілігін (батырмалы қабылдағыштар үшін) және тағы да басқаларын реттеуге көмектесетін. Ол толқындардың жиілігін модуляциялауға да мүмкіндік береді.

Қозғалыс бақылауы

Потенциометрлерді сервомеханизмдердегідей жабық циклді басқару жүйесін құру үшін позициялық кері байланыс құрылғылары ретінде қолдануға болады. Бұл қозғалысты басқару әдісі бұрыш немесе орынды ауыстыруды өлшеудің ең оңай жолы болып табылады.

Трансдукторлар

Потенциометрлер қарапайым құрылысы мен үлкен шығыс сигналын беру мүмкіндігіне байланысты ығысу түрлендіргіштерінің құрамында да кеңінен қолданылады.

Есептеу

Аналогты компьютерлерде жоғары дәлдікті потенциометрлер аралық нәтижелерді қажетті тұрақты факторлармен масштабтау үшін немесе есептеудің бастапқы шарттарын орнату үшін қолданылады. Мотормен басқарылатын потенциометр, тригонометриялық функцияларға жуықтама беру үшін сызықты емес кедергі картасын пайдаланып, функция генераторы ретінде қолданылуы мүмкін. Мысалы, білік айналысы бұрышты көрсете алады, ал кернеуді бөлу қатынасы бұрыштың косинусына пропорционалды етілуі мүмкін.