Potentiometer – Arbeiten, Schaltplan, Konstruktion & Typen

Widerstand, ein kleines Widerstandsbündel, ist eine der am häufigsten verwendeten Grundkomponenten in einem Stromkreis. Diese Widerstände werden hauptsächlich zur Regulierung des Stromflusses durch Addieren / Subtrahieren des Widerstands von der Schaltung verwendet und sind in vielen Formen und Größen erhältlich. Diese Widerstände können allgemein als feste und variable Widerstände klassifiziert werden. Wie ihre jeweiligen Namen vermuten lassen, hat ein fester Widerstand einen einzigen festen Widerstandswert, während ein variabler Widerstand einen Widerstandswert über einen definierten Bereich aufweist. Von den zahlreichen linearen und nichtlinearen variablen Widerständen ist das Potentiometer am gebräuchlichsten. Dieser Artikel behandelt das Funktionsprinzip, den Aufbau und die Anwendung eines Potentiometers. Also lass uns anfangen!

Potentiometer (Pot)

Das Potentiometer oder die „Töpfe“, wie es in den elektrischen Kreisen allgemein bekannt ist, ist ein variabler Widerstand mit drei Anschlüssen. Von den drei Klemmen sind zwei fest und einer variierend (linear / drehbar).

Der Wert des Widerstands kann von Null auf eine definierte obere Grenze geändert werden, indem der Kontakt nur manuell über einen Widerstandsstreifen geschoben wird. Wenn sich der Widerstand ändert, ändert sich der Strom durch die Schaltung und damit gemäß dem ohmschen Gesetz ändert sich auch die Spannung über dem Widerstandsmaterial.

Da es eine Dreh- oder Linearbewegung durch den Bediener in eine Änderung des Widerstands (daher eine Änderung des elektrischen Parameters) umwandelt, kann es als elektromechanischer Wandler bezeichnet werden. Sie sind passiver Natur und leiten daher Strom ab, anstatt den Stromkreis mit Strom zu versorgen.

In seinen frühen Tagen der Herstellung wurde es wie eine große drahtgewickelte Widerstandsspule gedacht, die so eingestellt werden konnte, dass die Spannungsdifferenz darüber gemessen wurde . Daher wurde diesem Gerät der Name „Potentiometer“ gegeben, der sich aus der Kombination zweier Wörter ergibt: Potentialdifferenz und Messung.

Sie haben seitdem einen langen Weg zurückgelegt. Vorbei sind die Zeiten der großen sperrigen Potentiometer, jetzt, was wir bekommen, ist ziemlich klein und einfach zu bedienen und leicht zu tragen; auch sie haben jetzt in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet.

Nun, da wir eine Einführung über das Potentiometer hatten, könnten Sie neugierig sein, wie es aussieht. Abbildung 1 zeigt einige praktische Töpfe, während Abbildung 2 das Standardsymbol derselben zeigt.

Es wird durch eine Zickzacklinie dargestellt, deren Pfeil in der Mitte nach innen zeigt.

Als nächstes besprechen wir den Kern dieses Artikels, das Arbeitsprinzip des Potentiometers.

Wie funktioniert es?

Wie bereits erwähnt, hat ein Potentiometer drei Anschlüsse. Beim Anschluss an eine Schaltung sind die beiden festen Anschlüsse mit den Enden der Widerstandselemente verbunden, während der dritte Anschluss mit dem Abstreifer verbunden ist.

Im unten gezeigten Schaltplan sind die Anschlüsse des Potentiometers mit 1, 2 und 3 gekennzeichnet. Die spannung versorgung ist verbunden über terminals 1 und 3, positive blei zu terminal ein, während negative blei zu terminal drei. Die Klemme 2 ist mit dem Wischer verbunden.

Nun ein genauerer Blick in die Figur, können wir sehen, dass an der aktuellen Position des Wischers, gibt es zwei Widerstandspfade wie der Widerstand in zwei Widerstände aufgeteilt ist. Von diesen beiden Widerständen hat derjenige mit längerem Widerstandspfad einen höheren Widerstand. Dies liegt daran, dass der Widerstand eines Widerstands von seiner Länge abhängt (da R=ρ). Je größer die Länge, desto höher der Widerstand, sofern das Material des Widerstandes und seine Querschnittsfläche gleich bleiben.

Nennen wir der Einfachheit halber die beiden Widerstände R1 und R2 (siehe Abbildung). Die Wischerspannung ist eigentlich die Spannung über R2. Die Schaltung sieht jetzt wie ein Spannungsteiler aus, wobei die Ausgangsspannung die Gleichung erhält:

Vout = {R2/(R1+R2)} x V; where V= supply voltage.

Wenn wir also die Ausgangsspannung ändern möchten, können wir einfach den Wert von R2 ändern, indem wir den Abstreifer in Richtung Klemme 3 schieben. Wenn sich der Abstreifer an Klemme 1 befindet, wird R1 Null und die Spannung am Abstreifer entspricht der Versorgungsspannung.

Wenn sich der Abstreifer an Klemme 3 befindet, ist der effektive Widerstandspfad für R2 Null, daher ist der Widerstand R2 Null.

Das Funktionsprinzip kann klarer gemacht werden, indem das folgende Beispiel gelöst wird

BEISPIEL 1:

Ein Widerstand, R1 von 150Ω ist in Reihe mit einem 50 Ω Widerstand geschaltet, R2 über einen 10 Volt Versorgungs-Ohm-Widerstand wie gezeigt. Berechnen Sie den gesamten Serienwiderstand, den durch die Serienschaltung fließenden Strom und den Spannungsabfall am 50-Ohm-Widerstand.

Lösung:

Da die zwei widerstand sind in serie, insgesamt widerstand R = R1 + R2 = 200Ω. Der durch die Schaltung fließende Strom beträgt I = V / R = 10/200 = 0,05A. Spannungsabfall über R2 = 50Ω kann durch Spannungsteilungsregel gefunden werden, das heißt

VR2= 10 × (50/200)= 2.5 V

Hier sehen wir, ob wir den Wert von R1 oder R2 Ändernder Wert der Spannung an einem der Widerstände liegt im Bereich von 0-10V, vorausgesetzt, der Gesamtwiderstand der Schaltung bleibt konstant.

Genau dieses Konzept ist das Prinzip hinter der Funktionsweise eines Potentiometers. Wie beim Potentiometer ändert sich der Gesamtwiderstand nicht, da ein einzelner Widerstandsstreifen verwendet wird. Die Aufteilung des Widerstands erfolgt durch den Wischer. Und deshalb variieren die Widerstandswerte, wenn die Position des Wischers variiert.

Nachdem wir nun das Arbeitsprinzip besprochen haben, wollen wir nun lernen, wie dieses passive Gerät aufgebaut ist.

Aufbau eines Potentiometers

Das Potentiometer weist im Wesentlichen ein Widerstandselement auf, über das ein beweglicher Anschluß, der Abstreifer, gleitet. Jedes Potentiometer besteht aus folgenden Teilen:

1. Die Klemmen: Wie bereits erwähnt, hat das Potentiometer drei Klemmen, zwei feste und eine variable.
2. Das Widerstandselement: Dieser Teil ist der Hauptteil des Geräts und wird an die beiden festen Klemmen angeschlossen. Es ist einer der entscheidenden Aspekte, wenn es um die Kosten des Potentiometers geht, und kann auch Aspekte der Leistung der Komponente einschließlich der Verlustleistungsfähigkeit und des erzeugten Rauschens bestimmen. Das verwendete Widerstandselement kann von den folgenden Typen sein:

• Kohlenstoffzusammensetzung: Dies wird aus Kohlenstoffgranulat hergestellt und ist aufgrund seiner geringen Kosten eine der am häufigsten verwendeten Arten von Widerstandsmaterial. Es hat auch ein relativ geringes Rauschen und weniger Verschleiß als andere naterials. Es ist jedoch nicht so genau in seiner Funktionsweise.
• Draht gewickelt – Dies sind im Grunde Nichromdrähte und werden über ein isolierendes Substrat gewickelt. Sie werden hauptsächlich in Hochleistungsanwendungen verwendet und halten sehr lange. Sie sind präzise, haben aber eine begrenzte Auflösung.Leitfähiger Kunststoff: Sie werden häufig in High-End-Audioanwendungen verwendet, haben eine sehr gute Auflösung, sind aber sehr teuer und können nur in Anwendungen mit geringem Stromverbrauch verwendet werden.
• Cermet: Ein sehr stabiler Werkstoff mit niedrigem Temperaturkoeffizienten und hoher Temperaturbeständigkeit. Es hat jedoch eine kurze Lebensdauer und kann ein Loch in die Tasche brennen.
• Der Abstreifer: Dies ist der eine Anschluss, der über einen Widerstandsstreifen gleitet, um einen elektrischen Kontakt herzustellen. Es kann ein rotierender Wischer sein, der wie ein halber Bogen ist, der ¾ eines Kreises oder eines linearen Wischers abdeckt.

Die Winkelstellung des Drehwischers in Grad ergibt sich aus der Formel:

θ = (Vout/Vsupply)

1. Die Welle: Bei einem Potentiometer vom Typ Drehwischer ist eine Welle vorhanden, über die der Wischer hergestellt wird.
2. Gießen: Alle Komponenten sind in einem Gussteil untergebracht, um es vor äußeren physischen Schäden zu schützen

Es gibt einige besondere Eigenschaften eines Potentiometers, die man kennen muss. Der nächste Abschnitt befasst sich damit.

Eigenschaften von Potentiometern

Einige der Eigenschaften eines Potentiometers sind:

1. TAPER: Das Gesetz der Töpfe oder der Kegel von Töpfen ist eine solche Eigenschaft des Potentiometers, bei der man Vorkenntnisse benötigt, um das richtige Gerät für die gewünschte Anwendung auszuwählen. Es ist nichts anderes als ein Verhältnis zwischen der Wischerposition und dem Widerstand. Dieses Verhältnis kann linear, logarithmisch oder antilogarithmisch sein, wie in Abbildung gezeigt.

1. KENNZEICHNUNG CODES: Während auswahl eine potentiometer, sie müssen wissen, die maximale wert von widerstand es erreichen können. Zu diesem Zweck verwenden die Hersteller Markierungscodes, die dasselbe anzeigen. Zum beispiel, ein topf mit einem widerstand von 100K markiert auf es bedeutet, die maximale grenze der topf ist 100kΩ.

Da wir auch die Verjüngung des Topfes kennen müssen, verwenden die Hersteller Markierungscodes, um die Verjüngung des Topfes anzuzeigen. Die Markierungscodes unterscheiden sich von Region zu Region. Man muss vorher wissen, wofür ein Code steht.

1. AUFLÖSUNG: Da wir den Widerstand im Topf variieren, gibt es einen minimalen Widerstand, der geändert werden kann. Dies wird als Auflösung des Pots bezeichnet. Wenn ich zum Beispiel sage, dass der Widerstand von Pot 20 Kω bei einer Auflösung von 0,5 beträgt, beträgt die minimale Widerstandsänderung 0,5 Ω, und die Werte, die wir für die kleinste Änderung erhalten, betragen 0,5, 1,5, 2 Ω und so weiter.
2. HOP-ON-HOP-OFF-WIDERSTAND: Wie wir im Konstruktionsteil dieses Artikels gesehen haben, ist das Widerstandselement zwischen den beiden Klemmen angeschlossen. Diese Anschlüsse bestehen aus Metall mit sehr geringem Widerstand. Wenn also der Abstreifer diesen Bereich betritt oder verlässt, ändert sich der Widerstand plötzlich. Diese Eigenschaft des Topfes wird als Hop-on-Hop-Off-Widerstand bezeichnet.

Nachdem nun die Eigenschaften des Pots besprochen wurden, werfen wir einen Blick auf die Arten von Potentiometern.

Arten von Potentiometern:

Obwohl der grundlegende Aufbau und das Arbeitsprinzip von Potentiometern gleich sind, unterscheiden sie sich in einem Aspekt, nämlich der Geometrie des beweglichen Anschlusses. Meistens haben die Potentiometer, was wir finden, einen Abstreifer, der sich über ein bogenförmiges Widerstandsmaterial dreht, Es gibt eine andere Art von Topf, bei dem der Abstreifer linear über einen geraden Widerstandsstreifen gleitet. Basierend auf der Geometrie des Widerstandsstreifens kann das Potentiometer grob in zwei Typen eingeteilt werden, die nachstehend erörtert werden.

1. Drehpotentiometer: Wie der Name schon sagt, hat dieser Potentiometertyp einen Abstreifer, der über die beiden Anschlüsse gedreht werden kann, um den Widerstand des Potentiomers zu variieren. Sie sind eine der häufigsten Arten von Töpfen. Je nachdem, wie oft man die Töpfe drehen kann, werden sie weiter in die folgenden Kategorien eingeteilt:
2. Single Turn : Diese Töpfe sind eine der am häufigsten verwendeten Arten von Töpfen. Der Wischer kann nur eine einzige Umdrehung machen. Es dreht sich normalerweise um 3/4 der vollen Umdrehung.
3. Multi Turn: Diese Töpfe können mehrere Umdrehungen wie 5, 10 oder 20 machen. Sie haben einen Abstreifer in Form einer Spirale oder Helix oder eines Schneckengetriebes, um die Windungen zu machen. Diese für ihre hohe Präzision bekannten Töpfe werden dort eingesetzt, wo hohe Präzision und Auflösung erforderlich sind.
4. Doppelgang: Aus dem Namen dieses Topfes kann man annehmen, was es ist. Es ist nichts anderes als zwei Töpfe mit gleichem Widerstand und Kegel sind auf der gleichen Welle kombiniert. Die beiden Kanäle sind parallel geschaltet.
5. Konzentrischer Topf: Hier werden zwei Töpfe auf konzentrisch angeordneten Wellen miteinander kombiniert. Der Vorteil der Verwendung dieses Topftyps besteht darin, dass zwei Steuerelemente in einer Einheit verwendet werden können.
6. Servotopf: „Servo“ bedeutet, dass Motortopf ein motorisierter Topf ist. Dies bedeutet, dass sein Widerstand automatisch von einem Motor eingestellt oder gesteuert werden kann.

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1. Lineare Potentiometer: Die nächste Art von Potentiometern ist eine, bei der der Abstreifer über einen geraden Widerstandsstreifen gleitet. Sie sind auch unter Namen wie Slider, Slide Pot oder Fader bekannt. Sie werden weiter in die folgenden Typen eingeteilt:
2. Slide pot: Dies ist der Grundtyp eines linearen Topfes. Sie haben einen einzigen Widerstandsstreifen, über den der Abstreifer linear gleitet. Sie haben eine gute Präzision und sind feucht aus förderlichem Kunststoff gefertigt.
3. Dual rutsche topf: Diese art von linear topf ist nur die calliberation von zwei rutsche topf in parallel. Dies bedeutet, dass es einen einzigen Schieberegler hat, der zwei Töpfe parallel steuert.
4. Multi Turn pot: In einer Anwendung, bei der Präzision und gute Auflösung von größter Bedeutung sind, wird dieser Zapfwellentyp verwendet. ES HAT eine Spindel, die den Schieber betätigt, der sich bis zu 5, 10 oder 20 Mal drehen kann, um die Präzision zu erhöhen.
5. Motorisierter Fader: Wie der Name schon sagt, wird die Bewegung des Wischers dieses Topfes von einem Motor und damit von seinem Widerstand gesteuert.

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Anwendungen von Potentiometern

Ein Potentiometer arbeitet im Wesentlichen als Spannungsteiler, wird jedoch in viele Branchen und Anwendungen auch. Einige der Anwendungen sind unten aufgeführt, kategorisch:

1. Pots als Controller:

• Potentiometer können in benutzergesteuerten Eingangsanwendungen verwendet werden, bei denen eine manuelle Variation des Eingangs erforderlich ist. Wie zum Beispiel ein Gaspedal ist oft ein Dual-Gang-Topf, verwendet, um die Redundanz des Systems zu erhöhen. Auch die Joysticks, die wir in der Maschinensteuerung verwenden, sind ein klassisches Beispiel dafür, wie sie als benutzergesteuerte Eingabe verwendet werden.
• Eine weitere Anwendung, bei der Töpfe als Controller verwendet werden, sind Audiosysteme. Das Potentiometer mit logarithmischer Verjüngung wird häufig in Lautstärkereglern verwendet, da unser Gehör eine logarithmische Reaktion auf den Schalldruck hat. Ein logarithmischer Taper-Pot macht daher den Übergang von einem lauten zu einem weichen Klang ( und umgekehrt) für unsere Ohren natürlich glatter. Meistens wird für diese Anwendung ein motorisierter Topf (mit logarithmischer Verjüngung) verwendet.

1. Töpfe als messgeräte:

• Häufigste anwendung von potentiometer ist als spannung messgeräte. Der Name selbst hat diese Implikation. Es wurde zuerst für den Zweck hergestelltverwendung der Messung und Steuerung der Spannung.
• Da diese Geräte die Position des Wischers in einen elektrischen Ausgang umwandeln, werden sie als Wandler verwendet, um Abstände oder Winkel zu messen.

3. Töpfe als Tuner und Kalibratoren:

Töpfe können in einer Schaltung verwendet werden, um sie abzustimmen, um den gewünschten Ausgang zu erhalten. Auch bei den Kalibrierungen eines Gerätes werden häufig voreingestellte Parameter auf der Leiterplatte montiert. Sie werden die meiste Zeit fixiert gehalten.

Damit haben wir fast alle Aspekte abgedeckt, so dass Sie jetzt die Grundlagen eines Potentiometers kennen. Lassen Sie uns kurz zusammenfassen, was wir gelernt haben:

• Potentiometer oder Pots sind variable Widerstände mit drei Anschlüssen.
• Zwei Anschlüsse sind fest, einer ist ein Schleifkontakt.
• Der Schleifkontakt wird oft als Abstreifer bezeichnet
• Abstreifer bewegt sich über einen Widerstandsstreifen.
• Die Position des Wischers auf dem Widerstandsstreifen bestimmt den Widerstand des Widerstands.
• Widerstandsstreifen können aus Kohlenstoff bestehen oder drahtgewickelt sein. Auch ein leitfähiger Kunststoff kann als Widerstandsstreifen verwendet werden
• Geometrie des Widerstandsstreifens Ob es sich um einen Bogen oder einen geraden Streifen handelt, entscheidet die Geometrie des Potentiometers.
• Arten von potentiometer: Linear und Dreh.
• Der Taper, die Auflösung, der Hop-On-Hop-Off-Widerstand und die Markierungscodes sind die Hauptmerkmale eines Potentiometers.
• Es gibt viele Anwendungen eines Potentiometers, von der Audio-Controller-Schaltung bis zur Messung von Entfernungen, Winkeln oder Spannungen. Es ist sehr vielseitig in der Natur.