Potentiomètre-Fonctionnement, Schéma de circuit, Construction &Types

La résistance, un petit faisceau de résistance, est l’un des composants de base les plus utilisés dans un circuit électrique. Principalement utilisées pour réguler le flux de courant en ajoutant / soustrayant une résistance du circuit, ces résistances sont disponibles dans de nombreuses formes et tailles. Ces résistances peuvent être classifiées de manière générale comme des résistances fixes et variables. Comme leurs noms respectifs le suggèrent, une résistance fixe a une seule valeur de résistance fixe, tandis qu’une résistance variable a une valeur de résistance sur une plage définie. Parmi les nombreuses résistances variables linéaires et non linéaires disponibles, la plus courante est le potentiomètre. Cet article traite du principe de fonctionnement, de la construction et de l’application d’un potentiomètre. Alors commençons!

Potentiomètre (pot)

Les potentiomètres ou « pots », comme on l’appelle communément dans les cercles électriques, sont une résistance variable à trois bornes. Sur ses trois bornes, deux d’entre elles sont fixes et l’une est une borne variable (linéaire/rotative).

La valeur de la résistance peut être modifiée de zéro à une limite supérieure définie, en glissant simplement manuellement le contact sur une bande résistive. Au fur et à mesure que la résistance change, le courant à travers le circuit change et donc selon la loi ohms, la tension aux bornes du matériau résistif change également.

Comme il transforme le mouvement rotatif ou linéaire de l’opérateur en un changement de résistance (d’où un changement de paramètre électrique), il peut être appelé transducteur électromécanique. Ils sont de nature passive, dissipent donc de l’énergie plutôt que d’alimenter le circuit.

À ses débuts de fabrication, il était pensé comme une grande bobine résistive enroulée de fil, qui pouvait être ajustée de manière à mesurer la différence de tension à travers elle. Par conséquent, le nom de ”potentiomètre » a été donné à cet appareil, qui est inventé à partir de la combinaison de deux mots: différence de potentiel et mesure.

Ils ont parcouru un long chemin depuis lors. Fini le temps des gros potentiomètres volumineux, maintenant ce que nous obtenons est assez petit et facile à utiliser et léger à transporter; ils sont également maintenant utilisés dans une large gamme d’applications.

Maintenant que nous avons eu une introduction sur le potentiomètre, vous pourriez avoir une curiosité de savoir à quoi il ressemble. La figure 1 montre quelques pots pratiques, tandis que la figure 2 montre le symbole standard du même.

Il est représenté par une ligne en zigzag avec une flèche pointant vers l’intérieur au centre.

Discutons ensuite du nœud même de cet article, le principe de fonctionnement du potentiomètre.

Comment ça marche ?

Comme déjà discuté, un potentiomètre a trois bornes. Lorsqu’elles sont connectées à un circuit, les deux bornes fixes sont connectées aux extrémités des éléments résistifs tandis que la troisième borne est connectée au balai.

Dans le schéma ci-dessous, les bornes du potentiomètre sont marquées 1, 2 et 3. L’alimentation en tension est connectée aux bornes 1 et 3, le conducteur positif à la borne un tandis que le conducteur négatif à la borne trois. La borne 2 est reliée au balai.

Maintenant, en regardant de plus près la figure, nous pouvons voir qu’à la position actuelle de l’essuie-glace, il y a deux chemins résistifs tout comme la résistance est divisée en deux résistances. Parmi ces deux résistances, celle ayant un chemin résistif plus long aura une résistance plus élevée. Cela est dû au fait que la résistance d’une résistance dépend de sa longueur (puisque R = ρ). Plus la longueur est élevée, plus la résistance est élevée, à condition que le matériau de la résistance et sa section transversale restent identiques.

Pour plus de simplicité, nommons les deux résistances, R1 et R2 (Voir figure). La tension d’essuie-glace est en fait la tension aux bornes de R2. Le circuit ressemble maintenant à un diviseur de tension, où la tension de sortie est donnée par l’équation:

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

Donc clairement, si nous voulons changer la tension de sortie, nous pouvons simplement changer la valeur de R2, en faisant glisser l’essuie-glace vers la borne 3. Lorsque le balai est à la borne 1, R1 devient nul et la tension aux bornes du balai est la même que la tension d’alimentation.

De plus, lorsque le balai est à la borne 3, le chemin résistif effectif pour R2 est nul, donc la résistance R2 est nulle.

Le principe de fonctionnement peut être clarifié, en résolvant l’exemple ci-dessous

EXEMPLE 1 :

Une résistance, R1 de 150Ω est connectée en série avec une résistance de 50 Ω, R2 sur une résistance d’alimentation ohm de 10 Volts comme illustré. Calculez la résistance série totale, le courant traversant le circuit série et la chute de tension à travers la résistance de 50 ohms.

Solution:

Puisque les deux résistances sont en série, la résistance totale R= R1 + R2= 200Ω. Le courant traversant le circuit sera I = V / R = 10/200 = 0,05A. La chute de tension aux bornes de R2 = 50Ω peut être trouvée par la règle de division de tension, c’est-à-dire

VR2= 10 × (50/200)= 2.5 V

Ici, nous voyons si nous changeons la valeur de R1 ou R2la valeur de la tension aux bornes de l’une des résistances sera comprise entre 0 et 10V, à condition que la résistance totale du circuit reste constante.

Ce concept même est le principe du fonctionnement d’un potentiomètre. Comme dans le potentiomètre, la résistance totale ne change pas, car une seule bande résistive est utilisée. La division de la résistance se fait par l’essuie-glace. Et donc les valeurs de résistance varient au fur et à mesure que la position de l’essuie-glace varie.

Maintenant que nous avons discuté du principe de fonctionnement, voyons maintenant comment ce dispositif passif est construit.

Construction d’un potentiomètre

Le potentiomètre comporte essentiellement un élément résistif sur lequel coulisse une borne mobile, l’essuie-glace. Tout potentiomètre est constitué des parties suivantes:

1. Les bornes: Comme déjà discuté, le potentiomètre a trois bornes, deux fixes et une variable.
2. L’élément résistif: Cette partie est la partie principale de l’appareil et elle est connectée aux deux bornes fixes. C’est l’un des aspects décisifs en ce qui concerne le coût du potentiomètre, et peut également régir des aspects des performances du composant, y compris la capacité de dissipation de puissance et le bruit généré. L’élément résistif utilisé peut être des types suivants:

• Composition en carbone: Il est fabriqué à partir de granulés de carbone et est l’un des types de matériau résistif les plus courants utilisés, en raison de son faible coût. Il a également un bruit raisonnablement faible et une usure moindre que les autres naterials. Cependant, son fonctionnement n’est pas si précis.
• Fil enroulé – Ce sont essentiellement des fils nichromes et sont enroulés sur un substrat isolant. Ils sont principalement utilisés dans des applications à haute puissance et durent très longtemps. Ils sont précis mais ont une résolution limitée.Plastique conducteur: Souvent utilisés dans les applications audio haut de gamme, ils ont une très bonne résolution mais sont très coûteux et ne peuvent être utilisés que dans des applications à faible consommation.
• Cermet: Un type de matériau très stable, il a un faible coefficient de température et est très résistant à la température. Cependant, il a une courte durée de vie et peut brûler un trou dans votre poche.
• L’essuie-glace : C’est la seule borne qui glisse sur une bande résistive pour établir un contact électrique. Il peut s’agir d’un essuie-glace rotatif qui ressemble à un demi-arc, qui couvre plus de ¾ de cercle ou d’un essuie-glace linéaire.

La position angulaire du balai rotatif en degrés est donnée par la formule:

θ = (Vout/Vsupply)

1. L’arbre: Dans le cas d’un potentiomètre de type balai rotatif, un arbre est présent sur lequel le balai est fabriqué.
2. Casting: Tous les composants sont logés à l’intérieur d’une pièce moulée, afin de la prévenir des dommages physiques externes

Il existe certaines caractéristiques particulières d’un potentiomètre dont on a besoin à savoir. La section suivante traite de cela.

Caractéristiques des potentiomètres

Certaines des caractéristiques d’un potentiomètre sont:

1. CONICITÉ: La loi des pots ou la conicité des pots est une caractéristique du potentiomètre dans laquelle il faut une connaissance préalable, pour choisir le bon appareil pour l’application souhaitée. Ce n’est rien d’autre qu’un rapport entre la position de l’essuie-glace et la résistance. Ce rapport lorsqu’il est tracé peut être linéaire, logarithmique ou antilogarithmique, comme le montre la figure.

1. CODES DE MARQUAGE: Lors de la sélection d’un potentiomètre, vous devez connaître la valeur maximale de résistance qu’il peut atteindre. À cette fin, les fabricants utilisent des codes de marquage, qui indiquent les mêmes. Par exemple, un pot avec une résistance de 100K marquée dessus signifie que la limite maximale du pot est de 100kΩ.

Comme nous devons également connaître le cône du pot, les fabricants utilisent également des codes de marquage pour indiquer le cône du pot. Les codes de marquage diffèrent d’une région à l’autre. Il faut avoir une connaissance préalable de ce que représente un code.

1. RÉSOLUTION: Comme nous faisons varier la résistance dans le pot, il y a une quantité minimale de résistance qui peut être modifiée. C’est ce qu’on appelle la résolution du pot. Par exemple, si je dis que la résistance de pot est de 20kΩ, avec une résolution de 0,5, le changement minimum de résistance sera de 0,5 Ω, et les valeurs que nous obtenons pour le plus petit changement seront de 0,5, 1,5, 2 Ω et ainsi de suite.
2. RÉSISTANCE HOP ON HOP OFF: Comme nous l’avons vu dans la partie construction de cet article, l’élément résistif est connecté entre les deux bornes. Ces bornes sont en métal à très faible résistance. Par conséquent, chaque fois que l’essuie-glace entre ou sort de cette région, il y aura un changement soudain de la résistance. Cette caractéristique du pot s’appelle la résistance hop on hop off.

Maintenant que les caractéristiques du pot ont été discutées, examinons quels sont les types de potentiomètres.

Types de potentiomètres:

Même si la construction de base et le principe de fonctionnement des potentiomètres sont les mêmes, ils diffèrent par un aspect qui est la géométrie de la borne mobile. La plupart du temps, les potentiomètres que nous trouvons ont un essuie-glace qui tourne sur un matériau résistif en forme d’arc, il existe un autre type de pot où l’essuie-glace glisse linéairement sur une bande résistive droite. Sur la base de la géométrie de la bande résistive, le potentiomètre peut être globalement classé en deux types, discutés ci-dessous.

1. Potentiomètres de type rotatif: Comme son nom l’indique, ce type de potentiomètre comporte un essuie-glace qui peut être tourné entre les deux bornes, pour faire varier la résistance du potentiomètre. Ils sont l’un des types courants de pots. Selon le nombre de fois où l’on peut tourner l’essuie-glace, ils sont classés dans les catégories suivantes:
2. Tour unique: Ces pots sont l’un des types de pots couramment utilisés. L’essuie-glace ne peut prendre qu’un seul tour. Il tourne généralement un 3 / 4ème du tour complet.
3. Multi tours: Ces pots peuvent faire plusieurs rotations comme 5, 10 ou 20. Ils ont un essuie-glace en forme de spirale ou d’hélice, ou un engrenage à vis sans fin, pour faire les virages. Connus pour leur grande précision, ces types de pots sont utilisés là où une précision et une résolution élevées sont requises.
4. Double gang: Du nom de ce pot, on peut supposer ce que c’est. Ce n’est rien d’autre que deux pots à résistance et conicité égales sont combinés sur le même arbre. Les deux canaux sont mis en parallèle.
5. Pot concentrique: Ici, deux pots sont combinés ensemble sur des arbres placés de manière concentrique. L’avantage d’utiliser ce type de pot est que deux commandes peuvent être utilisées dans une seule unité.
6. Servo pot: « Servo » signifiant pot moteur est un pot motorisé. Cela signifie que sa résistance peut être ajustée ou contrôlée automatiquement par un moteur.

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1. Potentiomètres de type linéaire: Le type de pots suivant est celui dans lequel l’essuie-glace glisse sur une bande résistive droite. Ils sont également connus sous des noms tels que: slider, slide pot ou fader. Ils sont en outre classés dans les types suivants:
2. Pot coulissant: C’est le type de base d’un pot linéaire. Ils comportent une seule bande résistive sur laquelle l’essuie-glace glisse linéairement. Ils ont une bonne précision et sont fabriqués à partir de plastique propice.
3. Pot à double glissière: Ce type de pot linéaire est juste la callibération de deux pots à glissière en parallèle. Cela signifie qu’il a un seul curseur qui contrôle deux pots en parallèle.
4. Pot multi-tours: Dans une application où la précision et la bonne résolution sont de la plus haute importance, ce type de prise de force est utilisé. IL A une broche, qui actionne le curseur, qui peut tourner jusqu’à 5, 10 ou 20 fois pour améliorer la précision.
5. Fader motorisé: Comme son nom l’indique, le mouvement de l’essuie-glace de ce pot est contrôlé par un moteur, et donc sa résistance.

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Applications des potentiomètres

Un potentiomètre fonctionne essentiellement comme une tension diviseur, cependant, il est également utilisé dans de nombreuses industries et applications. Certaines des applications sont listées ci-dessous, catégoriquement :

1. Pots en tant que contrôleurs:Les potentiomètres

• peuvent être utilisés dans des applications d’entrée contrôlées par l’utilisateur, où il est nécessaire de modifier manuellement l’entrée. Comme par exemple une pédale d’accélérateur est souvent un pot à double gang, utilisé pour augmenter la redondance du système. De plus, les joysticks que nous utilisons dans le contrôle de la machine sont un exemple classique de pot utilisé comme entrée contrôlée par l’utilisateur.
• Une autre application où les pots sont utilisés comme contrôleurs est dans les systèmes audio. Le potentiomètre à cône logarithmique est souvent utilisé dans les appareils de contrôle du volume audio, car notre audition a une réponse logarithmique à la pression acoustique. Un pot conique logarithmique fera donc naturellement la transition d’un son fort à un son doux (et vice versa), plus lisse à nos oreilles. La plupart du temps, un pot motorisé (avec cône logarithmique) est utilisé pour cette application.

1. Pots comme appareils de mesure:

• L’application la plus courante du potentiomètre est comme appareils de mesure de tension. Le nom lui-même a cette implication. Il a d’abord été fabriqué pour la porupuse de mesure et de contrôle de la tension.
• Comme ces dispositifs convertissent la position de l’essuie-glace en une sortie électrique, ils sont utilisés comme transducteurs pour mesurer la distance ou les angles.

3. Pots comme accordeurs et calibrateurs:

Les pots peuvent être utilisés dans un circuit, pour les accorder pour obtenir la sortie souhaitée. De plus, lors des étalonnages d’un appareil, un pot préréglé est souvent monté sur la carte de circuit imprimé. Ils sont maintenus fixes la plupart du temps.

Avec cela, nous avons couvert presque tous les aspects afin que vous connaissiez maintenant les bases d’un potentiomètre. Récapitulons rapidement ce que nous avons appris:

• Le potentiomètre ou les pots sont trois résistances variables terminales.
• Deux bornes sont fixes, l’une est un contact coulissant.
• Le contact coulissant est souvent appelé essuie-glace
• L’essuie-glace se déplace sur une bande résistive.
• La position de l’essuie-glace sur la bande résistive décide de la résistance de la résistance.
• La bande résistive peut être composée de carbone, ou peut être enroulée en fil. Même une matière plastique propice peut être utilisée comme bande résistive
• La géométrie de la bande résistive qu’il s’agisse d’un arc ou d’une bande droite, décide de la géométrie du potentiomètre.
• Types de potentiomètre: Linéaire et rotatif.
• La conicité, la résolution, la résistance hop on hop off et les codes de marquage sont les principales caractéristiques d’un potentiomètre.
• Il existe de nombreuses applications d’un potentiomètre, du circuit de commande audio à la mesure de distances, d’angles ou de tensions. Il est de nature très polyvalente.