Potenciometer (spremenljivi upor) — definicija, delovanje in uporaba

Potenciometri so spremenljivi upori. Gre za komponente, pri katerih lahko upornost spreminjamo z vrtenjem gumba (rotary potentiometer) ali premikanjem drsnika (linear potentiometer). Potenciometre poznamo kot enostaven način za ročno uravnavanje električnih veličin: z njimi krmilimo, kako svetle ali zatemnjene so luči v prostoru, kako glasna je glasnost na televizorju, nastavljamo tone v avdio napravah ali jih uporabljamo v delilnikih napetosti za natančnejše nastavitve. Nekateri potenciometri služijo tudi kot merilni ali pozicijski senzorji v industriji in mehaniki.

Zamisel o napravi za nadzor količine električne energije v posamezni komponenti je poznana že dolgo, kot klasičen tip antagonista pa je ogljikov potenciometer. Ogljikov potenciometer, ki ga pogosto uporabljamo danes, je izumil Thomas Edison leta 1872, ko je bil star 25 let. Napravo je poimenoval "reostat z navito uporno žico" in zanjo je bil izdan patent leta 1872. Ogljikovi upori so še vedno med najpogosteje uporabljenimi zaradi enostavnosti in nizkih stroškov; uporabljajo se v radijskih sprejemnikih za uravnavanje glasnosti, v televizorjih za uravnavanje svetlosti slike, kontrasta in barvnega odziva.

Gradnja in vrste

Potenciometer je sestavljen iz treh osnovnih delov: upornega elementa (sled ali trak), gibljivega drsnika (kontakt ali “wiper”) in ohišja z električnimi priključki. Glede na zgradbo in material ločimo več tipov:

• Ogljikov trak (carbon) – cenovno ugoden, pogost v potrošniški elektroniki.
• Cermet oziroma keramično-kovinski sloj – bolj stabilen in natančen kot ogljik, uporaben tam, kjer je potrebna večja natančnost in vzdržljivost.
• Žično navit (wire-wound) – sestavljen iz navite žice, dobro prenaša večje moči, uporablja se pri dimenzioniranih regulatorjih toka/napetosti oziroma v reostatih.
• Digitalni potenciometri (digipot) – elektronske komponente, ki spreminjajo efektivno upornost z digitalnimi signali (I2C, SPI) in se pogosto uporabljajo v sodobnih vgrajenih sistemih.

Delovanje in priključitev

Potenciometer ima običajno tri priključke: dva skrajna priključka sta vezana na konce upornega elementa, srednji priključek pa je z wiperjem, ki se premika po elementu. Glede na način vezave deluje na dva osnovna načina:

• Tridelni način (delilnik napetosti) – vštricimo vse tri priključke; wiper vzpostavi spremenljivo napetost med obema skrajnima točkama. Potenciometer tu deluje kot variabilni delilnik napetosti.
• Dvodelni način (rheostat) – uporabimo en skrajni priključek in wiper; tako je potenciometer v funkciji spremenljivega upora za regulacijo toka ali moči. Ta način je pogost pri močnejših žičnih izvedbah.

Ključne specifikacije

• Upornost – tipične vrednosti se gibljejo od nekaj ohmov do megaohmov; izbira je odvisna od aplikacije in impedančnih zahtev vezja.
• Toleranca in stabilnost – vplivata na točnost in ponovljivost nastavitve; cermet in wire-wound nudita boljšo stabilnost kot ogljik.
• Moč (power rating) – omejuje največjo razpršeno moč; pri visoko močnem delu so potrebni reostati ali wire-wound tipi z večjo disipacijsko sposobnostjo.
• Taper (karakteristika odziva) – linearni (A in B oz. L) ali logaritmični/audiotaper (oznaka A/B glede na izdelovalca); logaritmični taper se uporablja za glasnost, saj bolje ustreza človeškemu sluhu.
• Mehanska življenjska doba – število ciklov vrtenja/drsenja, preden se kontakt začne slabiti.

Uporaba in primeri

Potenciometri imajo širok spekter uporabe v elektroniki in industriji. Najpomembnejše aplikacije:

• Nastavitev glasnosti in tonov v avdio opremi
• Uravnavanje svetlosti, kontrasta in barvnih nastavitev v ekranih
• Delilniki napetosti za senzorsko umerjanje in nastavitve vhodnih nivojev
• Regulacija hitrosti motorjev in moči (v kombinaciji z ustreznimi tuljavami/inverterji)
• Mehanski pozicijski senzorji (potenciometer, povezan s premičnim delom) za izmero kota ali položaja
• Trimmerji in potenciometer za kalibracijo na tiskanih vezjih

Praktični nasveti pri izbiri in uporabi

• Izberite upornost glede na vhodno impedanco vezja; prenizka vrednost lahko obremeni vir napetosti, previsoka pa zmanjša uporabnični razpon nastavitve.
• Za avdio aplikacije uporabljajte logaritmični (audio) taper, da dobite naraven odziv volumna.
• Pri aplikacijah z večjo močjo raje uporabite wire-wound izvedbe ali zunanji reostat z ustreznim hlajenjem.
• Če potrebujete natančne in stabilne nastavitve, raje izberite cermet tip ali digitalni potenciometer z nastavitvijo iz mikrokrmilnika.
• Pri vgrajevanju na panel pazite na mehansko obremenitev osi in zaščito pred prašnimi/okoljskimi vplivi; obstajajo tudi zaprti (sealed) tipi za zahtevnejše pogoje.

Vzdrževanje in pogoste težave

Nekatere pogoste težave so šumenje ali nepravilni stiki, kar je pogosto posledica umazanije, oksidacije ali obrabe wiperja. Delne rešitve so čiščenje kontaktov s primernimi čistili, zamenjava potenciometra ali nadgradnja na bolj zanesljivo izvedbo. Pri digitalnih potenciometrih preverite tudi ustreznost napajalnih napetosti in kontrolnih signalov.

Potenciometri so preprosta, a izredno uporabna komponenta elektronskih vezij. Z razumevanjem njihovega delovanja, vrst in omejitev lahko izberete pravo rešitev za številne aplikacije — od gospodinjskih naprav do natančnih merilnih sistemov.

Išči po črki