پتانسیومتر به عنوان یک قطعه در دستگاههای الکترونیکی اطراف ما نقش مهمی برای کنترل ولتاژ مورد نیاز ما ایفا میکند. این قطعه در بسیاری از مدارهای الکتریکی مورد استفاده افراد مختلف وجود دارد. یکی از وسایل مورد استفاده که نقش پتانسیومتر را برای همه روشن میکند سیستمهای صوتی هستند. پتانسیومترها اغلب با اسم ولوم نیز شناخته میشوند. در ادامه به بررسی دقیقتر این قطعه پرکاربرد پرداختهایم.
پتانسیومتر چیست؟
پتانسیومترها اغلب در میان مهندسان با عبارت (POT) شناخته میشوند. به صورت کلی این قطعه نوعی مقاومت با امکان تعیین میزان مقاومت به صورت مکانیکی میباشد. پتانسیومترها دارای 3 پایه برای عبور جریان الکتریکی و یک قطعه محرک برای کنترل ولتاژ هستند. قطعه محرک تعبیه شده در پتانسیومتر به کاربر امکان دریافت ولتاژ دلخواه تا حداقل و حداکثر تعیین شده را میدهد. اجزای تشکیل دهده پتانسیومتر به شرح زیر هستند:
- المنت مقاومتی
- وایپر
- دو پایه ثابت در ابتدا و انتهای مقاومت
- محور چرخان برای تغییر مقاومت
- بدنه عایق
عملکرد پتانسیومتر به صورت کلی یک عملیات ساده است. در واقع تغییر مقاومت در برابر جریان ورودی است؛ که باعث کاربرد فراوان پتانسیومترها شده است. در واقع با ورود ولتاژ به دو پایه کناری، جریان در مدار برقرار میشود و با چرخاندن محور، مقاومت بین وایپر و هر پایه تغییر میکند. این سیستم عملکرد در پتانسیومترها دارای مزایا و معایبی است که به شرح زیر هستند:
| مزایا | معایب |
| ساختار ساده | مناسب نبودن برای توان بالا |
| قیمت پایین | سایش مکانیکی در طول زمان |
| تنظیم پیوسته | دقت محدود در مدلهای ارزان |
| نصب آسان | حساس به گرد و غبار |
انواع پتانسیومتر
پتانسیومترها از چندین لحاظ قابل دسته بندی هستند. یکی از دقیقترین دسته بندیهای موجود برای پتانسیومترها، از لحاظ ساختار مکانیکی است. یکی از انواع پتانسیومترهای موجود در بازار، پتانسیومتر چرخشی میباشد. پتانسیومتر چرخشی رایجترین نوع در بازار به شمار میرود. عملکرد این نوع از پتانسیومترها براساس تغییر مقاومت با چرخش محور است. همچنین امکان کنترل پیوسته و ساده را نیز دارند. نوع دیگر، پتانسیومتر خطی یا اسلایدی است؛ که سازوکار آن بر اساس حرکت خطی لغزنده انجاام میشود. مزیت این نوع نیز دردید بصری بهتر از مقدار تنظیم مقاومت پتانسیومتر است.
سایر انواع پتانسیومتر نیز به شرح زیر هستند:
- پتانسیومتر چند دور، با دقت بالا
- تریمر پتانسیومتر، قابلیت تنظیم با پیچگوشتی
پتانسیومتر خطی و کاربردهای آن
پتانسیومتر خطی نوعی مقاومت متغییر است که میزان آن بر اساس حرکت مکانیکی قطعه مربوطه تغییر میکند. به زبان سادهتر اگر محور پتانسیومتر در وسط مقدار فضای حرکت قرار بگیرد؛ تقریبا نیمی از ظرفیت مقاومت کل پتانسیومتر اعمال خواهد شد. شایان ذکر است که ساختار و اجزای اصلی این نوع از پتانسیومتر، دقیقا مانند پتانسیومتر چرخشی میباشد. اگر کمی به عملکرد این نوع توجه کنید متوجه خواهید شد که عملکرد پتانسیومتر خطی مانند نوع چرخشی آن است. مهمترین ویژگی پتانسیومتر خطی نسبت به نوع چرخشی، امکان کنترل بصری بهتر است. این ویژگی باعث شده تا پتانسیومتر خطی در مواردی چون سیستمهای تنظیم صوت و سیستمهای صنعتی جایگاه ویژهای داشته باشد.
پتانسیومترهای خطی با جنس المنت مختلف در بازار وجود دارند. هر یک از این موارد میتواند برای کاربردی خاص باشد. لذا آشنایی با آنها ضروری است. انواع جنس المنت مقاومت پتانسیومتر خطی عبارتند از:
| جنس المنت | ویژگی مهم | کاربرد |
| کربنی | اقتصادی و رایج در بازار | مدارهای عمومی |
| سرمت | پایداری و دقت بالا | ابزار دقیق |
| سیمی | توان بالا | مدارهای صنعتی |
| پلاستیک رسانا | کاهش نویز و فزایش عممر قطعه | صوت و کنترل دقیق |
پتانسیومتر تک دور و چند دور (پتانسیومتر چرخش)
پتانسیومتر چرخشی نوعی مقاومت متغیر الکترومکانیکی است که تغییر مقدار مقاومت آن از طریق چرخش محور یا ولوم انجام میشود. این تغییر مکانیکی باعث جابهجایی جاروبک یا وایپر روی مسیر مقاومتی داخلی شده و در نتیجه، مقدار مقاومت بین پایهها و همچنین ولتاژ خروجی تغییر میکند. پتانسیومترهای چرخشی معمولاً دارای سه پایه هستند و بهطور گسترده بهعنوان تقسیمکننده ولتاژ قابل تنظیم در مدارهای الکترونیکی مورد استفاده قرار میگیرند. به صورت کلی پپتانسیومترهای چرخشی به دو نوع تک دور یا Single-Turn و چند دور یا Multi-Turn تقسیم میشوند.
پتانسیومتر چرخشی تک دور
پتانسیومتر تکدور پتانسیومتری است که در آن کل بازه مقاومت با کمتر از یک دور چرخش محور (معمولاً 270 تا 300 درجه) تغییر میکند. ویژگیهای فنی مهم پتانسیومتر چرخشی تک دور شامل تنظیم ساده و آنی مقاومت، دقت متوسط، ساختار ساده و کم هزینه میباشد. این ویژگیها باعث شده تا پتانسیومتر چرخشی تک دور، به راحتی قابل استفاده باشد. در ضکمن قیمت پایین این نوع، موجب کاربرد فراوان آن در وسایل الکترونیکی مختلف شده است. ناگفته نماند که پتانسومتر تکدور، معایبی چون دقت تنظیم محدود، حساسیت بالا به لرزش و دشواری در تنظیمات بسیار ظریف نیز دارد.
برخی از کاربرد های پتانسیومتر چرخشی تک دور عبارتند از:
- عامل تنظیم ولوم صدا
- کنترل دستی پارامتر ها مانند تنظیمات صدا در ضبت خودرو
- تنظیم شدت نور
- رابط کاربری تجهیزات الکترونیکی
پتانسیومتر چرخشی چند دور
پتانسیومتر چنددور برای تغییر کامل مقدار مقاومت نیازمند چندین دور چرخش محور (معمولاً 5، 10 یا 20 دور) است که این ویژگی امکان تنظیم بسیار دقیق را فراهم میکند. توجه داشته باشید که مهمترین ویژگی پتانسیومتر چرخشی چند دور، دقت بالا در تنظیم ولتاژ است. اسن نوع از پتانسیومتر امکان تغییر تدریجی و کنترل شده را نیز برای کاربر امکان پذیر میکند. مزیت اصلی در استفاده از پتانسیومتر چند دور نیز، تناسب با تنظیمات حساس و کاهش خطای انسانی است. البته که این موارد، دلیل بر بی نقص بودن این قطعه نیستند. به صورت کلی پتانسیومتر چرخشی چند دور، دارای معایبی چون: قیمت بالاتر، زمان تنظیم طولانیتر، ابعاد بزرگتر و عدم تناسب برای تنظیمات سریع کاربری میباشد.
کاربردهای پتانسیومتر چرخشی چند دور عبارتند از:
- کالیبراسیون ابزار به صورت دقیق
- قابل استفاده در تجهیزات آزمایشگاهی
- قابل استفاده در سیستمهای کنترل صنعتی
ویژگیهای الکتریکی پتانسیومتر
پتانسیومتر بهعنوان یکی از پرکاربردترین عناصر کنترلی در مدارهای الکترونیکی، دارای مجموعهای از ویژگیهای الکتریکی است که شناخت دقیق آنها نقش تعیینکنندهای در انتخاب صحیح قطعه، پایداری عملکرد و افزایش طول عمر مدار دارد. مهمترین این ویژگیها به شرح زیر هستند.
- مقدار مقاومت نامی یا Nominal Resistance: مقدار مقاومت نامی، مقاومت کل بین دو پایه کناری پتانسیومتر است و معمولاً بر حسب اهم بیان میشود. این مقدار در بازهای از چند ده اهم تا چند مگااهم در دسترس است و انتخاب آن باید متناسب با امپدانس مدار و سطح سیگنال انجام شود.
- تلرانس مقاومت Resistance Tolerance: تلرانس، میزان انحراف مقدار واقعی مقاومت از مقدار اسمی را مشخص میکند.
- توان نامی Rated Power: توان نامی نشاندهنده حداکثر توانی است که پتانسیومتر میتواند بدون آسیب حرارتی تحمل کند. این مقدار معمولاً بین 0.1 تا 2 وات متغیر است.
- ولتاژ کاری مجاز Maximum Operating Voltage: ولتاژ کاری مجاز، حداکثر ولتاژی است که میتواند بین پایههای پتانسیومتر اعمال شود بدون آنکه عایق یا المنت دچار آسیب شود.
- منحنی تغییر مقاومت Taper: منحنی تغییر مقاومت، رابطه بین موقعیت مکانیکی وایپر و مقدار مقاومت خروجی را توصیف میکند. پتانسیومترها از این نظر به سه دسته اصلی تقسیم میشوند.
- مقاومت تماس وایپر Wiper Contact Resistance: این پارامتر بیانگر مقاومت الکتریکی بین وایپر و سطح المنت است.
- جریان مجاز وایپر: جریان عبوری از پایه وسط پتانسیومتر محدود است و عبور جریان بیش از حد مجاز میتواند موجب سایش سریع، افزایش نویز و خرابی زودهنگام شود. به همین دلیل، پتانسیومتر معمولاً بهعنوان عنصر کنترلی سیگنال استفاده میشود.
نحوه نصب پتانسیومتر
نصب صحیح پتانسیومتر نقش مهمی در دقت عملکرد، کاهش نویز الکتریکی و افزایش طول عمر قطعه دارد. بسته به نوع پتانسیومتر و کاربرد آن، روش نصب میتواند متفاوت باشد، اما اصول کلی در همه موارد یکسان است. مرحله اول برای نصب پتانسیومتر، شناسایی پایه های آن است. پتانسیومترها دارای دو پایه که دو سر مقاومت ثابت میباشد و یک پایه برای خوروجی وایپر هستند. توصیه میشود قبل از نصب با مولتی متر پایهها را شناسایی کنید. در مرحله دوم بایستی روش نصب را انتخاب کنید که آیا تمایل به نصب روی PCB یا نصب روی بدنه مجزا (نصب پنلی) از مدار را دارید. برای سیم کشی یک پتانسیومتر بایستی یکی از پایه های مقاومت را به ورودی مدار و پایه دیگر مقاومت را به زمین یا GND متصل کنید. پایه وایپر را نیز میتوان به ورودی مدار یا مصرف کننده متصل کرد.
به صورت کلی، مراحل نصب پتانسیومتر به شرح زیر است:
تفاوت ولوم و پتانسیومتر
در ادبیات عمومی الکترونیک، اصطلاحات «ولوم» و «پتانسیومتر» گاهی بهجای یکدیگر استفاده میشوند، اما از دیدگاه فنی این دو مفهوم کاملاً یکسان نیستند. درک تفاوت میان آنها به انتخاب صحیح قطعه و استفاده درست در مدارهای الکترونیکی کمک میکند. برای مثال تصور کنیم که هسته ترانس و خود ترانس دو قطعه مجزا هستند. به زبان سادهتر، پتانسیومتر یک مقاومت متغیر سهپایه است که برای تنظیم ولتاژ یا سطح سیگنال در مدارهای الکترونیکی بهکار میرود. این در حالی است که ولوم در اصل یک کاربرد مشخص از پتانسیومتر است.
جمع بندی
پتانسیومتر یکی از مهمترین و پرکاربردترین قطعات کنترلی در مدارهای الکترونیکی است که نقش اصلی آن تنظیم ولتاژ و سطح سیگنال بهصورت پیوسته و قابل کنترل میباشد. این قطعه بهعنوان یک مقاومت متغیر سهپایه عمل میکند و با تغییر موقعیت مکانیکی وایپر، نسبت تقسیم ولتاژ در مدار تغییر مییابد. سادگی ساختار در کنار تنوع بالا، پتانسیومتر را به یکی از اجزای کلیدی در الکترونیک آنالوگ تبدیل کرده است. در نهایت اگر قرار است از پتانسیومتر در یک مدار استفاده کنید؛ بایستی انواع آن را به خوبی بشناسید. توصیه میشود با متخصص برق الکترونیک در ارتباط باشید.
