Was ist ein Potentiometer: Konstruktion und ihre Funktionsweise

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Das Potentiometer ist ein elektrisches Instrument zur Messung des Potentiometers EMF (elektromotorische Kraft) einer gegebenen Zelle der Innenwiderstand einer Zelle. Außerdem wird es verwendet, um die EMFs verschiedener Zellen zu vergleichen. Es kann auch als verwendet werden variabler Widerstand in den meisten Anwendungen. Diese Potentiometer werden in großen Mengen bei der Herstellung von elektronischen Geräten verwendet, die eine Möglichkeit zur Einstellung bieten elektronische Schaltkreise so dass die richtigen Ausgänge erhalten werden. Obwohl ihre offensichtlichste Verwendung für Lautstärkeregler an Radios und anderen elektronischen Geräten sein muss, die für Audio verwendet werden.

Potentiometer Pin Out

Das Pin-Diagramm des Trimpot-Potentiometers ist unten dargestellt. Diese Potentiometer sind in verschiedenen Formen erhältlich und enthalten drei Leitungen. Diese Komponenten können für ein einfaches Prototyping einfach auf ein Steckbrett gelegt werden. Dieses Potentiometer enthält einen Knopf darüber und wird verwendet, um seinen Wert durch Ändern zu ändern.




Pin aus Potentiometer

Pin aus Potentiometer

Pin1 (festes Ende): Die Verbindung dieses festen Endes1 kann mit einem Ende des Widerstandspfades erfolgen



Pin2 (variables Ende): Der Anschluss dieses variablen Endes kann durch Anschließen an den Scheibenwischer erfolgen, so dass er eine variable Spannung liefert

Pin3 (festes Ende): Die Verbindung dieses anderen festen Endes kann durch Verbinden mit einem anderen Ende des Widerstandspfades erfolgen

Wie wähle ich ein Potentiometer aus?

Das Potentiometer wird auch als POT oder variabler Widerstand bezeichnet. Diese werden verwendet, um einen variablen Widerstand bereitzustellen, indem nur der Knopf am Potentiometer geändert wird. Die Klassifizierung kann anhand von zwei wichtigen Parametern wie Widerstand (R-Ohm) und Nennleistung (P-Watt) erfolgen.


Potentiometer

Potentiometer

Der Potentiometerwiderstand entscheidet ansonsten hauptsächlich über den Widerstand, den er dem Stromfluss verleiht. Wenn der Widerstandswert hoch ist, fließt der geringere Stromwert. Einige der Potentiometer sind 500 Ω, 1 kOhm, 2 kOhm, 5 kOhm, 10 kOhm, 22 kOhm, 47 kOhm, 50 kOhm, 100 kOhm, 220 kOhm, 470 kOhm, 500 kOhm, 1 M.

Die Klassifizierung von Widerständen hängt hauptsächlich davon ab, wie viel Strom durch sie fließen kann, was als Nennleistung bezeichnet wird. Die Nennleistung eines Potentiometers beträgt 0,3 W und kann daher einfach für Niedrigstromkreise verwendet werden.

Es gibt immer noch verschiedene Arten von Potentiometern, und ihre Auswahl hängt hauptsächlich von bestimmten Notwendigkeiten wie den folgenden ab.

  • Die Notwendigkeiten der Struktur
  • Die Widerstandsänderungsmerkmale
  • Wählen Sie die Art des Potentiometers entsprechend den Erfordernissen der Verwendung
  • Wählen Sie die Parameter basierend auf den Erfordernissen der Schaltung

Konstruktions- und Arbeitsprinzip

Das Potentiometer besteht aus einem langen Widerstandsdraht L aus Magnum oder mit Konstantan und einer Batterie mit bekannter EMK V. Diese Spannung wird genannt Treiberzellenspannung . Verbinden Sie die beiden Enden des Widerstandsdrahtes L wie unten gezeigt mit den Batterieklemmen. Nehmen wir an, dies ist eine Primärschaltungsanordnung.

Ein Anschluss einer anderen Zelle (deren EMF E gemessen werden soll) befindet sich an einem Ende des Primärkreises, und ein anderes Ende des Zellenanschlusses ist über ein Galvanometer G mit einem beliebigen Punkt auf dem Widerstandsdraht verbunden. Nehmen wir nun diese Anordnung an ein Sekundärkreis. Die Anordnung des Potentiometers wie unten gezeigt.

Bau eines Potentiometers

Bau eines Potentiometers

Das grundlegende Arbeitsprinzip basiert auf der Tatsache, dass der Abfall des Potentials über einen beliebigen Teil des Drahtes direkt proportional zur Länge des Drahtes ist, vorausgesetzt, der Draht hat eine gleichmäßige Querschnittsfläche und der konstante Strom fließt durch ihn. 'Wenn zwischen zwei Knoten keine Potentialdifferenz besteht, fließt elektrischer Strom.'

Nun ist der Potentiometerdraht tatsächlich ein Draht mit hohem spezifischen Widerstand (ῥ) mit gleichmäßiger Querschnittsfläche A. Somit hat er im gesamten Draht einen gleichmäßigen Widerstand. Dieser Potentiometeranschluss ist nun mit der Zelle mit hoher EMF V (unter Vernachlässigung ihres Innenwiderstands) verbunden, die als Treiberzelle oder Spannungsquelle bezeichnet wird. Lassen Sie den Strom durch das Potentiometer I und R ist der Gesamtwiderstand des Potentiometers.

Dann ist nach dem Ohmschen Gesetz V = IR

Wir wissen, dass R = ῥL / A.

Somit ist V = I ῥL / A.

Da ῥ und A immer konstant sind und der Strom I durch einen Rheostaten konstant gehalten wird.

Also ist L ῥ / A = K (konstant)

Somit ist V = KL. Angenommen, eine Zelle E mit niedrigerer EMF als die Treiberzelle wird wie oben gezeigt in die Schaltung eingesetzt. Angenommen, es hat EMF E. Jetzt ist im Potentiometerdraht bei Länge x das Potentiometer zu E geworden.

E = L ῥx / A = Kx

Wenn diese Zelle wie oben gezeigt mit einem an die entsprechende Länge (x) angeschlossenen Witz in den Stromkreis geschaltet wird, fließt kein Strom durch das Galvanometer, da bei einer Potentialdifferenz von Null kein Strom durch das Galvanometer fließt .

Das Galvanometer G zeigt also eine Nullerkennung. Dann heißt die Länge (x) die Länge des Nullpunktes. Nun durch Kenntnis der Konstanten K und der Länge x. Wir können den unbekannten EMF finden.

E = L ῥx / A = Kx

Zweitens kann auch die EMF von zwei Zellen verglichen werden, wobei die erste Zelle von EMF E1 einen Nullpunkt bei einer Länge = L1 erhält und die zweite Zelle von EMF E2 einen Nullpunkt bei einer Länge = L2 zeigt

Dann,

E1 / E2 = L1 / L2

Warum wird Potentiometer über Voltmeter gewählt?

Wenn wir ein Voltmeter verwenden, fließt Strom durch den Stromkreis, und aufgrund des Innenwiderstands der Zelle ist das Anschlusspotential immer kleiner als das tatsächliche Zellenpotential. Wenn in dieser Schaltung die Potentialdifferenz ausgeglichen ist (unter Verwendung einer Galvanometer-Nullerkennung), fließt kein Strom in der Schaltung, so dass das Klemmenpotential gleich dem tatsächlichen Zellenpotential ist. Wir können also verstehen, dass das Voltmeter das Anschlusspotential einer Zelle misst, aber dies misst das tatsächliche Zellenpotential. Die schematischen Symbole hierfür sind unten gezeigt.

Potentiometersymbole

Potentiometersymbole

Arten von Potentiometern

Ein Potentiometer ist auch allgemein als Topf bekannt. Diese Potentiometer haben drei Klemmenanschlüsse. Ein Anschluss ist mit einem Gleitkontakt verbunden, der als Wischer bezeichnet wird, und die anderen beiden Anschlüsse sind mit einer festen Widerstandsspur verbunden. Der Wischer kann entweder mithilfe eines linearen Gleitreglers oder eines rotierenden „Wischerkontakts“ entlang der Widerstandsspur bewegt werden. Sowohl die Dreh- als auch die Linearsteuerung haben die gleiche Grundbedienung.

Die gebräuchlichste Form des Potentiometers ist das Single-Turn-Rotationspotentiometer. Diese Art von Potentiometer wird häufig in der Lautstärkeregelung (logarithmische Verjüngung) sowie in vielen anderen Anwendungen verwendet. Zur Herstellung von Potentiometern werden verschiedene Materialien verwendet, darunter Kohlenstoffzusammensetzung, Cermet, leitfähiger Kunststoff und Metallfilm.

Rotationspotentiometer

Dies sind die gebräuchlichsten Potentiometertypen, bei denen sich der Wischer auf einer Kreisbahn bewegt. Diese Potentiometer werden hauptsächlich verwendet, um einen Bruchteil der Schaltkreise mit einer veränderbaren Spannungsversorgung zu versorgen. Das beste Beispiel für dieses Drehpotentiometer ist der Lautstärkeregler eines Funktransistors, bei dem der Drehknopf die Stromversorgung zum Verstärker steuert.

Diese Art von Potentiometer umfasst zwei Anschlusskontakte, bei denen ein gleichbleibender Widerstand in einem halbkreisförmigen Modell lokalisiert werden kann. Außerdem enthält es in der Mitte einen Anschluss, der über einen Gleitkontakt, der über einen Drehknopf mit dem Widerstand verbunden ist, mit dem Widerstand verbunden ist. Der Gleitkontakt kann durch Drehen des Knopfes über den Halbkreiswiderstand gedreht werden. Die Spannung davon kann zwischen den beiden Widerstandskontakten und dem Gleiten erhalten werden. Diese Potentiometer werden überall dort eingesetzt, wo eine Pegelspannungsregelung erforderlich ist.

Lineare Potentiometer

Bei diesen Arten von Potentiometern bewegt sich der Wischer auf einem linearen Weg. Wird auch als Slide Pot, Slider oder Fader bezeichnet. Dieses Potentiometer ähnelt dem Rotationstyp, aber bei diesem Potentiometer dreht sich der Gleitkontakt einfach linear auf dem Widerstand. Der Anschluss der beiden Klemmen des Widerstands erfolgt über die Spannungsquelle. Ein Gleitkontakt am Widerstand kann über einen Pfad bewegt werden, der durch den Widerstand verbunden ist.

Der Anschluss des Widerstands ist mit dem Schieber verbunden, der mit einem Ende des Schaltkreisausgangs verbunden ist, und ein anderer Anschluss ist mit dem anderen Ende des Schaltkreisausgangs verbunden. Diese Art von Potentiometer wird hauptsächlich zur Berechnung der Spannung in einem Stromkreis verwendet. Es wird verwendet, um den Innenwiderstand der Batteriezelle zu messen, und wird auch in Mischsystemen für Sound- und Musik-Equalizer verwendet.

Mechanisches Potentiometer

Es gibt verschiedene Arten von Potentiometern auf dem Markt, da mechanische Typen zur manuellen Steuerung verwendet werden, um den Widerstand sowie die Leistung des Geräts zu ändern. Ein digitales Potentiometer wird jedoch verwendet, um seinen Widerstand basierend auf dem gegebenen Zustand automatisch zu ändern. Dieser Potentiometertyp funktioniert genau wie ein Potentiometer und sein Widerstand kann durch digitale Kommunikation wie SPI, I2C geändert werden, anstatt den Knopf direkt zu drehen.

Diese Potentiometer werden aufgrund ihrer POT-förmigen Struktur POT genannt. Es enthält drei Anschlüsse wie i / p, o / p und GND sowie einen Knopf an der Spitze. Dieser Knopf funktioniert wie eine Steuerung, um den Widerstand zu steuern, indem er in die beiden Richtungen gedreht wird, wie im Uhrzeigersinn, ansonsten gegen den Uhrzeigersinn.

Der Hauptnachteil digitaler Potentiometer besteht darin, dass sie einfach durch verschiedene Umgebungsfaktoren wie Schmutz, Staub, Feuchtigkeit usw. beeinflusst werden. Um diese Nachteile zu überwinden, wurden digitale Potentiometer (digiPOT) implementiert. Diese Potentiometer können in Umgebungen wie Staub, Schmutz und Feuchtigkeit eingesetzt werden, ohne den Betrieb zu beeinträchtigen.

Digitales Potentiometer

Digitale Potentiometer werden auch als digiPOTs oder bezeichnet variable Widerstände Hiermit werden analoge Signale mit Mikrocontrollern gesteuert. Diese Potentiometertypen bieten einen O / P-Widerstand, der je nach digitalen Eingängen geändert werden kann. Manchmal werden diese auch als RDACs (resistive Digital-Analog-Wandler) bezeichnet. Die Steuerung dieses Digipots kann eher durch digitale Signale als durch mechanische Bewegung erfolgen.

Jeder Schritt auf der Widerstandsleiter enthält einen Schalter, der mit dem O / P-Anschluss des digitalen Potentiometers verbunden ist. Das Verhältnis des Widerstands im Potentiometer kann durch den gewählten Schritt über die Leiter bestimmt werden. Im Allgemeinen werden diese Schritte beispielsweise mit einem Bitwert angezeigt. 8-Bit entsprechen 256 Schritten.

Dieses Potentiometer verwendet digitale Protokolle wie I²C, andernfalls SPI-Bus (Serial Peripheral Interface) zur Signalisierung. Die meisten dieser Potentiometer verwenden einfach einen flüchtigen Speicher, so dass sie sich nach dem Ausschalten nicht an ihren Platz erinnern konnten und ihr endgültiger Platz möglicherweise über das FPGA oder den Mikrocontroller gespeichert wird, an den sie angeschlossen sind.

Eigenschaften

Das Eigenschaften eines Potentiometers das Folgende einschließen.

  • Es ist äußerst genau, da es eher mit der Bewertungstechnik als mit der Ablenktechnik zur Bestimmung der nicht identifizierten Spannungen arbeitet.
  • Es bestimmt den Gleichgewichtspunkt, ansonsten null, der für die Dimension keine Energie benötigt.
  • Das Potentiometer arbeitet frei vom Widerstand der Quelle, da im ausgeglichenen Potentiometer kein Strom fließt.
  • Die Hauptmerkmale dieses Potentiometers sind Auflösung, Verjüngung, Markierungscodes und Hop-On / Hop-Off-Widerstand

Potentiometerempfindlichkeit

Die Empfindlichkeit des Potentiometers kann als die geringste Potentialänderung definiert werden, die mit Hilfe eines Potentiometers berechnet wird. Seine Empfindlichkeit hängt hauptsächlich vom potentiellen Gradientenwert (K) ab. Wenn der Potentialgradientenwert niedrig ist, ist die Potentialdifferenz, die ein Potentiometer berechnen kann, kleiner, und dann ist die Empfindlichkeit des Potentiometers größer.

Bei einer bestimmten möglichen Unähnlichkeit kann sich die Empfindlichkeit des Potentiometers durch die Verlängerung des Potentiometers erhöhen. Die Empfindlichkeit des Potentiometers kann auch aus den folgenden Gründen erhöht werden.

  • Durch Erhöhen der Potentiometerlänge
  • Durch verringert wird der Stromfluss innerhalb des Stromkreises durch einen Rheostat
  • Beide Techniken helfen dabei, den Wert des Potentialgradienten zu verringern und den spezifischen Widerstand zu erhöhen.

Unterschied zwischen Potentiometer und Voltmeter

Die Hauptunterschiede zwischen Potentiometer und Voltmeter werden in der Vergleichstabelle erläutert.

Potentiometer

Voltmeter

Der Widerstand des Potentiometers ist hoch und endlosDer Widerstand des Voltmeters ist hoch und begrenzt
Das Potentiometer zieht keinen Strom aus der EMK-QuelleDas Voltmeter zieht ein wenig Strom aus der EMK-Quelle
Die Potentialdisparität kann berechnet werden, wenn sie der bestimmten Potentialdifferenz entsprichtDie Potentialdifferenz kann gemessen werden, wenn sie kleiner als die definierte Potentialdifferenz ist
Die Empfindlichkeit ist hochDie Empfindlichkeit ist gering
Es misst einfach die EMK ansonsten PotentialdifferenzEs ist ein flexibles Gerät
Dies hängt von der Technik der Nullablenkung abDies hängt von der Ablenktechnik ab
Es wird verwendet, um EMK zu messenEs wird verwendet, um die Klemmenspannung der Schaltung zu messen

Rheostat gegen Potentiometer

Die Hauptunterschiede zwischen Rheostat und Potentiometer werden in der Vergleichstabelle diskutiert.

Rheostat Potentiometer
Es hat zwei TerminalsEs hat drei Terminals
Es hat nur eine einzige UmdrehungEs hat eine einzelne und mehrere Umdrehungen
Es ist über die Last in Reihe geschaltetEs ist parallel über die Last geschaltet
Es steuert den StromEs steuert die Spannung
Es ist einfach linearEs ist linear und logarithmisch
Die zur Herstellung des Rheostaten verwendeten Materialien sind Kohlenstoffscheibe und MetallbandDie zur Herstellung des Potentiometers verwendeten Materialien sind Graphit
Es wird für Hochleistungsanwendungen verwendetEs wird für Anwendungen mit geringem Stromverbrauch verwendet

Spannungsmessung mit Potentiometer

Die Messung der Spannung kann mit einem Potentiometer in einer Schaltung durchgeführt werden, ist ein sehr einfaches Konzept. In der Schaltung muss der Rheostat eingestellt werden und der Stromfluss durch den Widerstand kann so eingestellt werden, dass für jede Längeneinheit des Widerstands eine genaue Spannung abfallen kann.

Jetzt müssen wir ein Ende des Zweigs am Widerstandsanfang befestigen, während das andere Ende mit einem Galvanometer zum Gleitkontakt des Widerstands verbunden werden kann. Jetzt müssen wir den Gleitkontakt über den Widerstand bewegen, bis das Galvanometer eine Auslenkung von Null anzeigt. Sobald das Galvanometer seinen Nullzustand erreicht hat, müssen wir den Positionswert auf der Widerstandsskala notieren und basierend darauf können wir die Spannung in der Schaltung ermitteln. Zum besseren Verständnis können wir die Spannung für jede Längeneinheit des Widerstands anpassen.

Vorteile

Das Vorteile des Potentiometers das Folgende einschließen.

  • Es besteht keine Möglichkeit, Fehler zu erhalten, da die Nullreflexionsmethode verwendet wird.
  • Die Standardisierung kann durch direkte Verwendung einer normalen Zelle erfolgen
  • Es wird verwendet, um kleine EMK aufgrund der hohen Empfindlichkeit zu messen
  • Je nach Anforderung kann die Länge des Potentiometers erhöht werden, um Genauigkeit zu erzielen.
  • Wenn das Potentiometer in der Schaltung zur Messung verwendet wird, zieht es keinen Strom.
  • Es wird verwendet, um den Innenwiderstand einer Zelle zu messen und den e.m.f. von zwei Zellen, aber mit einem Voltmeter ist es nicht möglich.

Nachteile

Das Nachteile des Potentiometers das Folgende einschließen.

  • Die Verwendung des Potentiometers ist nicht bequem
  • Die Querschnittsfläche des Potentiometerdrahtes sollte gleichmäßig sein, damit dies praktisch nicht möglich ist.
  • Während eines Experiments sollte die Drahttemperatur stabil sein, dies ist jedoch aufgrund des Stromflusses schwierig.
  • Der Hauptnachteil davon ist, dass es eine große Kraft benötigt, um ihre Wischer- oder Gleitkontakte zu bewegen. Es gibt Erosion aufgrund der Bewegung des Wischers. Dies verkürzt die Lebensdauer des Schallkopfs
  • Die Bandbreite ist begrenzt.

Potentiometer-Treiberzelle

Das Potentiometer wird verwendet, um die Spannung zu messen, indem die Messspannung über dem Widerstand des Potentiometers mit der Spannung bewertet wird. Für den Betrieb des Potentiometers sollte daher eine Spannungsquelle vorhanden sein, die über den Stromkreis eines Potentiometers angeschlossen ist. Ein Potentiometer kann von der Spannungsquelle betrieben werden, die von der Zelle bereitgestellt wird und als Treiberzelle bekannt ist.

Diese Zelle wird verwendet, um den Strom über den gesamten Widerstand des Potentiometers zu liefern. Der Widerstand und das aktuelle Produkt des Potentiometers liefern eine vollständige Spannung des Geräts. Diese Spannung kann also angepasst werden, um die Empfindlichkeit des Potentiometers zu ändern. Normalerweise kann dies durch Regulieren des Stroms über den gesamten Widerstand erfolgen. Ein Rheostat ist in Reihe mit der Treiberzelle geschaltet.

Der Stromfluss durch den Widerstand kann mit einem Rheostat gesteuert werden, der in Reihe mit der Treiberzelle geschaltet ist. Daher muss die Treiberzellenspannung im Vergleich zur gemessenen Spannung besser sein.

Anwendungen von Potentiometern

Die Anwendungen des Potentiometers umfassen Folgendes.

Potentiometer als Spannungsteiler

Das Potentiometer kann als gearbeitet werden ein Spannungsteiler um eine manuell einstellbare Ausgangsspannung am Schieberegler aus einer festen Eingangsspannung zu erhalten, die an den beiden Enden des Potentiometers angelegt wird. Jetzt kann die Lastspannung über RL als gemessen werden

Spannungsteilerschaltung

Spannungsteilerschaltung

VL = R2RL. VS / (R1RL + R2RL + R1R2)

Audiosteuerung

Schiebepotentiometer, eine der häufigsten Anwendungen für moderne Potentiometer mit geringem Stromverbrauch, sind Audiosteuergeräte. Sowohl Schiebetöpfe (Fader) als auch Drehpotentiometer (Regler) werden regelmäßig zur Frequenzdämpfung, zur Einstellung der Lautstärke und für unterschiedliche Eigenschaften von Audiosignalen verwendet.

Fernsehen

Potentiometer wurden verwendet, um die Bildhelligkeit, den Kontrast und die Farbantwort zu steuern. Ein Potentiometer wurde häufig verwendet, um den „vertikalen Halt“ einzustellen, was die Synchronisation zwischen dem empfangenen Bildsignal und der internen Wobbelschaltung des Empfängers beeinflusste ( ein Multi-Vibrator ).

Wandler

Eine der häufigsten Anwendungen ist die Messung der Verschiebung. Zur Messung der Verschiebung ist der bewegliche Körper mit dem am Potentiometer befindlichen Gleitelement verbunden. Wenn sich der Körper bewegt, ändert sich auch die Position des Schiebers entsprechend, sodass sich der Widerstand zwischen dem Festpunkt und dem Schieber ändert. Aufgrund dessen ändert sich auch die Spannung an diesen Punkten.

Die Änderung des Widerstands oder der Spannung ist proportional zur Änderung der Verschiebung des Körpers. Somit zeigt die Spannungsänderung die Verschiebung des Körpers an. Dies kann sowohl zur Messung der Translations- als auch der Rotationsverschiebung verwendet werden. Da diese Potentiometer nach dem Prinzip des Widerstands arbeiten, werden sie auch als Widerstandspotentiometer bezeichnet. Beispielsweise könnte die Wellendrehung einen Winkel darstellen, und das Spannungsteilungsverhältnis kann proportional zum Kosinus des Winkels gemacht werden.

Das ist also alles über eine Übersicht über ein Potentiometer , Pinbelegung, Aufbau, verschiedene Typen, Auswahlmöglichkeiten, Eigenschaften, Unterschiede, Vor- und Nachteile sowie Anwendungen. Wir hoffen, dass Sie diese Informationen besser verstehen. Darüber hinaus Fragen zu diesem Konzept oder Elektro- und Elektronikprojekte Bitte geben Sie Ihre wertvollen Vorschläge, indem Sie im Kommentarbereich unten einen Kommentar abgeben. Hier ist eine Frage an Sie: Was ist die Funktion eines Drehpotentiometers?