Potansiyometre Nedir?

Potansiyometre ve Reosta, mekaniksel bir sistem ile direnç değerini değiştirebilen elemanlardır. Daha önce mBlock ile Arduino serimizde kullandığımız potansiyometre yazısına buradan ulaşabilirsiniz.

Dirençler, Ohm yasasına göre bir voltaj düşüşü üretmenin yanı sıra, bir devre etrafındaki elektrik akımı akışını engelleyen veya direnen sabit bir direnç değeri sağlar. Dirençler, Ohm cinsinden sabit bir direnç değerine veya bazı harici yollarla ayarlanan değişken bir direnç değerine sahip olacak şekilde üretilebilir.

Potansiyometre genel olarak “pot” olarak adlandırılan, elektrik ve elektronik devrelerde büyük bir çeşitlilikle kullanılabilen üç fazlı bir mekanik olarak çalıştırılan döner analog bir cihazdır. Pasif cihazlardır, yani temel doğrusal veya döner konum işlevlerini yerine getirmek için bir güç kaynağı veya ek devre gerektirmezler.

Değişken potansiyometreler, bir voltajı, akımı veya öngerilimi kontrol etmek için kolay ayarlamaya izin veren çeşitli farklı mekanik varyasyonlarda mevcuttur.

“Potansiyometre” adı, elektronik gelişiminin ilk günlerinden gelen Potansiyel Fark(Potential Difference) ve Ölçüm(Metering) kelimelerinin birleşimidir.

Bugün, potansiyometreler, eski büyük ve hacimli değişken dirençlerden çok daha küçük ve çok daha hassastır ve çoğu elektronik bileşende olduğu gibi, değişken direnç, ön ayar, düzeltici(trimmer), reosta ve tabii ki değişken potansiyometre arasında değişen birçok farklı tür ve ismi vardır.

Ancak adları ne olursa olsun, bu cihazların tümü, çıkış direnç değerlerinin mekanik bir kontağın veya bir dış etki tarafından verilen çubuğun hareketiyle değiştirilebileceği için tamamen aynı şekilde çalışır.

Hangi formatta olursa olsun, değişken dirençler genellikle bir radyonun sesini, bir aracın hızını, bir osilatörün frekansını ayarlamak veya bir devrenin kalibrasyonunu doğru bir şekilde ayarlamak için kullanılır. Tek dönüşlü ve çok dönüşlü olmak üzere farklı türlerde potansiyometreler mevcuttur.

Potansiyometre ve değişken direnç(variable resistor) terimi genellikle aynı bileşeni tanımlamak için birlikte kullanılır, ancak ikisinin bağlantılarının ve çalışmasının farklı olduğunu anlamak önemlidir. Bununla birlikte, her ikisi de, “kaydırıcı” veya “silecek” olarak adlandırılan hareketli bir kontağa bağlı üçüncü bir kontağa ek olarak, bir dahili dirençli yolun iki ucunun kontaklara getirilmesi bakımından aynı fiziksel özellikleri paylaşır.

Potansiyometre

Potansiyometre olarak kullanıldığında, gösterildiği gibi her iki uca ve ayrıca çubuk bağlantıları yapılır. Daha sonraçubuğun konumu, dirençli yolun bir ucuna (pin 1) uygulanan voltaj seviyesi ile diğer ucuna (pin 3) uygulanan voltaj seviyesi arasında değişen uygun bir çıkış sinyali (pin 2) sağlar.

Potansiyometre, yol boyuncaçubuğun fiziksel konumuyla orantılı olarak sürekli değişken bir voltaj çıkış sinyali üreten bir voltaj bölücü görevi gören üç telli dirençli bir cihazdır.

Değişken Direnç

Değişken direnç olarak kullanıldığında, direnç hattının (pin 1 veya pin 3) yalnızca bir ucuna ve gösterildiği gibiçubuğa (pin 2) bağlantılar yapılır. Çubuğun konumu, kendisi, hareketli kontak ve sabit uç arasına bağlanan etkin direnç miktarını değiştirmek için kullanılır.

Bazen açık devre durumlarını önlemek için direnç hattın kullanılmayan ucu ileçubuk arasında bir elektrik bağlantısı yapılması uygundur.

Daha sonra değişken bir direnç, bağlı devreye sunulan akımı, yol boyuncaçubuğun fiziksel konumuyla orantılı olarak kontrol eden sonsuz sayıda direnç değeri sağlayan iki telli dirençli bir cihazdır. Lamba veya motor yüklerinde bulunan çok yüksek devre akımlarını kontrol etmek için kullanılan değişken bir direncin Reosta olarak adlandırıldığını unutmayın.

Potansiyometre Çeşitleri

Değişken potansiyometreler, temel olarak iki ana mekanik parçadan oluşan analog bir cihazdır:

• 1. 1kΩ (1000 ohm), 10kΩ (10000 ohm) vb. gibi potansiyometrenin direnç değerini tanımlayan sabit bir direnç elemanı, hat veya tel bobinden oluşan bir elektrik parçası.
• 2. Bir çubuğun veya temas noktasının, direnç yolunun tüm uzunluğu boyunca bir uçtan diğer uca hareket etmesini sağlayan ve hareket ettikçe direnç değerini değiştiren mekanik bir parça.

Çubuğu mekanik veya elektriksel olarak dirençli yol boyunca hareket ettirmenin birçok farklı yolu vardır.

Ancak dirençli kısım ve çubuğun yanı sıra potansiyometreler ayrıca bir mahfaza, bir mil, sürgü bloğu ve bir burç veya yataktan oluşur. Kayar silicinin veya kontağın hareketinin kendisi, döner (açısal) bir hareket veya doğrusal (düz) bir hareket olabilir. Değişken potansiyometrenin dört temel grubu vardır.

Döner Potansiyometre

Döner potansiyometre (en yaygın tip), açısal bir hareketin sonucu olarak direnç değerlerini değiştirir. Şafta bağlı bir düğmeyi veya kadranı döndürmek, dahili çubuğun kavisli bir dirençli elemanın etrafından dolaşmasına neden olur. Döner potansiyometrenin en yaygın kullanımı ses kontrol potudur.

Karbon döner potansiyometreler, bir halka somun ve kilitleme rondelası kullanılarak bir kasanın, muhafazanın veya baskılı devre kartının (PCB) ön paneline monte edilmek üzere tasarlanmıştır. Ayrıca, hepsi tek bir şaft kullanarak birlikte dönen, gruplu bir potansiyometre olarak bilinen tek bir dirençli parçaya veya birden fazla yola sahip olabilirler. Örneğin, bir radyo veya stereo amplifikatörün sol ve sağ ses kontrolünü aynı anda ayarlamak için çift gruplu bir pot kullanır.

Döner potansiyometreler, tipik olarak yüzde 10 ila 20 toleranslarla doğrusal veya logaritmik çıktı üretebilir. Mekanik olarak kontrol edildikleri için bir milin dönüşünü ölçmek için kullanılabilirler, ancak tek dönüşlü bir döner potansiyometre normalde minimumdan maksimum dirence 300 dereceden daha az açısal hareket sunar. Bununla birlikte, daha yüksek derecede dönme doğruluğu sağlayan düzelticiler olarak adlandırılan çok turlu potansiyometreler mevcuttur.

Çok turlu potansiyometreler, dirençli yolun bir ucundan diğerine 360 ​​dereceden fazla mekanik harekette mil dönüşüne izin verir. Çok turlu potansiyometreler daha pahalıdır, ancak esas olarak kırpma ve hassas ayarlamalar için kullanılan yüksek hassasiyetle çok kararlıdır. En yaygın iki çok turlu potansiyometre 3 turlu (1080 ^o ) ve 10 turlu (3600 ^o )dur, ancak 5 turlu, 20 turlu ve daha yüksek 25 turlu kaplar çeşitli omik değerlerde mevcuttur.

Sürgülü Potansiyometre

Sürgülü potansiyometreler, doğrusal bir hareket vasıtasıyla temas eden kısımların dirençlerinin değerini değiştirmek için tasarlanmıştır ve bu nedenle sürgü kontağının konumu ile çıkış direnci arasında doğrusal bir ilişki vardır.

Sürgü potansiyometreleri, esas olarak stüdyo mikserleri, fader’ler, grafik ekolayzırları ve ses tonu kontrol konsolları gibi geniş bir profesyonel ses ekipmanı yelpazesinde kullanılmaktadır ve kullanıcıların plastik kare düğmenin konumundan veya parmak tutuşundan ayar çubuğunun gerçek ayarını görmelerini sağlar.

Sürgülü potansiyometrenin ana dezavantajlarından biri, silecek kulbunun dirençli yolun tüm uzunluğu boyunca serbestçe yukarı ve aşağı hareket etmesine izin vermek için uzun bir açık yuvaya sahip olmalarıdır. Bu açık yuva, içindeki dirençli rayı toz ve kirden veya kullanıcının ellerinden gelen ter ve yağdan kaynaklanan kirlenmeye karşı hassas hale getirir. Dirençli hat kontaminasyonunun etkilerini en aza indirmek için oluklu keçe örtüler ve ekranlar kullanılabilir.

Potansiyometre, mekanik bir konumu orantılı bir voltaja dönüştürmenin en basit yollarından biri olduğundan, doğrusal yer değiştirme sensörü olarak da bilinen dirençli konum sensörleri olarak da kullanılabilirler. Sürhülü karbon potansiyometreler, doğrusal bir sensörün sensör kısmı, bir sürgülü kontağa bağlı dirençli eleman olan hassas bir doğrusal (düz) hareketi ölçer. Bu kontak, bir çubuk veya mil vasıtasıyla ölçülecek mekanik mekanizmaya bağlanır. Daha sonra, algılanan niceliğe (ölçülen büyüklük) göre sürgünün konumu değişir ve bu da sensörün direnç değerini değiştirir.

Trimmer(Kırpıcılar) ve Düzelticiler

Trimmer veya düzeltici potansiyometreler, bir devreye (örn. kalibrasyon için) kolayca çok ince veya ara sıra ayarlamalar yapılmasına izin veren küçük “ayarla ve unut” tipi potansiyometrelerdir. Tek turlu döner ön ayarlı potansiyometreler, doğrudan bir baskılı devre kartına monte edilmek üzere tasarlanmış standart değişken direncin minyatür versiyonlarıdır ve küçük bir tornavida veya benzer bir plastik alet vasıtasıyla ayarlanır.

Ön ayarlar, tek bir turda minimumdan maksimum değerine ayarlanabilir, ancak bazı devreler veya ekipman için bu küçük ayar aralığı, çok hassas ayarlara izin veremeyecek kadar kaba olabilir. Bununla birlikte, çok turlu değişken dirençler, küçük bir tornavida kullanarak çubuk kolunu hareket ettirerek, 3 turdan 20 tura kadar çok ince ayarlara olanak tanıyan birkaç tur çevirerek çalışır.

Trimmer potansiyometreler, doğrudan bir devre kartına delikten veya yüzeye monte olarak monte edilmek ve lehimlenmek üzere tasarlanmış doğrusal raylara sahip çok dönüşlü dikdörtgen cihazlardır. Bu, trimere hem elektrik bağlantıları hem de mekanik montaj sağlar ve paleti plastik bir muhafaza içine yerleştirmek, iskelet ön ayarlarıyla ilişkili kullanım sırasında toz ve kir problemlerini önler.

Reosta

Reostalar, potansiyometre dünyasının büyük elemanlarıdır. İçlerinden akımın akışını kontrol etmek için omik aralıklarında herhangi bir direnç değeri sağlamak üzere yapılandırılmış iki bağlantı değişken direncidir.

Teoride, herhangi bir değişken potansiyometre bir reostat olarak çalışacak şekilde yapılandırılabilirken, genellikle reostatlar, yüksek akım uygulamalarında kullanılan yüksek voltajlı, tel sargılı değişken dirençlerdir, çünkü reostatın ana avantajı daha yüksek güç oranlarıdır.

İki uçlu bir reosta olarak değişken bir direnç kullanıldığında, toplam dirençli elemanın yalnızca uç terminal ile hareketli kontak arasındaki kısmı gücü dağıtacaktır. Ayrıca gerilim bölücü olarak yapılandırılan potansiyometreden farklı olarak reosta direnç elemanından geçen akımın tamamı da çubuk devresinden geçer. Daha sonra çubuğun bu iletken eleman üzerindeki temas basıncı aynı akımı taşıyabilmelidir.

Potansiyometreler, karbon film, iletken plastik, sermet, tel sargı vb. gibi çeşitli teknolojilerde mevcuttur. Bir potansiyometrenin veya değişken direncin derecelendirmesi veya “direnç” değeri, bir sabit terminalden diğerine tüm sabit direnç yolunun direnç değeri ile ilgilidir. Bu nedenle, 1kΩ dereceli bir potansiyometre, 1kΩ sabit bir direncin değerine eşit bir direnç izine sahip olacaktır.

En basit haliyle, bir potansiyometrenin elektriksel çalışması, bir gerilim bölücü olarak kullanılmasına izin veren bu iki direncin değerlerini değiştiren kayan kontak ile seri halde iki dirençle aynı kabul edilebilir.

Seri Bağlı Dirençler hakkındaki öğreticimizde, akımın izleyeceği tek bir yol olduğundan ve serideki her bir dirençteki voltaj düşüşlerini bulmak için Ohm Yasasını uygulayabileceğimiz için aynı akımın seri devreden geçtiğini gördük.

Voltaj Bölücü Seri Devre

Yukarıdaki bu örnekte, iki direnç, besleme boyunca seri olarak birbirine bağlanmıştır. Seri bağlı olduklarından, eşdeğer veya toplam direnç, R _T bu nedenle iki ayrı direncin toplamına eşittir, yani: R ₁  + R ₂ .

Ayrıca bir seri ağ olduğundan, akımın gidecek başka yeri olmadığı için her dirençten aynı akım geçer. Bununla birlikte, dirençlerin farklı omik değerleri nedeniyle her bir direnç üzerinden verilen voltaj düşüşü farklı olacaktır. Bu voltaj düşüşleri, toplamları seri zincir boyunca besleme voltajına eşit olacak şekilde Ohm Yasası kullanılarak hesaplanabilir. Yani burada bu örnekte, V _IN  = V _R1  + V _R2 .

Potansiyometre Soru Örneği 1

250 ohm’luk bir direnç, 750 ohm’luk ikinci bir dirençle seri olarak bağlanır, böylece 250 ohm’luk direnç 12 voltluk bir kaynağa ve 750 ohm’luk direnç toprağa (0v) bağlanır. Toplam seri direnci, seri devreden geçen akımı ve 750 ohm direnç üzerindeki gerilim düşüşünü hesaplayın.

Bu basit voltaj bölücü örneğinde, R ₂‘de oluşan voltajın 9 volt olduğu bulundu. Ancak iki dirençten herhangi birinin değerini değiştirerek, voltaj teorik olarak 0V ile 12V arasında herhangi bir değer olabilir. Farklı bir voltaj çıkışı elde etmek için her iki direncin değerini değiştirebiliriz.

Potansiyometre ile bu seferki fark, çıkışta farklı voltajlar elde etmek için , potansiyometrenin direnç izinin toplam direnci, R_T değeri değişmez, sadece çubuk hareket ettikçe her iki tarafında oluşan iki direncin oranıdır.

Reosta

Şimdiye kadar, potansiyometre adı verilen bir voltaj bölücü devre olarak çalışacak şekilde değişken bir direncin yapılandırılabileceğini gördük. Ancak bir akımı düzenlemek için değişken bir direnç de yapılandırabiliriz ve bu tür yapılandırma genellikle Reosta olarak bilinir.

Reostalar, yalnızca bir uç terminali ve çubuk terminalini kullanacak şekilde yapılandırılmış iki terminalli değişken dirençlerdir. Kullanılmayan uç terminal ya bağlanmadan bırakılabilir ya da doğrudançubuğa bağlanabilir. Bunlar, direnci adım adım artışlarla değiştiren sıkı ağır hizmet emaye tel bobinleri içeren tel sargılı cihazlardır. Direnç elemanı üzerindeki sileceğin konumu değiştirilerek, direnç miktarı artırılabilir veya azaltılabilir, böylece akım miktarı kontrol edilebilir.

Daha sonra reosta, direncinin değerini değiştirerek onu gerçek bir değişken direnç haline getirerek bir akımı kontrol etmek için kullanılır. Bir reosta kullanımının klasik örneği, bir model tren setinin hız kontrolündedir, reostadan geçen akımın miktarı Ohm Yasasına dayanır. Daha sonra reostalar sadece direnç değerleriyle değil aynı zamanda güç işleme yetenekleriyle de P = I ² *R olarak tanımlanır.

Akım Düzenleyici Olarak Reosta

Yukarıdaki şemada reostanın etkin direnci, uç terminal pin 3 ile pin 2’deki silecek arasındadır. Pin 1 bağlantısız bırakılırsa, pin 1 ile pin 2 arasındaki hattın direnci açık devredir ve yük akımının değeri üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Tersine, pin 1 ve pin 2 birbirine bağlanırsa, dirençli yolun o kısmı kısa devre olur ve yine yük akımının değeri üzerinde hiçbir etkisi olmaz.

Reostalar bir akımı kontrol ettiğinden, tanım gereği bu sürekli yük akımını idare etmek için uygun şekilde derecelendirilmeleri gerekir. Üç terminalli bir potansiyometreyi iki terminalli bir reosta olarak yapılandırmak mümkündür, ancak karbon bazlı dirençli hat yük akımını geçemeyebilir. Ayrıca bir potansiyometrenin çubuk teması normalde en zayıf noktadır, bu nedenle çubuktan mümkün olduğunca az akım çekmek en iyisidir.

Genellikle reostatlar, güç uygulamaları için kullanılan ve direnç elemanı genellikle maksimum akımı taşımaya uygun kalın direnç telinden yapılmış, direnci R minimum olduğunda I olan yüksek voltajlı elektro-mekanik değişken dirençlerdir.

Wirewound reostalar esas olarak, hız kontrolü veya DC motorların başlangıç ​​akımı vb. için alan akımlarını düzenlemek için lamba, ısıtıcı veya motor kontrol devreleri gibi güç kontrol uygulamalarında kullanılır.

Sürgü reostalar, okul fizik laboratuvarlarında ve fen laboratuvarlarında bulunan tiplerdendir. Bu lineer veya kayar tipler, yalıtkan bir boru biçimli şekillendirici veya silindirin etrafına sarılmış dirençli tel kullanır. Yukarıda monte edilen kayar kontak (pin 2), gösterildiği gibi reostaların etkin direncini artırmak veya azaltmak için sola veya sağa manuel olarak ayarlanır.

Döner potansiyometrelerde olduğu gibi, çok gruplu sürgü reostaları da mevcuttur. Bazı tiplerde, herhangi iki terminal arasında sabit bir direnç değeri vermek için dirençli tele sabit elektrik bağlantıları yapılır. Bu tür ara bağlantılar genellikle transformatörlerde kullanılanlarla aynı adı taşıyan “kılavuzlar” olarak bilinir.

Lineer veya Logaritmik Potansiyometreler

Değişken direnç ve potansiyometrenin en popüler türü, pin 2’deki direnç değeri, düz bir çizgiyi temsil eden bir karakteristik eğri üreterek ayarlandığında doğrusal olarak değişen lineer tip veya lineer koniktir. Yani dirençli iz, yolun tüm uzunluğu boyunca dönüş açısı başına aynı direnç değişikliğine sahiptir.

Dolayısıyla, çubuk toplam hareketinin %20’si kadar döndürülürse, direnci maksimumun veya minimumun %20’sidir. Bunun başlıca nedeni, dirençli iz elemanlarının, tüm uzunlukları boyunca doğrusal bir karakteristiğe sahip olan karbon kompozitler, seramik-metal alaşımlar veya iletken plastik türü malzemelerden yapılmış olmasıdır.

Ancak bir potansiyometrenin direnç elemanı, çubuk ayarlandığında her zaman düz bir çizgi karakteristiği üretmeyebilir veya tüm hareket aralığı boyunca dirençte doğrusal bir değişime sahip olmayabilir, bunun yerine dirençte logaritmik bir değişiklik olarak adlandırılan şeyi üretebilir.

Logaritmik potansiyometreler, temel olarak, direnci logaritmik olarak değişen doğrusal olmayan veya orantısız potansiyometre türleri arasında çok popülerdir. Logaritmik veya “log” potansiyometreler, zayıflamanın desibel cinsinden logaritmik bir oran olarak değiştiği ses uygulamalarında yaygın olarak ses ve kazanç kontrolleri olarak kullanılır. Bunun nedeni, insan kulağının ses seviyelerine duyarlılığının logaritmik bir yanıta sahip olması ve dolayısıyla doğrusal olmamasıdır.

Bu nedenle, logaritmik bir potansiyometrenin çalışması ayarlandığında, insan kulağının doğrusal olmayan duyarlılığına çok yakın bir çıkış sinyali üretmek ve ses seviyesini doğrusal olarak artıyormuş gibi ses çıkarmaktır. Bununla birlikte, bazı daha ucuz logaritmik potansiyometreler, direnç değişikliklerinde logaritmik olmaktan çok daha üsteldir, ancak yine de logaritmik olarak adlandırılırlar çünkü direnç tepkileri bir log ölçeğinde doğrusaldır. Logaritmik potansiyometrelerin yanı sıra, dirençlerinin başlangıçta hızla arttığı ancak daha sonra dengelendiği anti-logaritmik potansiyometreler de vardır.

Belirli bir potansiyometrenin türünü veya yasasını belirlemenin en iyi yolu, merkez şaftını hareketinin merkezine, yani yaklaşık yarısına ayarlamak ve ardından çubuk uç terminale kadar her bir yarıdaki direnci ölçmektir. Her yarının az ya da çok eşit direnci varsa, bu bir Lineer Potansiyometredir. Direnç bir yönde yaklaşık %90, diğerinde %10 oranında bölünmüş görünüyorsa, bu bir Logaritmik Potansiyometredir.

Özetle

Potansiyometrelerle ilgili bu öğreticide, bir potansiyometrenin veya değişken direncin temel olarak her iki ucunda bir bağlantı bulunan dirençli bir izden ve çubuğun konumu ile direnç izini bölen çubuk adı verilen üçüncü bir terminalden oluştuğunu gördük. Çubuğun palet üzerindeki konumu, bir mil döndürülerek veya bir tornavida kullanılarak mekanik olarak ayarlanır.

Değişken dirençler, iki çalışma modundan birine kategorize edilebilir – değişken voltaj bölücü veya değişken akım reostası. Potansiyometre, voltaj kontrolü için kullanılan üç terminalli bir cihazdır, reosta ise akım kontrolü için kullanılan iki terminalli bir cihazdır.

Bunu aşağıdaki tabloda özetleyebiliriz:

O halde potansiyometre, trimer ve reosta, direnç değerleri kolaylıkla değiştirilebilecek şekilde tasarlanmış elektromekanik cihazlardır. Tek dönüşlü kaplar, ön ayarlar, kaydırıcı kaplar veya çok dönüşlü düzelticiler olarak tasarlanabilirler. Wirewound reostalar esas olarak bir elektrik akımını kontrol etmek için kullanılır. Potansiyometreler ve reostalar da çok gruplu cihazlar olarak mevcuttur ve lineer konik veya logaritmik konik olarak sınıflandırılabilir.

Her iki durumda da potansiyometreler, çıkış voltajları çubuk konumuyla orantılı olduğundan doğrusal veya döner hareket için son derece hassas algılama ve ölçüm sağlayabilir. Potansiyometrelerin avantajları arasında düşük maliyet, basit kullanım, çok sayıda şekil, boyut ve tasarım yer alır ve çok çeşitli farklı uygulamalarda kullanılabilir.

Bununla birlikte, mekanik cihazlar olarak dezavantajları arasında, kayar kontak çubuğu ve/veya rayın nihai olarak aşınması, sınırlı akım işleme yetenekleri (Reostaların aksine), elektrik gücü kısıtlamaları ve tek türlü gövdeler için 270 dereceden daha az ile sınırlı olan dönme açıları sayılabilir.