2.2.9. Потенціометри

Потенціометр є змінним резистором, значення якого можна змінювати механічним способом. Він має три виводи – по одному з кожної сторони резистивного елементу і третій для підключення до повзунка, який можна пересовувати резистивною доріжкою. Назва потенціометр виникла від його функції регулювання потенціалу або простіше – подільника напруги (рис. 2.13.а). Використовуючи тільки вивід з однієї сторони і повзунок можна використати потенціометр як регульований резистор (реостат) (рис. 2.13.б).

Рис. 2.13 – Схема потенціометра як подільника напруги (а) та реостата (б)

Потенціометри можна виготовляти в різних виконаннях, залежно від майбутнього застосування.

2.2.9.1. Таблетковий потенціометр. Таблетковий потенціометр призначений для монтажу, наприклад, на лицевій панелі. Він монтується з допомогою отворів для гвинтів у його корпусі і гвинтів; часом він монтується на кронштейн на панелі і тільки його вісь проходить через лицеву панель. Це оборотний потенціометр з резистивною доріжкою у вигляді кільця і має вісь, яка оборотним рухом пересовує повзунок. Якщо це повзунковий потенціометр, то резистивна доріжка виконана як пряма лінія. Для простіших застосувань використовуються дешевий вугільний резистивний матеріал, але для складніших – кермет, що являє собою штучну речовину або застосовуються дротові потенціометри.

2.2.9.2. Прецизійні потенціометри. Прецизійний потенціометр є видом таблеткового потенціометра, що виготовляється в двох основних виконаннях: багатооборотні – з резистивним матеріалом з намотаного дроту, що дозволяє дуже точно встановлювати опір і однооборотні - з матеріалом з провідного пластику, або теж дротові, без механічного обмежувача в крайніх положеннях. Цей останній має велику роздільну здатність і довгий час служби, і може бути використаний як, наприклад, детектор кута.

2.2.9.3. Підстроювальні потенціометри (тримери). Підстроювальні потенціометри (тримери) виготовляються з вугільною або керметною резистивною доріжкою у багатообертовій версії, в корпусі або без нього. Зазвичай вони менші від таблеткових потенціометрів, не мають осі і гвинтованого корпуса, до них ставляться менші механічні вимоги. Тример має час служби заледве до 200 повних обертів. Це спричинено дуже сильним притисканням повзунка до резистивного шару в місці контакту для того, щоб отримати стабільність. Багатооборотні тримери виготовляються двох типів: перший з прямолінійним переміщенням і довгою гвинтованою віссю для пересування повзунка і другий – з обертовим переміщенням, де повзунок пересовується з допомогою черв’яка.

2.2.9.4. Потенціометричні послаблювачі. Потенціометричні послаблювачі складаються з резистора і послаблювача, з’єднаних у формі T або πYT. Це спричиняє те, що вхідний і вихідний імпеданси є сталими, в той час коли ступінь послаблення змінюється. У безступеневих послаблювачах застосовуються механічно спряжені потенціометри на спільній осі. У багатьох ситуаціях дуже важливо, щоб точно знати, яке маємо послаблення. Тому також існують послаблювачі, які з’єднуються між собою каскадно і мають перемикачі, які дозволяють з’єднувати їх так, щоб отримати потрібну величину.

2.2.9.5. Маніпулятор типу джойстик. Маніпулятор типу джойстик (“joystick”) складається з одного або кількох потенціометрів, які регулюються за допомогою виступаючого захвату. Використовуються як керуючі органи в одному, двох або трьох напрямках (X-, Y- i Z). Потенціометри в маніпуляторі спеціально виконані і мають кут оберту тільки від 30-60 °С. В найдешевших типах застосовується вугільна резистивна доріжка, а в високоякісних типах– провідний пластик. Маніпулятори часто з’єднані мікроперемикачами; часом упоряджені в спеціальний захват.

2.2.9.6. Резистивні доріжки для потенціометрів. Резистивна доріжка в потенціометрах, як вже згадувалось, виконується з різних матеріалів, щоб можна було використати їх переваги в даному застосуванні. Найдешевшою і найпростішою є вугільна доріжка. Виготовляється з вугільної маси, що накладається під тиском на основу з текстоліту. Вугільні потенціометри витримують тільки невеликі потужності. Мають малу роздільну здатність і лінійність, високі шуми і короткий час служби. Є, однак, дешевими у виготовленні і це спричиняє, що вони часто застосовуються в найменш відповідальних застосуваннях.

Альтернативою вугільній доріжці є провідна доріжка зі штучного матеріалу. Це дрібнозернистий порошок вугілля з пластиком і накладається під тиском на основу. Перевагою є незкінченно мала роздільна здатність і низькі шуми як тоді, коли повзунок є нерухомим (статичний шум), так і тоді коли він пересувається (динамічний шум). Оскільки притискання до резистивного шару дуже слабе, то він має довгий час служби. Вадою провідної пластикової доріжки є мала розсіювана потужність і малі значення струмів повзунка, а також велика залежність від температури порядку ±1000 ppm/°С. Потенціометри з пластиковою доріжкою використовуються, зазвичай, в промислових застосуваннях, де ставляться високі вимоги до роздільної здатності і часу служби, а також в електроакустичних застосуваннях, де необхідні низькі шуми.

Висока навантажувальна здатність є істотною перевагою доріжки, виконаної з кермету. Керметна доріжка складається із суміші металів і кераміки, що накладається на керамічну основу. Ця доріжка є температурно стабільною, дає добру роздільну здатність і має низький статичний шум. Витримує великий притиск контакту повзунка, має добру стабільність в часі і тому керметні доріжки є популярними в потенціометрах підстроювальних і таблеткових.

Дротяна доріжка застосовується там, де вимагається висока навантажувальна здатність і добра температурна і часова стабільність. Дротяні потенціометри повинні застосовуватись і тоді, коли через повзунок може проходити великий струм. У багатообертових прецизійних потенціометрах часто використовують дротову доріжку, яка є покрита шаром провідного пластику з метою збільшення роздільної здатності. Інші застосування дротових потенціометрів – це, наприклад, регульовані послідовні резистори (реостати) для регулювання струму в різних типах навантаження.

Резистивні доріжки для потенціометрів виконуються з різними характеристиками. Лінійний потенціометр має резистивну доріжку зі сталим поверхневим опором на усій довжині і, тому, зміна опору є такою ж самою вздовж усього шляху (рис. 2.13.а). Логарифмічний потенціометр має резистивну доріжку, найчастіше поділену на три відрізки (рис. 2.13.б). Кожен відрізок є лінійним, але має різний питомий опір. Коли повзунок знаходиться на початку доріжки, значення опору є низьким, а його зміна малою. Під кінець доріжки опір є великим і змінюється значно швидше, ніж на початку доріжки. Окрім цих найпопулярніших лінійних і логарифмічних характеристик, застосовується цілий ряд різних характеристик, обумовлених конкретним застосуванням.