توانایی کنترل ولتاژ، از جمله مهم ترین مسایلی است که در طراحی مدارها و سیستم های الکتریکی باید به آن توجه کرد.
به همین منظور باید بفهمیم که پتانسیومتر چیست ؟

اگر به حوزه های مرتبط به الکترونیک علاقه دارید، این پست به آسانی شما را با این قطعه الکترونیکی و کاربردی آشنا خواهد کرد.

ویدیوی کوتاه و فارسی زیر اطلاعات خوبی در مورد پتانسیومتر و نحوه عملکرد آن میدهد.

پتانسیومتر چیست ؟

پتانسیومتر (Potentiometer) یا اسپید پات (speed pots) نوعی مقاومت است که
برای کنترل سرعت، ولتاژ و یا فرکانس استفاده میشود و دارای سه پایانه یا ترمینال است.
در واقع نوعی تقسیم کننده یا کنترل کننده ولتاژ است که برای اندازه گیری پتانسیل الکتریکی (ولتاژ) مورد استفاده قرار میگیرد.

پتانسیومتر چیست - انواع پتانسیومتر

همانطور که در تصویر زیر مشخص است، در یک پتانسیومتر معمولی :

  • در قسمت بالایی پتانسیومتر یک پیچ یا دکمه متحرک برای کنترل تغییرات قرار گرفته است.
  • در قسمت میانی، یک المان مقاومت به شکل یک قوس دایره ای و غالبا از جنس گرافیت قرار دارد.
    (المان مقاومت در انواع دیگر پتانسیومترها میتواند، به صورت مسطح و زاویه دار نیز باشد)
  • یک اتصال متحرک به نام وایپر با لغزش و حرکت در امتداد المان مقاومت، با آن اتصال الکتریکی برقرار میکند.
  • دو پایانه A و B به دو سر المان مقاومت متصل هستند (دارای ولتاژ مثبت و منفی) و
    پایانه W بین دو پایانه دیگر قرار دارد و به وایپر متصل است.

پتانسیومتر چیست -نحوه اتصال پایانه ها

 توضیح طرز کار پتانسیومتر با بیان مثال

مثال 1 – وقتی ولتاژ به حلقه مقاومتی (المان مقاومتی) اعمال می شود، وایپر می تواند مقدار مقاومت مورد استفاده را کنترل کند.

پتانسیومتر چیست -نحوه قرارگیری در مدار

با چرخاندن پیچ میتوان وایپر را به حرکت در آورده و لغزش آن را کنترل کرد.
با این کار ولتاژ به میزان کافی و بر اساس مقدار مقاومت، اعمال میشود.
پس با چرخاندن پیچ، مقدار مقاومت و در نتیجه مقدار ولتاژ اعمال شده به مدار تغییر کرده و
متناسب با آن، شدت نور لامپ کم و یا زیاد میشود.

پتانسیومتر چیست - تنظیم شدت نور

پس به طور خلاصه :

پتانسیومتر چیست - تغییر شدت نور

مثال2- در پتانسیومتر مورد استفاده در یک درایو کنترل موتور،
اعمال ولتاژ بیشتر از سمت پتانسیومتر، منجر به ارسال سیگنال به درایو میشود تا ولتاژ بیشتری به موتور اعمال کند که
در نهایت ولتاژ اعمال شده به موتور اثر مستقیمی در تند و کند شدن سرعت آن خواهد داشت.
وقتی مقاومت بیشتر باشد ولتاژ مورد استفاده هم بیشتر میشود.

پتانسیومتر چیست - تنظیم سرعت موتور

و  به طور خلاصه :

پتانسیومتر چیست - تغییر سرعت موتور

حالا که با طرز کار این قطعه آشنا شدیم باید بفهمیم انواع اصلی پتانسیومتر چیست ؟

انواع پتانسیومتر چیست ؟

پتانسیومترها بر اساس توصیف ویژگی های الکتریکی شان دو نوع اصلی دارند :

1- پتانسیومتر خطی (linear taper potentiometer)

پتانسیومتر خطی دارای یک المان مقاومت با مقطع ثابت است،
در نتیجه مقاومت بین وایپر و یکی از پایانه ها متناسب با فاصله بین آنهاست.
پتانسیومتر خطی، هنگامی استفاده می شود که نسبت تقسیم مقاومت باید
متناسب با زاویه چرخش محور (یا موقعیت لغزنده) باشد.
به عنوان مثال از این پتانسیومتر در کنترلرهای تنظیم کننده مرکز تصویر در اسیلوسکوپ اشعه کاتدی آنالوگ استفاده می شود.

پتانسیومتر چیست - کاربرد در اسیلوسکوپ آنالوگ

2- پتانسیومتر لگاریتمی (logarithmic taper potentiometer)

پتانسیومتر لگاریتمی دارای یک بایاس مشخص در المان مقاومت است.
به این معنی که اگر پیچ متصل به وایپر یا (slider) در وسط یک دور کامل باشد ولی مقدار مقاومت نصف کل مقدار آن نیست.
در واقع المان مقاومت به صورتی طراحی شده که عملکردی لگاریتمی داشته باشد.
در یک پتانسیومتر لگاریتمی المان مقاومت از ماده ای ساخته شده که مقاومت آن از یک سمت تا سمت دیگر متفاوت است.
این ویژگی باعث میشود که ولتاژ خروجی تابعی لگاریتمی از موقعیت اتصال لغزنده (slider) باشد.
این نوع پتانسیومتر غالبا کاربرد صنعتی نداشته و
بیشتر در تجهیزات صوتی برای کنترل صدا استفاده میشود.

پتانسیومتر چیست - کاربرد در تجهیزات صوتی

در پتانسیومتر خطی رابطه دقیق و خطی بین مقاومت و چرخش پیچ یا موقعیت اتصال لغزنده (slider) وجود دارد.
در حالیکه در پتانسیومتر لگاریتمی، متناسب با کم و زیاد کردن پیج،
تغییر مقاومت خطی نیست و به صورت منحنی وار صورت میگیرد.
درک انسان ها از میزان حجم صوتی به صورت لگاریتمی بوده و
این تغییرات متناسب با همین شرایط طراحی شده است.

پتانسیومتر چیست - منحنی تغییر مقاومت بر حسب چرخش پیچ

یاد گرفتیم دو نوع اصلی پتانسیومتر چیست و چه تفاوتی با هم دارند، بر همین اساس در ادامه با کاربردهای این قطعه آشنا خواهیم شد.

کاربردهای پتانسیومتر چیست ؟

در مورد کاربردهای پتانسیومتر باید به این نکات  توجه شود :

  • پتانسیومترها به ندرت برای کنترل مقادیر قابل توجه توان (بیش از یک وات و یا بیشتر) به کار می روند.
  • غالبا برای تنظیم سطح سیگنال های آنالوگ مورد استفاده قرار می گیرند (مثلا برای کنترل ولوم صدا در تجهیزات صوتی).
  • از پتانسیومترها به عنوان کنترلر ورودی ها در مدارهای الکترونیکی استفاده میشود (مثلا در دیمرهای تنظیم شدت نور).

سلامت قطعات الکترونیکی را با یک مولتی متر بسنجیم بنر

از انواع کاربردهای پتانسیومترها میتوان به موارد زیر اشاره کرد :

1- کنترل صوتی (Audio control)

  • پتانسیومترهای کم توان، در هر دو شکل چرخشی و سوییچ لغزشی، برای کنترل دستگاه های صوتی،
    تغییر میزان بلندی صدا، فرکانس و دیگر ویژگی های سیگنال های صوتی استفاده می شوند.
  • پتانسیومتر لگاریتمی برای کنترل حجم صدا در آمپلی فایرهای صوتی مورد استفاده قرار میگیرد که
    به آن (audio taper pot) هم میگویند.
  • از ترکیب پتانسیومترها با فیلترهای شبکه ای (filter networks) به عنوان فیلترهای صدا (tone) یا اکولایزرها (equalizers) استفاده میشود.

2- تلویزیون (Television)

  • در گذشته از پتانسیومترها برای کنترل روشنایی تصویر، کنتراست و … استفاده میشد.

3- کنترل حرکت (Motion control)

  • پتانسیومتر می تواند به عنوان دستگاه بازخورد از موقعیت مورد استفاده قرار گیرد و
    یک حلقه بسته (closed loop) به منظور کنترل ایجاد میکند،
    مثلا در سیستم های خودمهار (servomechanism) مورد استفاده در سرو موتورها (Servomotor).
    این روش کنترل حرکتی که در موتور DC استفاده می شود، ساده ترین روش اندازه گیری زاویه، سرعت و جابجایی است.

4- مبدل ها (Transducers)

  • به دلیل ساختار ساده پتانسیومترها و توانایی آنها در ارائه سیگنال های خروجی بزرگ،
    از آنها در مبدل های جابجایی (displacement transducers) استفاده می شود.

5- محاسبه (Computation)

  • در محاسبه کننده های آنالوگ، پتانسیومترهای دقت بالا، برای تعیین مقیاس نتایج میانی با توجه به عوامل ثابت و
    یا برای تعیین شرایط اولیه محاسبه مورد استفاده قرار میگیرند.
    یک پتانسیومتر محرک موتور در واقع یک ژنراتور تابع است که براساس توابع مثلثاتی کار میکند،
    مثلا در یک موتور، نسبت تقسیم ولتاژ می تواند متناسب با کسینوس زاویه چرخش محور باشد.

3 گام اصلی برای انتخاب پتانسیومتر چیست ؟

با دانستن اینکه پتانسیومتر چیست و چه کاربردهایی در مدارهای با شرایط متغیر دارد،
پس انتخاب صحیح پتانسیومتر متناسب با نیاز و کاربرد مورد نظرمان، بسیار مهم است.

احتمالا شما هم با این موضوع مواجه شده اید که چطور میتوان یک مدار بدون اشتباه با استفاده از مقاومت متغیر ساخت؟

برای یادگیری نکات مورد نیاز در هنگام تهیه پتانسیومترها با این آموزش همراه باشید.

مراحل انتخاب پتانسیومتر

ابتدا باید مشخص کنیم که پتانسیومتر را برای چه کاری می خواهیم در این صورت ادامه کار آسان میشود.
در ادامه 3 گام اصلی در انتخاب پتانسیومتر را توضیح میدهیم.

گام اول

ابتدا باید از نوع و شکل ظاهری مناسب برای مدار طراحی شده اطمینان پیدا کنیم.
برای این کار در نظر گرفتن ابعاد برد، محل قرار گرفتن پتانسیومتر و کاربرد آن در مدار از نکات مهم و قابل توجه هستند.
پتانسیومترها به سه شکل ظاهری اصلی تقسیم می شوند:

1- ولوم یا چرخشی (rotary) با نام دیگر تام پات (thumb pot) : یک پتانسیومتر چرخشی که
به طور مداوم و با استفاده از یک پیچ کوچک قابل تنظیم است.

پتانسیومتر چیست - نوع چرخشی

2- سوییچ لغزشی (slide switch) یا اسلاید پات (slide pot) : یک پتانسیومتر است که
با کشیدن وایپر به سمت چپ یا راست (یا بالا و پایین، بسته به شیوه نصب) تنظیم می شود،
کشیدن وایپر معمولا یا انگشت شست انجام میشود.

پتانسیومتر چیست - نوع سوییچ لغزشی

3- صفحه مندرج (dial) یا تریمر پات (trimmer pot) : برای داشتن تنظیمات بهتر و دقیق تر سیگنال های الکتریکی،
میتوان از این پتانسیومتر به صورت پیش تنظیم استفاده کرد.

پتانسیومتر چیست - تریمر یا صفحه مندرج

باید مطمئن شویم که پتانسیومتر انتخاب شده مناسب مدار است و
میتوان از آن برای بهینه کردن ویژگی های گفته شده در مدار استفاده کرد.

گام دوم

از آنجا که پتانسیومترها بر اساس قانون اهم کار میکنند،
پس برای داشتن یک انتخاب صحیح باید با قانون اهم کاملا آشنا بود.
این قانون یکی از اساسی ترین روابط کشف شده در مدارهای الکترونیکی است.
در این قانون ولتاژ برابر با جریان ضرب در مقاومت است:

  • اگر مقدار جریان (آمپر) در سیستم ثابت باشد، تنظیم مقدار مقاومت، مستقیما روی ولتاژ مورد استفاده تاثیر میگذارد.
  • و برای یک مقدار مقاومت ثابت در مدار، جریان با ولتاژ رابطه مستقیم دارد.
  • در یک مدار با مقاومت ثابت، اگر ولتاژ را بالا ببرید، جریان افزایش پیدا میکند و برعکس با کاهش ولتاژ، جریان نیز کم خواهد شد.

در این گام، با توجه به جریان عبوری از مدار و ولتاژی که قرار است دو سر قطعه باشد، مقدار مقاومت محاسبه شده و
پتانسیومتر مساوی با آن در مدار قرار می گیرد.

پتانسیومتر چیست - قانون اهم

گام سوم

نکته آخر و مهمی که باید در نظر داشته باشیم، مقدار مقاومت (یا رنج پتانسیومتر) است.
زمانیکه مقدار مقاومت مورد نیاز مدار را بدانیم، تصمیم گیری برای انتخاب پتانسیومتر آسان میشود.

باید با توجه به شرایط گفته شده، یک پتانسیومتر خطی با مقدار مقاومتی مساوی یا بیشتر از مقدار مورد نظر، را انتخاب کنیم :

  • یک پتانسیومتر با بازه مقاومتی 0 تا 100 اهم برای مداری که مقاومت 1000 اهم لازم دارد قابل استفاده نخواهد بود و
    عملکرد مدار را مختل خواهد کرد.
  • همچنین استفاده از پتانسیومتر 1000 اهم برای زمانی که فقط 10 اهم لازم باشد، کاربردی نیست چون
    گام تغییرات مقاومت بزرگ است و ممکن است اصلا به مقدار دقیق 10 اهم دسترسی پیدا نکنیم.

مرجع الکترونیک بنر

امیدواریم با مطالعه این پست فهمیده باشید پتانسیومتر چیست و چطور میتوان یک پتانسیومتر متناسب با نیاز انتخاب کرد.

ثبت اطلاعات برای دریافت آموزش رایگان

مقاله بالا بخشی از بسته جامع الکترونیک (BEE) است.

برای مشاهده کامل این بسته کلیک کنید.

مشاهده بسته الکترونیک
بسته جامع آموزش الکترونیک

در نماتک نظر دهید