پتانسیومتر: کنترل کننده ولتاژ آشنا در دستگاههای روزمره
پتانسیومتر چیست و چگونه کار میکند؟
از مقاومت ثابت تا مقاومت متغیر
همه ما با مقاومت الکتریکی آشنا هستیم؛ قطعهای که جریان برق را محدود میکند. اما تصور کنید یک مقاومت داشته باشید که بتوانید مقدار مقاومت آن را با چرخاندن یک دسته یا لغزاندن یک اهرم، به صورت پیوسته تغییر دهید. این دقیقاً همان کاری است که یک پتانسیومتر انجام میدهد. در واقع، پتانسیومتر یک مقاومت متغیر سهپایه است. دو پایه آن دو سر یک مقاومت ثابت با مقدار مشخص (مثلاً 10kΩ) هستند و پایه سوم، یک اتصال متحرک به نام اسلیپر4 است که روی بدنه مقاومت میلغزد.
$V_{out} = V_{in} \times \frac{R_{2}}{R_{1} + R_{2}}$
که در آن $R_{1}$ و $R_{2}$ بخشهایی از مقاومت کل هستند که توسط اسلیپر از هم جدا شدهاند. با جابجایی اسلیپر، نسبت $R_{2}$ به کل مقاومت تغییر کرده و در نتیجه $V_{out}$ به صورت خطی تغییر میکند.
انواع پتانسیومتر: از چرخشی تا خطی
پتانسیومترها بر اساس مکانیزم حرکت اسلیپر به انواع مختلفی تقسیم میشوند. شناخت این انواع به ما کمک میکند بفهمیم چرا در دستگاههای مختلف، شکلهای متفاوتی از آن را میبینیم.
| نوع | توضیح و مکانیزم | مثال کاربردی در زندگی |
|---|---|---|
| چرخشی پرکاربردترین |
دارای یک محور است که با چرخش آن (معمولا تا 270 یا 300 درجه)، اسلیپر جابجا میشود. مقاومت کل به شکل یک قوس دایرهای است. | کنترل صدا در سیستمهای قدیمی رادیو و آمپلیفایر، ولوم5 تنظیم کننده صفحههای لمسی |
| خطی (اسلایدر) | اسلیپر روی یک مسیر مستقیم حرکت میکند. کاربر یک اهرم یا دکمه را به جلو و عقب میلغزاند. | کنترلگرهای صدا در میکسرهای استودیویی، تنظیم روشنایی در برخی کنسولهای بازی قدیمی |
| میکرو (ترون) | نوعی پتانسیومتر چرخشی با اندازه بسیار کوچک است که برای تنظیمهای دقیق و حساس روی بردهای الکترونیکی نصب میشود. با پیچگوشتی مینیاتوری قابل چرخش است. | تنظیم حساسیت سنسورها در ماژولهای آردوینو، کالیبره کردن مدارهای دقیق اندازهگیری |
| غلافی (لولهای) | به شکل یک لوله است و برای کنترل توسط دست یا پا طراحی شده. مکانیزم داخلی میتواند چرخشی یا خطی باشد. | پدال گاز در خودروهای برقی اسباببازی، کنترل سرعت در چرخ خیاطیهای برقی |
کاربرد پتانسیومتر: از صدا تا نور
حالا که با اساس کار و انواع آن آشنا شدیم، بیایید ببینیم این قطعه کوچک چه نقش بزرگی در دستگاههای اطراف ما بازی میکند.
کنترل صدا: سادهترین و آشناترین مثال است. وقتی شما ولوم صدای هدفون، بلندگو یا رادیوی ماشین را میچرخانید، در واقع در حال چرخاندن یک پتانسیومتر هستید. این پتانسیومتر ولتاژ سیگنال صوتی را تقسیم میکند و هرچه بیشتر بچرخانید، ولتاژ بیشتری به بلندگو میرسد و صدا بلندتر میشود.
تنظیم روشنایی: در بسیاری از دیمرها6 (تاریککنهای نور) از پتانسیومتر استفاده میشود. با چرخاندن آن، میزان ولتاژ تحویلی به لامپ تغییر کرده و در نتیجه شدت نور آن تنظیم میشود. حتی در برخی مانیتورهای قدیمی، دکمه تنظیم روشنایی یک پتانسیومتر چرخشی است.
سنسور موقعیت: پتانسیومتر میتواند موقعیت زاویهای یا خطی یک شیء را به ولتاژ تبدیل کند. فرض کنید یک ربات با یک بازوی متحرک دارید. اگر یک پتانسیومتر در محل مفصل آن نصب کنید، با چرخش بازو، پتانسیومتر نیز میچرخد و ولتاژ خروجی آن متناسب با زاویه بازو تغییر میکند. مدار کنترل کننده میتواند با خواندن این ولتاژ، متوجه موقعیت بازو شود. این ایده در جویستیک7 کنسولهای بازی نیز استفاده شده است.
کالیبراسیون مدار: پتانسیومترهای کوچک تریمپات روی بردهای الکترونیکی، برای تنظیم دقیق و نهایی مدارها بعد از ساخت به کار میروند. مثلاً ممکن است برای تنظیم نقطه صفر یک سنسور دما یا حساسیت یک مدار تقویتکننده از آن استفاده شود.
چگونه یک پتانسیومتر مناسب انتخاب کنیم؟
اگر بخواهیم برای یک پروژه الکترونیکی پتانسیومتر انتخاب کنیم، باید به چند مشخصه فنی مهم توجه کنیم:
| مشخصه | توضیح | مثال و نکته |
|---|---|---|
| مقاومت اسمی | مقدار کل مقاومت بین دو پایه ثابت. واحد آن اهم (Ω) است. | مقادیر رایج: 1kΩ, 10kΩ, 100kΩ. برای کنترل صدا معمولاً 10kΩ مناسب است. |
| توان مجاز | حداکثر توان الکتریکی (بر حسب وات) که میتواند بدون آسیب دیدن تحمل کند. | در مدارهای کمتوان مثل کنترل صدا، 0.1W تا 0.5W کافی است. برای مدارهای پرتوان (مثل دیمر لامپ رشتهای) باید توان بالاتری انتخاب کرد. |
| نوع تابع | رابطه بین موقعیت اسلیپر و مقاومت خروجی. |
خطی (B): تغییر مقاومت متناسب با چرخش است. برای کنترل ولتاژ ایدهآل است.
لگاریتمی (A): برای کنترل صدا مناسبتر است زیرا شنوایی انسان لگاریتمی است.
|
| طول عمر مکانیکی | تعداد چرخشهای کامل (سیکل) که میتواند قبل از خرابی تحمل کند. | پتانسیومترهای ارزان ممکن است تنها 10,000 سیکل عمر کنند، در حالی که نمونههای صنعتی تا 100,000 سیکل دوام میآورند. |
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاورقی
1 پتانسیومتر (Potentiometer): از ترکیب دو کلمه Potential (پتانسیل/ولتاژ) و Meter (سنجش) گرفته شده است. در فارسی گاهی به آن ولتاژسنج تقسیمی یا مقاومت تنظیمشونده نیز میگویند.
2 مقاومت متغیر (Variable Resistor): قطعهای که مقدار مقاومت الکتریکی آن را میتوان به صورت دستی تغییر داد. پتانسیومتر یک نوع خاص از آن است.
3 تقسیم ولتاژ (Voltage Divider): یک قانون پایه در مدارهای الکتریکی که بیان میکند اگر دو مقاومت به صورت سری به یک منبع ولتاژ وصل شوند، ولتاژ بین نقطه اتصال آن دو مقاومت و زمین، کسری از ولتاژ منبع خواهد بود.
4 اسلیپر (Slider/Wiper): قسمت متحرک پتانسیومتر که با حرکت روی نوار مقاومتی، نقطه اتصال را تغییر میدهد.
5 ولوم (Volume): در اینجا به پتانسیومتر مخصوص کنترل صدا اطلاق میشود.
6 دیمر (Dimmer): وسیلهای برای کنترل میزان روشنایی یک لامپ.
7 جویستیک (Joystick): اهرم کنترلی جهت هدایت در بازیهای ویدئویی یا سیستمهای کنترل از راه دور.
8 دیتاشیت (Datasheet): برگه اطلاعات فنی که توسط سازنده قطعه الکترونیکی ارائه میشود و شامل تمام مشخصات، نمودارها و نحوه اتصال صحیح آن است.
