Потенциометр и варианты его применения

ПТ нормируют напряжение, чаще их используют для регулировки параметров приложения (обслуживаемого оборудования) в рамках нормальных значений, на которые оно рассчитано, когда такая функция заложена в нем самом, например, громкость звука, обороты вентилятора. Чаще встречается модель с ручной регулировкой, но есть и автоматический интегрированный потенциометр. Потенциометр удовлетворяет требованиям ОСТ В 25 21-86 «Потенциометры прецизионные проволочные. Общие технические условия» с дополнениями и уточнениями, изложенными в ОСТ В 25 26-87, детальнее можно ознакомиться по адресу https://egyr.ru/pribor/potenciometry-ptp.html

Где и для чего используются делители напряжения

Также ПТ применяют, когда необходимо установить нужный режим оборудования в сложных условиях, когда определенный уровень электропараметров может вывести из строя приложение или для исследований, в целях ТО, ремонта, экспериментов, наладки.

Увеличение/уменьшение U, подаваемого на нагрузку, которое также тянет за собой изменения тока, осуществляется потенциометрами или реостатами. Разницу между ними мы рассмотрим ниже. Фактически эти термины обозначают не саму деталь (это во всех случаях переменный резистор), а режимы ее включения на схеме.

Наиболее характерные примеры, что регулируют:

• мощность и другие параметры (настройка эквалайзерами) звука, яркости/оттенков видео, света (диммеры);
• скорость маломощных электромоторчиков бытовых приборов, игрушек;
•  вентиляторы с настройкой скорости оборотов имеют делители напряжения. Даже те, у которых интенсивность вращения подразумевается, как выставленная на постоянную работу с определенным значением? часто имеют подстроечник на микросхеме;
• частота генераторов;
• калибровка электроцепей, на микросхемах для настройки электропараметров по напряжению (выходной его мощности).
• прецизионный, в том числе автоматический высокоточный потенциометр применяется в датчиках углового, линейного перемещения.

Переменники/подстроечники применяются везде, где требуется регулировка выходного напряжения. Но надо понимать, что такой приборчик нужен только для высокоомной нагрузки и малых токов. Там, где эти параметры большие используют реостаты. Например, в диммере может стоять ПТ, но если лампа накаливания мощная, то он будет бесполезен и надо применить РС. Аналогично и по электромоторам: слабомощные могут регулироваться ПТ, но на мощных силовых установках на транспортных средствах стоят РС. Для того чтобы изучить где, что применять, надо делать вычисления по формулам з-на Ома.

Переменный резистор как потенциомер

Уместное и более корректное другое название ПТ — делитель напряжения. Если взять вышеуказанную схему, то это также 2 и больше резисторов с последовательным соединением, но такой узел из них (цепочка) подключается параллельно источнику, что позволяет регулировкой их сопротивления получать именно напряжение, требуемое для нагрузки.

Разница в сфере применения

Потенциометр обладает низкой мощностью, применяется для сравнительно слабых по энергопотреблению устройств: телевизоры, аудиотехника, маломощные диммеры, регуляторы нагрева теплого пола, бойлеров, как преобразователи, для регулировки частоты оборотов слабых моторов, для вентиляторов, например, компьютерных кулеров, систем вентиляции.

Применение РС охарактеризуем выборкой из тематического сайта:

Сферы использования на первый взгляд подобные ПТ, но это не так: РС используются там, где большие токи и работа устройств зависит от них: мощные электроинструменты, электродвигатели транспортных средств и производственные, в промышленности.

Можно сказать, что переменник для ламп, работающих с большими токами и таких же нагрузок в виде электродвигателей, для электропечей, станков применяется только в режиме реостата.

Наиболее понятное объяснение различия в применении

При потенциометре ток от источника тратится выше в несколько раз, чем нужно нагрузке. При РС значение этой величины равно таковой на нагрузке. Поэтому последний применяется для настройки I и U на низкоомных нагрузках, они имеют закономерность — потребляют сравнительно более мощные токи, а потенциометры — для высокоомных, так как они обычно питаются этой величиной с небольшим значением.

Особенности по внешнему виду

Переменник может быть и тем и другим, но если он изготовляется под режим реостата, то имеет характерный для него типоразмер: с двумя выводами, с крупной резистивной частью (обмоткой), обычно это большой, толстый, тяжелый проволочный резистор и его форма намного габаритнее, чему у деталей для ПТ.

Надо различать термины, так как иногда в разных источниках возникает путаница: например, фраза «потенциометр в режиме реостата» не совсем корректная, поскольку это обозначение двух разных включений, но словосочетание «переменный резистор в режиме реостата (или потенциометра)» правильное. Хотя часто встречаются ошибочные лексические образования даже на сайтах технической тематики, но тут главное, чтобы пользователь различал, о чем речь.

Если у детали два выхода, то ее состояние — только РС, если же три, то такую деталь теоретически можно использовать как его (мы это описали выше), но в реальности она предназначена именно для режима ПТ.

Виды по «конусу» — характеру изменения сопротивления

«Конусом» или «законом» называется взаимосвязь между сопр. и положением скребка. Контролируется изготовителем. Возможно любое соотношение, но для большинства задач хватит ПТ линейных и логарифмических («звуковой конус»).

Может использоваться буквенный код, но такой не стандартизированный, у разных производителей может быть иным, но обычно маркировка такая:

• Азия и США. А — для логарифмической, C — для обратной логарифмической (редкие, экспоненциальные) и B — для линейной конусности;
• Европа — А для линейной, C и B для логарифмической, F — для обратной ее разновидности.

Объяснение

Процентное соотношение, касающееся нелинейного конуса, относится к показателю сопр. в средней точке вращения вала. Конус бревна на 10 % измеряет 10 % общего R на ней. То есть 10% логарифм. конуса на ПТ 10 кОм дает 1 кОм на указанной отметке. Выше процент — круче логарифм. кривая.

Потенциометр и реостат: в чем разница

РТ рассмотрим подробно, так как в процессе раскроются и свойства потенциометров. Итак, тот же переменный резистор можно монтировать на схему по двум вариантам, создается два режима:

• параллельное включение — ПТ. Подключение потенциометра использует обычно все 3 контакта.
• последовательное — реостат. Используются только 2 контакта.

«Потенциометр» и «реостат» это просто разные варианты включения одного и того же переменного резистора в схему, соответственно, последовательно или параллельно. Обе детали работают именно с R, U, I. Но пропорциональность изменений разная, в первом случае в большей мере регулируется напряжение, во втором — ток.

Реостат имеет два выхода, потенциометр — три (если применяется как первый, то подключают только два контакта). То есть РС включается в схему как обычный резистор. Оба не поляризованные, могут работать в обратном порядке.

ПТ и РС подключаемые по-разному. Второй, в отличие от первого, обычно прибор промышленный или на мощном оборудовании. В некоторых школах проводили уроки с реостатом, поэтому его форму может кто-то и помнит: габаритная керамическая трубка с нихромовой обмоткой и ползунком на среднем выводе, который никуда не подключается. РС имеет большую мощность (пропускает мощный ток) и малое сопротивление (до десятков Ом). Имеет значительную индуктивность, что учитывают в ВЧ приборах.

Делители напряжения обычно маломощные, поэтому на роль РС они редко подходят, переменники до 10 Вт при производстве позиционируются как первые, от 10 Вт — как вторые.

Ремонт

Если отвалился контакт, его можно спаять, но обычно это сложно сделать, тем более невозможно починить механически поврежденную дорожку или проволоку. При подобных поломках функциональных частей, особенно резистивного сегмента, переменники не ремонтируются.

Если функциональные части без механических повреждений, то можно попробовать такие методы:

• восстановить чувствительную дорожку:
  • o   легонько отогнуть пружинку подвижного контакта грифелем простого карандаша (состоит из углерода) провести по сенситивному слою. Метод для тонкопленочных моделей;
  • o   тот же грифель растереть, смешать с литолом или подобной смазкой, смазать дорожку, по которой ходит ползунок;
• очистка от загрязнений при неразборном корпусе: сделать маленьким сверлом отверстие (Ø 1 мм) в корпусе, залить шприцем спирт, прокрутить несколько раз ручку.

Подключение потенциометра

Для начала приведем блок наиболее характерных схем. Надо сказать, что ПТ можно подключать не только как РС, но и как простой фиксированный резистор (варианты на 3 рис.):

Ниже наиболее распространенные схемы (обозначения по западному стандарту):

Надо сказать, что традиционная схема подключения частотника потенциометра всегда рекомендует «лишний» вывод подсоединять, обрыв на линии «подвижный контакт — подковка» не исключены, что может привести к неприятным последствиям.

Схемы как подключить ПТ чрезвычайно простые, фактически вариант один — параллельно на один из проводов питания.

Например, так выглядит регулятор на компьютерном кулере. В данном случае полярность значения не имеет. Берется любой проводок питания кулера, разрезается, один конец спаивается сразу с первым и вторым (средним) контактов, второй — с оставшимся. То есть на первых 2 контактах лежит какой-либо конец провода (они спаиваются с одной и той же этой жилой), третий контакт — другой конец, как бы отдельно стоящий.

Сложность некоторых схем: нужно знать, к какому проводу подсоединять, то есть какую линию питания регулировать, например, если делают подключение потенциометра внешнего для частотно-регулируемых электроприводов для настройки интенсивности вращения электродвигателей, при регулировке ПИД-регуляторов.

В таких случаях руководствуются схемами призводителей или авторов таких совершенствований, рекомендациями мастеров, вся информация есть в сети на спецфорумах и тематических сайтах. Ниже пример подключения к частотному преобразователю:

Понятие потенциометра

В статье будем применять такие сокращения:

• ПТ и РС — потенциометр, реостат;
• I — ток;
• U — напряжение;
• R — сопротивление (сопр.).

Другие названия потенциометра:

• резистор: подстроечный или переменный (подстроечник, переменник). Это два разных типа одной и той же рассматриваемой детали, их надо различать, но иногда эти названия применяют как общее наименование. Тут имеются ввиду эти детали в режиме потенциометра, а не реостата. По умолчанию будем подразумевать их в таком варианте включения;
• делитель напряжения. Название наиболее правильно отображает понятие, что такое потенциометр.

Делитель напряжения это тот же резистор, деталь создана по его типу и по аналогичному принципу. Но обычный такой элемент («постоянный» «fixed») обеспечивает фиксированную величину сопротивления, блокирующего ток на цепи, сопротивляющегося ему, тем самым по закону Ома понижая его.

Переменный/настроечный же резистор имеет пластинку (наподобие автомобильного дворника, скребка) или подобный элемент, бегающий с постоянным (скользящим) контактом по резистивной (чувствительной) части. Таким образом осуществляется изменение сопротивления, а главное, деление напряжения, то есть его регулировка, уменьшение/увеличение. Поэтому такие радиодетали называют «делителями напряжения». Ниже на рис. обозначение детали западного стандарта:

Название потенциометр постоянного тока — это совокупность словосочетаний «разность потенциалов» и «метр» — измеряю, термин появился на заре развития электроники и подразумевает прибор измерительного характера. При настройке габаритных резистивных катушек с проволочными обмотками свойство детали использовалось для замеров значений разности потенциалов, что относило ее к измерительным типам. Так оно и есть, просто теперь данные качества приспособлены к регулировке напряжения. Этот аспект применения быстро стал главным и 95 % таких элементов, а то и больше, изготовляются именно для управления электропараметрами.

Расчет, подбор параметров потенциометра

Итак, потенциометр предназначен для регулировки напряжения именно на высокоомной нагрузке – она должна иметь сопр. выше, чем ПТ, иначе количество Вольт будет определяться ею же, функция регулировки пропадет.

Основные особенности по расчету ПТ такие:

• сопр. ПТ должно быть намного меньшим (Rпот<< Rн), чем у нагрузки. Это не обязательно, но при несоблюдении, дальнейшие исчисления усложнятся – придется учитывать ток на ней. Рекомендовано значения ниже как минимум в 10 раз, но лучше  — в 20, 30, 100. Чем меньше, тем лучше, но не чрезмерно, иначе не будут выполнены требования следующих пунктов;
• U токового источника должно подходить, ПТ должен выдерживать его (Iном.пот×Rпот) > Uист. При этом количество Ампер, текущих через переменник (Iпот = Uuст/Rпот) должно быть меньшим номинала детали по току;
• ток, проходящий через ПТ (Iпот = Uuст /Rпот), не должен быть выше номинала по таковому источника (Iпот < Iном. ист.);
• если есть несколько ПТ и все они подходят под указанные выше условия, то берут изделие с большим сопротивлением — оно будет потреблять меньший ток, что особенно значимо при применении с гальваническими батареями, АКБ.

Еще нюанс регулировки тока и напряжения реостатом и потенциометром:

• оба позволяют получать на нагрузке U равное или ниже U источника;
• но с ПТ можно понижать указанную выше величину до 0, чего чрезвычайно сложно, почти невозможно, добиться от РС.  

При подборе переменного резистора учитывают в первую очередь номинал по сопротивлению, но таковому по току, иными словами, мощности рассеяния, не менее важно уделить внимание. Два параметра взаимосвязанные. Объясним на примере

Схема содержит резистор с определенным R, но выясняется, что это значение должно быть значительно ниже, то есть деталь надо заменить

Объясним на примере. Схема содержит резистор с определенным R, но выясняется, что это значение должно быть значительно ниже, то есть деталь надо заменить.

Ставят элемент со значительно меньшим R, и, казалось бы, проблема решена, но тут возникает опасность, связанная с игнорированием закона Ома. R на резисторе было значительным, U цепи фиксированное. При понижении номинала переменника общее R линии упало, как следствие, ток возрос. Если поставить ПТ с прежней мощностью рассеяния, то при увеличенном I он может не выдержать нагрузки, последствия традиционные — перегрев, вплоть до возгорания.

Приблизительная норма: при номинале в 10 Ом по цепи должен протекать ток около 1 А — это мощность, рассеиваемая резистором. При выборе обязательно надо смотреть эту допустимую величину для детали.