Potenciómetro - Potentiometer

Potenciómetro
	Un potenciómetro típico de una sola vuelta
Tipo	Pasivo
Símbolo electrónico
	(Estándar IEC) ; (Estándar ANSI)

Un potenciómetro es una resistencia de tres terminales con un contacto deslizante o giratorio que forma un divisor de voltaje ajustable . Si solo se utilizan dos terminales, un extremo y el limpiaparabrisas, actúa como una resistencia variable o reóstato .

El instrumento de medición llamado potenciómetro es esencialmente un divisor de voltaje que se usa para medir el potencial eléctrico (voltaje); el componente es una implementación del mismo principio, de ahí su nombre.

Los potenciómetros se usan comúnmente para controlar dispositivos eléctricos como controles de volumen en equipos de audio. Los potenciómetros operados por un mecanismo se pueden utilizar como transductores de posición , por ejemplo, en un joystick . Los potenciómetros rara vez se utilizan para controlar directamente una potencia significativa (más de un vatio ), ya que la potencia disipada en el potenciómetro sería comparable a la potencia en la carga controlada.

Nomenclatura

Hay una serie de términos en la industria electrónica que se utilizan para describir ciertos tipos de potenciómetros:

olla corredera o corredera olla : un potenciómetro que se ajusta deslizando el limpiaparabrisas izquierda o la derecha (o hacia arriba y hacia abajo, dependiendo de la instalación), normalmente con un dedo o el pulgar
potenciómetro de pulgar o potenciómetro de ruedecilla : un pequeño potenciómetro giratorio destinado a ajustarse con poca frecuencia por medio de una pequeña ruedecilla
trimpot o olla condensador de ajuste : un condensador de ajuste del potenciómetro típicamente destinados a ser ajustados una vez o con poca frecuencia para una señal eléctrica de "ajuste fino"

Construcción

Dibujo en corte del potenciómetro que muestra las partes: ( A ) eje, ( B ) elemento de resistencia de composición de carbono estacionario, ( C ) limpiaparabrisas de bronce fosforoso, ( D ) eje unido al limpiaparabrisas, ( E, G ) terminales conectados a los extremos del elemento de resistencia, ( F ) terminal conectado al limpiaparabrisas. Un tope mecánico ( H ) evita la rotación más allá de los puntos finales.

Potenciómetro de una vuelta con carcasa metálica retirada para exponer los contactos del limpiaparabrisas y la pista resistiva

Los potenciómetros consisten en un elemento resistivo , un contacto deslizante (limpiaparabrisas) que se mueve a lo largo del elemento, haciendo buen contacto eléctrico con una parte del mismo, terminales eléctricos en cada extremo del elemento, un mecanismo que mueve el limpiaparabrisas de un extremo al otro. y una carcasa que contiene el elemento y el limpiaparabrisas.

Muchos potenciómetros económicos están construidos con un elemento resistivo (B en el dibujo recortado) formado en un arco de un círculo generalmente un poco menos de una vuelta completa y un limpiaparabrisas (C) que se desliza sobre este elemento cuando se gira, haciendo contacto eléctrico. El elemento resistivo puede ser plano o en ángulo. Cada extremo del elemento resistivo está conectado a un terminal (E, G) en la carcasa. El limpiaparabrisas está conectado a un tercer terminal (F), generalmente entre los otros dos. En los potenciómetros de panel, el limpiaparabrisas suele ser el terminal central de tres. Para los potenciómetros de una sola vuelta, este limpiaparabrisas generalmente viaja un poco menos de una revolución alrededor del contacto. El único punto de entrada de contaminación es el estrecho espacio entre el eje y la carcasa en la que gira.

Otro tipo es el potenciómetro deslizante lineal, que tiene un limpiaparabrisas que se desliza a lo largo de un elemento lineal en lugar de girar. La contaminación puede entrar en cualquier lugar a lo largo de la ranura en la que se mueve el deslizador, lo que dificulta el sellado eficaz y compromete la confiabilidad a largo plazo. Una ventaja del potenciómetro deslizante es que la posición del deslizador da una indicación visual de su ajuste. Mientras que el ajuste de un potenciómetro giratorio se puede ver por la posición de una marca en la perilla, una serie de controles deslizantes puede dar una impresión visual de los ajustes como en un ecualizador gráfico o faders en una mesa de mezclas .

El elemento resistivo de los potenciómetros económicos suele estar hecho de grafito . Otros materiales utilizados incluyen alambre de resistencia, partículas de carbono en plástico y una mezcla de cerámica / metal llamada cermet . Los potenciómetros de pista conductora utilizan pastas de resistencia de polímero conductor que contienen resinas y polímeros resistentes, solventes y lubricante, además del carbono que proporciona las propiedades conductoras.

Potenciómetros de ajuste de montaje en PCB , o "potenciómetros de ajuste ", diseñados para ajustes poco frecuentes

Símbolo electrónico para potenciómetro preestablecido

Los potenciómetros multivuelta también se operan girando un eje, pero varias vueltas en lugar de menos de una vuelta completa. Algunos potenciómetros multivuelta tienen un elemento resistivo lineal con un contacto deslizante movido por un tornillo de avance; otros tienen un elemento resistivo helicoidal y un limpiaparabrisas que gira a través de 10, 20 o más revoluciones completas, moviéndose a lo largo de la hélice a medida que gira. Los potenciómetros multivuelta, tanto accesibles como predeterminados por el usuario, permiten ajustes más precisos; la rotación en el mismo ángulo cambia el ajuste típicamente una décima parte de lo que se hace con un simple potenciómetro giratorio.

Un potenciómetro de cuerda es un potenciómetro de múltiples vueltas operado por un carrete de alambre adjunto que gira contra un resorte, lo que le permite convertir la posición lineal en una resistencia variable.

Los potenciómetros giratorios accesibles por el usuario pueden equiparse con un interruptor que generalmente opera en el extremo de rotación en sentido antihorario. Antes de que la electrónica digital se convirtiera en la norma, dicho componente se usaba para permitir que los receptores de radio y televisión y otros equipos se encendieran a un volumen mínimo con un clic audible, luego el volumen aumentaba girando una perilla. Se pueden agrupar varios elementos de resistencia con sus contactos deslizantes en el mismo eje, por ejemplo, en amplificadores de audio estéreo para control de volumen. En otras aplicaciones, como atenuadores de luz domésticos , el patrón de uso normal se satisface mejor si el potenciómetro permanece en su posición actual, por lo que el interruptor se opera mediante una acción de empuje, alternativamente encendido y apagado, presionando axialmente la perilla.

Otros están encerrados dentro del equipo y están diseñados para ser ajustados para calibrar el equipo durante la fabricación o reparación, y no deben tocarse de otra manera. Por lo general, son físicamente mucho más pequeños que los potenciómetros accesibles para el usuario, y es posible que necesiten ser operados con un destornillador en lugar de tener una perilla. Suelen denominarse "potenciómetros preestablecidos" o "potenciómetros de ajuste". Se puede acceder a algunos ajustes preestablecidos mediante un pequeño destornillador insertado a través de un orificio en la caja para permitir el mantenimiento sin desmontarlos.

Relación resistencia-posición: "ahusamiento"

Macetas de 10k y 100k a escala de tamaño que combinan montajes tradicionales y ejes de perilla con conjuntos eléctricos más nuevos y más pequeños. La "B" designa una forma cónica lineal (estilo estadounidense / asiático).

La relación entre la posición del deslizador y la resistencia, conocida como "ahusamiento" o "ley", está controlada por el fabricante. En principio, cualquier relación es posible, pero para la mayoría de los propósitos, los potenciómetros lineales o logarítmicos (también conocidos como "cono de audio") son suficientes.

Se puede usar un código de letras para identificar qué ahusamiento se usa, pero las definiciones del código de letras no están estandarizadas. Los potenciómetros fabricados en Asia y los EE. UU. Suelen estar marcados con una "A" para la conicidad logarítmica o una "B" para la conicidad lineal; "C" para el cono logarítmico inverso que rara vez se ve. Otros, particularmente los de Europa, pueden estar marcados con una "A" para ahusamiento lineal, una "C" o "B" para ahusamiento logarítmico, o una "F" para ahusamiento logarítmico inverso. El código utilizado también varía entre diferentes fabricantes. Cuando se hace referencia a un porcentaje con un cono no lineal, se relaciona con el valor de resistencia en el punto medio de la rotación del eje. Por lo tanto, una conicidad logarítmica del 10% mediría el 10% de la resistencia total en el punto medio de la rotación; es decir, una conicidad logarítmica del 10% en un potenciómetro de 10 kOhm produciría 1 kOhm en el punto medio. Cuanto mayor sea el porcentaje, más pronunciada será la curva logarítmica.

Potenciómetro cónico lineal

Un potenciómetro cónico lineal ( lineal describe la característica eléctrica del dispositivo, no la geometría del elemento resistivo) tiene un elemento resistivo de sección transversal constante, lo que da como resultado un dispositivo donde la resistencia entre el contacto (limpiador) y un terminal final es proporcional a la distancia entre ellos. Los potenciómetros de cono lineal se utilizan cuando la relación de división del potenciómetro debe ser proporcional al ángulo de rotación del eje (o la posición del deslizador), por ejemplo, los controles utilizados para ajustar el centrado de la pantalla en un osciloscopio de rayos catódicos analógico . Los potenciómetros de precisión tienen una relación precisa entre la resistencia y la posición del deslizador.

Potenciómetro de precisión Beckman Helipot

Potenciómetro logarítmico

Un potenciómetro de cono logarítmico es un potenciómetro que tiene un sesgo integrado en el elemento resistivo. Básicamente, esto significa que la posición central del potenciómetro no es la mitad del valor total del potenciómetro. El elemento resistivo está diseñado para seguir un cono logarítmico, también conocido como exponente matemático o perfil "cuadrado". Un potenciómetro de cono logarítmico está construido con un elemento resistivo que se "estrecha" de un extremo al otro, o está hecho de un material cuya resistividad varía de un extremo al otro. Esto da como resultado un dispositivo donde el voltaje de salida es una función logarítmica de la posición del control deslizante.

La mayoría de los potenciómetros "log" (más baratos) no son logarítmicos con precisión, pero utilizan dos regiones de resistencia diferente (pero resistividad constante) para aproximarse a una ley logarítmica. Las dos pistas resistivas se superponen aproximadamente al 50% de la rotación del potenciómetro; esto da una conicidad logarítmica escalonada. También se puede simular un potenciómetro logarítmico (no con mucha precisión) con uno lineal y una resistencia externa. Los verdaderos potenciómetros logarítmicos son significativamente más caros.

Los potenciómetros de cono logarítmico se utilizan a menudo para el volumen o el nivel de la señal en los sistemas de audio, ya que la percepción humana del volumen de audio es logarítmica, de acuerdo con la ley de Weber-Fechner .

Reóstato

La forma más común de variar la resistencia en un circuito de forma continua es utilizar un reóstato . Básicamente se utiliza para ajustar la magnitud de la corriente en un circuito cambiando la longitud. La palabra reóstato fue acuñada alrededor de 1845 por Sir Charles Wheatstone , del griego ῥέος rheos que significa "corriente", y - στάτης - estados (de ἱστάναι histanai , "establecer, hacer que se apoye ") que significa "establecedor, dispositivo regulador" que es una resistencia variable de dos terminales. El término "reóstato" se está volviendo obsoleto, y el término general "potenciómetro" lo reemplaza. Para aplicaciones de baja potencia (menos de aproximadamente 1 vatio), a menudo se usa un potenciómetro de tres terminales, con un terminal desconectado o conectado al limpiaparabrisas.

Donde el reóstato debe tener una potencia más alta (más de aproximadamente 1 vatio), puede construirse con un cable de resistencia enrollado alrededor de un aislante semicircular, con el limpiador deslizándose de una vuelta del cable a la siguiente. A veces, un reóstato está hecho de alambre de resistencia enrollado en un cilindro resistente al calor, con el deslizador hecho de varios dedos de metal que se agarran ligeramente a una pequeña porción de las vueltas del alambre de resistencia. Los "dedos" se pueden mover a lo largo de la bobina de alambre de resistencia mediante una perilla deslizante, cambiando así el punto de "golpeteo". Los reóstatos bobinados fabricados con clasificaciones de hasta varios miles de vatios se utilizan en aplicaciones como accionamientos de motores de CC, controles de soldadura eléctrica o en los controles de generadores. La clasificación del reóstato se da con el valor de resistencia total y la disipación de potencia permitida es proporcional a la fracción de la resistencia total del dispositivo en el circuito. Los reóstatos de pila de carbón se utilizan como bancos de carga para probar baterías de automóviles y fuentes de alimentación.

Reóstato de 1843 de Charles Wheatstone con un cilindro de metal y madera
El reóstato de Charles Wheatstone de 1843 con un bigote en movimiento
Símbolo electrónico para reóstato
Símbolo electrónico para reóstato preestablecido
Un potenciómetro bobinado de alta potencia

Potenciómetro digital

Un potenciómetro digital (a menudo llamado digipot) es un componente electrónico que imita las funciones de los potenciómetros analógicos. Mediante señales de entrada digitales se puede ajustar la resistencia entre dos terminales, como en un potenciómetro analógico. Hay dos tipos funcionales principales: volátiles, que pierden su posición establecida si se desconecta la alimentación, y generalmente están diseñados para inicializarse en la posición mínima, y no volátiles, que conservan su posición establecida mediante un mecanismo de almacenamiento similar a la memoria flash o EEPROM. .

El uso de un digipot es mucho más complejo que el de un potenciómetro mecánico simple, y hay muchas limitaciones que observar; sin embargo, se utilizan ampliamente, a menudo para el ajuste de fábrica y la calibración de equipos, especialmente cuando las limitaciones de los potenciómetros mecánicos son problemáticas. Un digipot es generalmente inmune a los efectos de vibraciones mecánicas moderadas a largo plazo o contaminación ambiental, en la misma medida que otros dispositivos semiconductores, y puede protegerse electrónicamente contra manipulación no autorizada protegiendo el acceso a sus entradas de programación por varios medios.

En equipos que tienen un microprocesador , FPGA u otra lógica funcional que puede almacenar configuraciones y recargarlas en el "potenciómetro" cada vez que se enciende el equipo, se puede usar un DAC multiplicador en lugar de un digipot, y esto puede ofrecer una configuración más alta. resolución, menos desviaciones con la temperatura y más flexibilidad operativa.

Potenciómetros de membrana

Un potenciómetro de membrana usa una membrana conductora que es deformada por un elemento deslizante para entrar en contacto con un divisor de voltaje de resistencia. La linealidad puede oscilar entre 0,50% y 5% según el material, el diseño y el proceso de fabricación. La precisión de repetición suele estar entre 0,1 mm y 1,0 mm con una resolución teóricamente infinita. La vida útil de estos tipos de potenciómetros es típicamente de 1 millón a 20 millones de ciclos, dependiendo de los materiales utilizados durante la fabricación y el método de actuación; Hay disponibles métodos de contacto y sin contacto (magnéticos) (para detectar la posición). Hay muchas variaciones de materiales diferentes disponibles, como PET , FR4 y Kapton. Los fabricantes de potenciómetros de membrana ofrecen variaciones lineales, giratorias y específicas de la aplicación. Las versiones lineales pueden variar de 9 mm a 1000 mm de longitud y las versiones rotativas varían de 20 a 450 mm de diámetro, cada una con una altura de 0,5 mm. Los potenciómetros de membrana se pueden utilizar para la detección de posición.

Para los dispositivos de pantalla táctil que utilizan tecnología resistiva, un potenciómetro de membrana bidimensional proporciona las coordenadas xey. La capa superior es vidrio delgado espaciado cerca de una capa interior vecina. La parte inferior de la capa superior tiene un revestimiento conductor transparente; la superficie de la capa debajo tiene un revestimiento resistivo transparente. Un dedo o un lápiz óptico deforma el vidrio para entrar en contacto con la capa subyacente. Los bordes de la capa resistiva tienen contactos conductores. La localización del punto de contacto se realiza aplicando un voltaje a los bordes opuestos, dejando los otros dos bordes temporalmente desconectados. El voltaje de la capa superior proporciona una coordenada. Desconectar esos dos bordes y aplicar voltaje a los otros dos, antes desconectados, proporciona la otra coordenada. Alternar rápidamente entre pares de bordes proporciona actualizaciones de posición frecuentes. Un convertidor de analógico a digital proporciona datos de salida.

Las ventajas de tales sensores son que solo se necesitan cinco conexiones al sensor y la electrónica asociada es comparativamente simple. Otra es que cualquier material que deprima la capa superior en un área pequeña funciona bien. Una desventaja es que se debe aplicar suficiente fuerza para hacer contacto. Otra es que el sensor requiere una calibración ocasional para hacer coincidir la ubicación táctil con la pantalla subyacente. (Los sensores capacitivos no requieren calibración ni fuerza de contacto, solo la proximidad de un dedo u otro objeto conductor. Sin embargo, son significativamente más complejos).

Aplicaciones

Los potenciómetros rara vez se utilizan para controlar directamente cantidades significativas de energía (más de un vatio aproximadamente). En su lugar, se utilizan para ajustar el nivel de señales analógicas (por ejemplo, controles de volumen de equipos de audio ) y como entradas de control para circuitos electrónicos. Por ejemplo, un atenuador de luz usa un potenciómetro para controlar la conmutación de un TRIAC y así indirectamente para controlar el brillo de las lámparas.

Los potenciómetros preestablecidos se utilizan ampliamente en la electrónica donde sea que se deban realizar ajustes durante la fabricación o el mantenimiento.

Los potenciómetros accionados por el usuario se utilizan ampliamente como controles de usuario y pueden controlar una amplia variedad de funciones del equipo. El uso generalizado de potenciómetros en la electrónica de consumo disminuyó en la década de 1990, y los codificadores incrementales rotativos , los botones pulsadores arriba / abajo y otros controles digitales ahora son más comunes. Sin embargo, permanecen en muchas aplicaciones, como controles de volumen y sensores de posición.

Control de audio

Potenciómetros deslizantes ( faders )

Los potenciómetros de baja potencia, tanto deslizantes como giratorios, se utilizan para controlar el equipo de audio, cambiar el volumen, la atenuación de frecuencia y otras características de las señales de audio.

El 'log pot', es decir, un potenciómetro tiene una resistencia, ahusamiento o "curva" (o ley) de forma logarítmica (log), se usa como control de volumen en amplificadores de potencia de audio , donde también se le llama un "potenciómetro de audio", porque la respuesta de amplitud del oído humano es aproximadamente logarítmica. Asegura que en un control de volumen marcado de 0 a 10, por ejemplo, un ajuste de 5 suena subjetivamente la mitad de alto que un ajuste de 10. También hay un potenciómetro anti-log o un ajuste de audio inverso que es simplemente el reverso de un logarítmico. potenciómetro. Casi siempre se utiliza en una configuración combinada con un potenciómetro logarítmico, por ejemplo, en un control de balance de audio.

Los potenciómetros utilizados en combinación con redes de filtros actúan como controles de tono o ecualizadores .

En los sistemas de audio, la palabra lineal a veces se aplica de manera confusa para describir potenciómetros deslizantes debido a la naturaleza de línea recta del movimiento deslizante físico. La palabra lineal cuando se aplica a un potenciómetro, independientemente de que sea de tipo deslizante o giratorio, describe una relación lineal de la posición de la olla frente al valor medido de la clavija del grifo (limpiador o salida eléctrica) de la olla.

Televisión

Los potenciómetros se usaban anteriormente para controlar el brillo, el contraste y la respuesta del color de la imagen. A menudo se usaba un potenciómetro para ajustar la "retención vertical", lo que afectaba la sincronización entre el circuito de barrido interno del receptor (a veces un multivibrador ) y la señal de imagen recibida, junto con otras cosas como el desplazamiento de la portadora de audio y video, la frecuencia de sintonización (para empujar -conjuntos de botones) y así sucesivamente. También ayuda en la modulación de frecuencia de las ondas.

Control de movimiento

Los potenciómetros se pueden utilizar como dispositivos de retroalimentación de posición para crear un control de bucle cerrado , como en un servomecanismo . Este método de control de movimiento es el método más simple de medir el ángulo o el desplazamiento.

Transductores

Los potenciómetros también se utilizan mucho como parte de los transductores de desplazamiento debido a la simplicidad de construcción y porque pueden dar una gran señal de salida.

Cálculo

En las computadoras analógicas , los potenciómetros de alta precisión se utilizan para escalar resultados intermedios por factores constantes deseados o para establecer las condiciones iniciales para un cálculo. Se puede utilizar un potenciómetro accionado por motor como generador de funciones , utilizando una tarjeta de resistencia no lineal para proporcionar aproximaciones a las funciones trigonométricas. Por ejemplo, la rotación del eje podría representar un ángulo y la relación de división de voltaje se puede hacer proporcional al coseno del ángulo.

Teoría de operación

Un potenciómetro con una carga resistiva, que muestra resistencias fijas equivalentes para mayor claridad.

El potenciómetro se puede usar como divisor de voltaje para obtener un voltaje de salida ajustable manualmente en el deslizador (limpiaparabrisas) a partir de un voltaje de entrada fijo aplicado a través de los dos extremos del potenciómetro. Este es su uso más común.

El voltaje en $R L$ se puede calcular mediante:

{\ displaystyle V _ {\ mathrm {L}} = {R_ {2} R _ {\ mathrm {L}} \ sobre R_ {1} R _ {\ mathrm {L}} + R_ {2} R _ {\ mathrm {L }} + R_ {1} R_ {2}} \ cdot V_ {s}.}

Si $R L$ es grande en comparación con las otras resistencias (como la entrada a un amplificador operacional ), el voltaje de salida se puede aproximar mediante la ecuación más simple:

{\ Displaystyle V _ {\ mathrm {L}} = {R_ {2} \ over R_ {1} + R_ {2}} \ cdot V_ {s}.}

(dividiendo por

R L

y cancelando términos con

R L

como denominador)

Como ejemplo, suponer , , , y ${\ Displaystyle V _ {\ mathrm {S}} = 10 \ \ mathrm {V}}$ ${\ Displaystyle R_ {1} = 1 \ \ mathrm {k \ Omega}}$ ${\ Displaystyle R_ {2} = 2 \ \ mathrm {k \ Omega}}$ ${\ Displaystyle R _ {\ mathrm {L}} = 100 \ \ mathrm {k \ Omega}.}$

Dado que la resistencia de carga es grande en comparación con las otras resistencias, la tensión de salida $V L$ será aproximadamente:

{\ Displaystyle {2 \ \ mathrm {k \ Omega} \ over 1 \ \ mathrm {k \ Omega} +2 \ \ mathrm {k \ Omega}} \ cdot 10 \ \ mathrm {V} = {2 \ over 3 } \ cdot 10 \ \ mathrm {V} \ approx 6.667 \ \ mathrm {V}.}

Debido a la resistencia de carga, sin embargo, que en realidad será ligeramente inferior: $\approx 6.623 V$ .

Una de las ventajas del divisor de potencial en comparación con una resistencia variable en serie con la fuente es que, mientras que las resistencias variables tienen una resistencia máxima donde siempre fluirá algo de corriente , los divisores pueden variar el voltaje de salida del máximo ( $V S$ ) a tierra (cero voltios) mientras el limpiaparabrisas se mueve de un extremo al otro del potenciómetro. Sin embargo, siempre existe una pequeña cantidad de resistencia de contacto .

Además, la resistencia de la carga a menudo no se conoce y, por lo tanto, simplemente colocar una resistencia variable en serie con la carga podría tener un efecto insignificante o excesivo, dependiendo de la carga.

Ver también

Referencias

Otras lecturas

El manual del potenciómetro ; 1ed; Carl Todd; McGraw-Hill; 300 páginas; 1975; ISBN 978-0070066908 . (descargar)

Languages

In other projects