Потенциометры обладают рядом преимуществ, в том числе простой конструкцией, низкой стоимостью, широким диапазоном сопротивления, простотой эксплуатации и зрелой технологией. Являясь надежными устройствами, они контролируют, измеряют и точно определяют напряжение в электронных и электрических системах посредством линейного или вращательного движения. В практических приложениях важно понимать технические параметры потенциометров, чтобы правильно их выбирать и использовать, обеспечивая бесперебойную работу цепи.
Что такое потенциометр?
Потенциометр обычно состоит из резистивного элемента и подвижного контакта. Когда контакт перемещается по резистивному элементу, он создает сопротивление или напряжение на выходе, пропорциональное смещению. Потенциометры могут функционировать как трехконтактные или двухконтактные устройства. Последние можно рассматривать как переменные резисторы, поскольку их роль в цепи заключается в получении выходного напряжения, связанного с входным напряжением (приложенным напряжением), отсюда и название «потенциометр».
Символ потенциометра
Схематический символ потенциометра — «RP», где «r» обозначает резистор, а «p» — наличие функции регулировки.
Принцип работы потенциометра
Потенциометр — это регулируемый электронный компонент. Когда напряжение подается на два фиксированных контакта резистивного элемента, поворот или сдвиг ползунка изменяет его положение вдоль резистивного элемента, в результате чего напряжение зависит от положения ползунка. Он в основном используется в качестве делителя напряжения, что делает его четырехконтактным компонентом. По сути, потенциометр — это разновидность скользящего реостата, который обычно используется для регулировки громкости в динамиках и регулировки мощности в лазерных устройствах.
Как подключить потенциометр?
Стандартный потенциометр имеет три вывода; сопротивление между внешними выводами является фиксированным, а сопротивление между средним выводом и любым из внешних выводов является переменным. Другими словами, потенциометр делится на два последовательных резистора от среднего вывода с фиксированным суммарным сопротивлением. При использовании в качестве переменного делителя напряжения один внешний вывод подключается к входному напряжению, средний вывод подключается к выходу, а другой внешний вывод подключается к земле. В качестве переменного резистора один внешний вывод подключается к входному напряжению, средний вывод подключается к выходу, а оставшийся вывод может оставаться неподключенным или подключаться к среднему выводу.
Пример использования потенциометра
Считывание значений потенциометра
Цель:
Просмотрите входные значения потенциометра с помощью последовательного монитора. Потенциометр действует как аналоговое входное устройство, соответствующее портам A0–A5. В этом эксперименте я использовал интерфейс A0.
Настройка схемы:
Код:
int sensorValue = 0; // Potentiometer voltage value
void setup() {
Serial.begin(9600); // Open the serial port and set baud rate
}
void loop() {
sensorValue = analogRead(A0); // Read analog value from A0
Serial.print("Value= ");
Serial.println(sensorValue); // Output value to the serial monitor
Serial.println(sensorValue, HEX); // Output value in hexadecimal to the serial monitor
delay(100);
}
Результаты:
При вращении ручки потенциометра на серийном мониторе отображаются значения от 0 до 1024.
Объяснение кода:
(1) Последовательный монитор: этот инструмент позволяет наблюдать за изменениями данных во время экспериментов. Например, в этом эксперименте мы отслеживаем изменения в аналоговом выводе A0.
(2) Команды последовательного монитора:
- Serial.begin(baudRate): устанавливает скорость передачи данных для последовательной передачи данных. По умолчанию скорость передачи данных для Arduino составляет 9600 бит/с, однако в зависимости от требований устройства можно указать и другие значения.
- Serial.print vs. Serial.println: разница заключается в том, что ln указывает на новую строку.
- Serial.println(b) выводит ASCII-код b в десятичной системе, за которым следует возврат каретки и перенос строки.
Другие форматы включают двоичный, восьмеричный, десятичный и шестнадцатеричный.
(3) analogRead(): Считывает аналоговые значения. В этом эксперименте он считывает значение с аналогового контакта A0.
Управление яркостью светодиодов с помощью потенциометра
Цель:
Измените яркость светодиода, поворачивая потенциометр.
Настройка схемы:
- Потенциометр: OUT подключается к A0, VCC к 5V платы разработчика, GND к GND.
- Светодиод: положительный вывод подключается к цифровому выводу 10, отрицательный вывод подключается к GND.
Код:
int sensorValue = 0; // Potentiometer voltage value
int outputValue = 0; // Analog output (PWM) value
void setup() {
pinMode(10, OUTPUT);
Serial.begin(9600); // Initialize serial port at 9600 baud
}
void loop() {
sensorValue = analogRead(A0); // Read analog value
outputValue = map(sensorValue, 0, 1023, 0, 255); // Map value range
analogWrite(9, outputValue); // Output PWM value to control LED brightness
Serial.print("sensor = ");
Serial.print(sensorValue);
Serial.print("\t output = ");
Serial.println(outputValue);
delay(10);
}
Объяснение кода:
(1) Функция map: эта функция пропорционально преобразует переменную из одного диапазона в другой. Например, для преобразования значений сопротивления потенциометра (0-1023) в выходные сигналы PWM (0-255) можно эффективно использовать эту функцию.
(2) analogRead(): считывает аналоговое значение с подключенного интерфейса.
Применение потенциометров
Потенциометры в основном используются в электронной технике в двух формах: для регулировки тока и для регулировки напряжения.
В качестве регулятора тока: используется в генераторах для производства переменного тока, который затем преобразуется из низкого напряжения в высокое и поступает в трансформаторы для распределения потребителям.
В качестве делителя напряжения: используется аналогичным образом для регулировки напряжения нагрузки.
Меры предосторожности при использовании потенциометров
Выбирайте различные типы потенциометров в зависимости от сценариев использования. Для цепей высокой мощности используйте потенциометры проволочного типа; для цепей питания, требующих точной регулировки напряжения, используйте подстроечные потенциометры. Крайне важно выбирать материалы, конструкции, типы, технические характеристики и методы регулировки в соответствии с конкретными требованиями цепи.
- Во время установки не затягивайте фиксирующую гайку слишком сильно, так как чрезмерное усилие может помешать вращению вала потенциометра.
- Избегайте попадания влаги, конденсата и мусора на поверхность потенциометра, чтобы предотвратить внутренние повреждения.
- Избегайте ненужных регулировок потенциометра, когда он не используется, так как каждое вращение может изнашивать внутренний вал, что в конечном итоге приведет к выходу из строя.
