Potentiometri
Potentiometri.jpg
10 kilo-ohmin lineaarinen yksikierrospotentiometri


Potentiometri (tai puhekielessä "potikka") on kolminapainen portaattomasti käsin säädettävä mekaaninen säätövastus. Käyttökohteesta riippuen potentiometriä voidaan kutsua myös jännitteen jakajaksi.

Toimintaperiaate


Kappaleen resistanssi riippuu aineen ominaisuuksista ja kappaleen mitoista. Esimerkiksi lankamaisen johtimen resistanssi on verrannollinen langan pituuteen ja käänteisesti verrannollinen sen poikkipinta-alaan.[1] Kappaleen resistannsi voidan laskea kun tiedetään vastusmateriaalille ominainen resistiivisyys, vastusmateriaalin poikkipinta-ala sekä vastusmateriaalin pituus kaavalla:
Resistanssi.png

Lineaarisen säätöalueen potentiometrin tapauksessaa vastusmateriaalin resistiivisyys ja pinta-ala pysyy vakiona, jolloin vastusmateriaalin pituutta muuttamalla komponentin yli oleva resistanssi muttuu samassa suhteessa.

Rakenne


Potentiometri kostuu vastusmateriaalista, liukukontaktista ja liittimistä. Vastusmateriaalin vastakkaisiin päihin on kytketty liitosnastat 1 ja 3, joiden välillä pysyy aina vakio resistanssi. Liitosnasta 2. (keskimmäinen) on kytketty liukukontaktiin, joka on asennettu niin että sen ja vastusmateriaalin välistä kontaktipistettä voidaan muuttaa portaattomasti. Tällöin liukukontaktin ja laiitosnastojen 1 ja 3 välisen vastusmateriaalin pituudet muuttuvat. Näin ollen myös kyseisten välien resistanssiarvot muuttuvat.

Potentiometri_purettuna.jpg
Purettu 10 kilo-ohmin lineaarin yksikierrospotentiometri: Osat vasemmalta suojakansi, liukukosketin, vastusnauha, komponentin runko, liitosmutteri ja käyttöakslei

Potentiometrin eri tyypejä


Potentiometrit voivat erota toisistaan rakenteellisesti sekä ulkonäöllisesti käyttökohteen mukaan. Toiminnalisesti potentiometrit voidaan jakaa lineaarisiin ja logaritmisiin potentiometrihin. Rakenteen perusteella potentiometrit voidaan karkeasti jakaa aksiaalisella säädöllä oleviin yksi ja monikierrospotentiometreihin sekä liukupotentiometreihin, joita säätö tapahtuu eteen-taakse suunnassa.

Markkinoilta löytyy myös erilaisia erikoispotentiometrejä, kuten stereopotentiometrit, joilla audiokäytössä voidaan samanaikaisesti säätää kahta kanavaa yhdellä säätöakselilla. Audiokäytössa on myös melko yleistä että potentiometrin yhteyteen rakennetaan virtakytkin, jolloin yhdellä säätimellä sekä hallita äänenvoimakkuutta, että sammuttaa laite.

Lineaarin ja logaritminen potentiometri[2]


Lineaarisella potentiometrillä vastusarvo säätyy suoraan verranollisesti säätöarvoon nähden. Toisin sanoen jos potentiometri säädetään säätöalueen puoleenväliin, on vastusarvo puolet maksimivastusarvosta. Lisäksi lineaaripotentiometrin vastusarvo muuttuu tietyn suuruisella säätöasetuksen muutoksella aina saman verran, riippumatta siitä toimitaanko säätöalueen ylä tai alapäässä. Lineaarinen potentiometri on usein varustettu joko merkinnällä "LIN" tai kirjaimella B.

Logaritmisen potentiometrin vastusarvo kasvaa sitä nopeammin mitä pidemmälle säätöasetusta viedään. Tästä ominaisuudesta on hyötyä esimerkiksi audiokäytössä, jolloin tietty tietyn suuruinen potentiometrin säätöasetuksen muutos muuttaa potentiometrillä säädettävää signaalia vastaavan määrän desibeleinä, jonka ansiosta ihmisen äänenvoimakkuuden aistimus muuttuu lähes suoraan verrannollisesti säätöasetukseen verrattuna. Logaritmista potentiometriä merkitään usein merkinnällä "LOG" tai kirjaimella A

Jako rakenteen mukaan


Kiertopotentiometrien säätö tapahtuu säätöakselia kääntämällä. Yksikierrospotentiometrien säätöalue on yleensä alle 300 astetta, eli ei aivan täyttä kierrosta, koska vastusnauha on hevosenkengän muotoinen. Monikierrospotentiometrin vastusnauha on spiraalin muodossa ja sille saavutetaan huomattavasti tarkempi säätö varrattuna yksikierrospotentiometriin, koska säätöalue voi olla moninkertainen. Toisaalta monikierrospotentiometri on rakenteeltaan monimutkaisempi ja sen valmistus on näinollen kalliimpaa.

Trimmeriksi kutsutaan kiertopotentiometriä, jota säädetään ruuvimeisselillä tai jollain muulla työkalulla. Trimmereitä käytetään yleensä sellaisissa sovelluksissa, joissa säätö joudutaan tekemään vain kerran, tai kun halutaan ettei piirin toimintaan perehtymätön käyttäjä muuta kyseistä säätöarvoa.

Liukupotentiometrin säätäminen tapahtuu liuttamlaa säädintä eteen-taakse sunnassa.

Jako vastusmateriaalin mukaan[3] [4] [5]


Hiilikalvo - Vastusmateriaalina resistiivinen hiilikalvo. Peruspotentiometri, jolla on kohtuullinen tarkkuus, kesto ja kohinataso. Hinnaltaan edullinen. Tehonkesto n. 0.1-0.5 W

Cermet - Vastusmateriaalina keramiikasta ja jalometallista koostuva komposiitti. Matala kohinataso ja korkea tarkkuus. Hinta korkea ja käyttöikä melko rajallinen. Tehonkesto n. 0.25-2 W

Muovipotentiometri - Vastusmateriaalina sähköä johtava resistiivinen erikoismuovi. Todella hyvä tarkkuus. Kestää hyvin jatkuvaa säätöä. Matala kohinataso. Korkea hinta. Tehonkesto 0.25-0.5 W

Lankapotentiometri - Vastusmateriaalina resitiivinen metalli lanka, joka on kierretty eristemateriaalin ympärille. Säätö ei ole täysin portaaton (liukukosketin siirtyy "pykälittäin" vastuslangan kierrokselta toiselle). Ei sovellu korkeille taajuuksille, koska kierretty vastuslanka muistuttaa rakenteeltaan kelaa. Tarkkuus erinomainen ja kestoikä lähes ikuinen. Tehoinkesto korkea, jopa 50W

Yleisimpiä käyttökohteita


Audiokäytössä potentiometrillä voidaan toteuttaa yksinkertainen volume-säätö. Potentiometrin ylimpään nastaan kytketään säädettävä signaali, alin nasta kytketään maahan ja keskimmäisestä nastasta (ns. väliulosotosta) saadaan ulos tasoltaan säädetty signaali. Tällöin potentiometri toimii jännitteenjakajana, ja keskimmäiseen nastaan saadaan liukukontaktia säätämällä mikä tahanasa jännitetaso signaalin ja maan väliltä.

Jos potentiometriä halutaan käyttää säätövastuksena, kytketään potentiometri piiriin toisesta päätynastasta sekä keskinastasta. Tällöin liukukontaktia säätämällä kytkentäpisteiden välille saadaan mikä tahansa resistanssi 0 ja potentiometrin nimellisarvon väliltä.
  1. ^ http://en.wikipedia.org/wiki/Resistivity
  2. ^ http://sound.westhost.com/pots.htm
  3. ^ http://sound.westhost.com/pots.htm
  4. ^ http://www.tkk.fi/Yksikot/Elektroniikka/Toiminta/Ohjeet/vasttyyp.htm
  5. ^ http://gallia.kajak.fi/opmateriaalit/yleinen/HonHar/ma/ELE_VASTUKSET.pdf