Qué es un potenciómetro : Construcción y su funcionamiento

El potenciómetro es un instrumento eléctrico que se utiliza para medir la FEM (fuerza electromotriz) de una célula determinada, la resistencia interna de una célula. Y también se utiliza para comparar los CEM de diferentes células. También puede utilizarse como resistencia variable en la mayoría de las aplicaciones. Estos potenciómetros se utilizan en grandes cantidades en la fabricación de equipos electrónicos que permiten ajustar los circuitos electrónicos para obtener las salidas correctas. Aunque su uso más evidente debe ser para los controles de volumen de las radios y otros equipos electrónicos utilizados para el audio.


Índice de Contenido
  1. Salida de los pines de los potenciómetros
    1. ¿Cómo elegir un potenciómetro?
    2. Construcción y principio de funcionamiento
  2. Tipos de potenciómetros
    1. Características
    2. Diferencia entre potenciómetro y voltímetro
    3. Reóstato vs. Potenciómetro
    4. Ventajas
    5. Desventajas
    6. Aplicaciones de los potenciómetros

Salida de los pines de los potenciómetros

A continuación se muestra el diagrama de patillas del potenciómetro Trimpot. Estos potenciómetros están disponibles en diferentes formas e incluyen tres cables. Estos componentes pueden colocarse fácilmente en una protoboard para facilitar la creación de prototipos. Este potenciómetro incluye una perilla sobre él y se utiliza para cambiar su valor modificándolo.

Salida de las clavijas del potenciómetro

Pin1 (Extremo fijo): La conexión de este extremo fijo1 puede hacerse a un extremo del recorrido resistivo

Pin2 (extremo variable): La conexión de este extremo variable se puede realizar conectándolo al rascador para que proporcione una tensión variable

Pin3 (Extremo fijo): La conexión de este otro extremo fijo se puede hacer conectándolo a otro extremo del recorrido resistivo

¿Cómo elegir un potenciómetro?

El potenciómetro también se llama POT o resistencia variable. Se utilizan para proporcionar una resistencia variable con sólo cambiar el mando del potenciómetro. Su clasificación puede hacerse en función de dos parámetros importantes como la Resistencia (R-ohmios) y la Potencia (P-Vatios).

Potenciómetro
Potenciómetro

La resistencia del potenciómetro, o su valor, decide principalmente la resistencia que ofrece al flujo de corriente. Cuando el valor de la resistencia es alto, fluye menos corriente. Algunos de los potenciómetros son 500Ω, 1K ohm, 2K ohm, 5K ohm, 10K ohm, 22K ohm, 47K ohm, 50K ohm, 100K ohm, 220K ohm, 470K ohm, 500K ohm, 1M.

La clasificación de las resistencias depende principalmente de la cantidad de corriente que permite pasar por ella, lo que se conoce como potencia nominal. La potencia nominal de un potenciómetro es de 0,3 W y, por tanto, puede utilizarse simplemente para circuitos de baja corriente.

Todavía hay varios tipos de potenciómetros y su selección depende principalmente de ciertas necesidades como las siguientes

  • Las necesidades de la estructura
  • Las características del cambio de resistencia
  • Elige el tipo de potenciómetro en función de las necesidades de uso
  • Elige los parámetros en función de las necesidades del circuito

Construcción y principio de funcionamiento

El potenciómetro consta de un largo hilo resistivo L formado por magnum o con constantan y una pila de EMF conocida V. Esta tensión se llama tensión de la célula conductora. Conecta los dos extremos del cable resistivo L a los terminales de la batería como se muestra a continuación; supongamos que se trata de una disposición de circuito primario.

Un terminal de otra célula (cuyo EMF E debe medirse) está en un extremo del circuito primario y el otro extremo del terminal de la célula está conectado a cualquier punto del cable resistivo a través de un galvanómetro G. Supongamos ahora que esta disposición es un circuito secundario. La disposición del potenciómetro es la que se muestra a continuación.

Construcción del potenciómetro
Construcción de un potenciómetro

El principio básico de funcionamiento se basa en el hecho de que la caída del potencial a través de cualquier porción del cable es directamente proporcional a la longitud del mismo, siempre que el cable tenga un área de sección transversal uniforme y la corriente constante fluya a través de él: "Cuando no hay diferencia de potencial entre dos nodos cualesquiera, fluye la corriente eléctrica".

Ahora bien, el hilo del potenciómetro es en realidad un hilo de alta resistividad (ῥ) con una sección transversal uniforme A. Por tanto, en todo el cable tiene una resistencia uniforme. Ahora este terminal del potenciómetro está conectado a la célula de alta EMF V (sin tener en cuenta su resistencia interna) llamada célula conductora o la fuente de tensión. Sea la corriente que atraviesa el potenciómetro I y R la resistencia total del potenciómetro.

Entonces, por la ley de Ohms, V=IR

Sabemos que R= ῥL/A

Por tanto, V= I ῥL/A

Como ῥ y A son siempre constantes y la corriente I se mantiene constante mediante un reóstato.

Entonces L ῥ/A=K (constante)

Por tanto, V= KL. Supongamos ahora que se pone en el circuito una célula E de menor EMF que la célula del conductor, como se ha indicado anteriormente. Digamos que tiene un EMF E. Ahora en el cable del potenciador digamos que en la longitud x el potenciador se ha convertido en E.

E= L ῥx/A=Kx

Cuando esta célula se pone en el circuito como se muestra en la figura anterior con un jokey conectado a la longitud correspondiente (x), no habrá flujo de corriente a través del galvanómetro porque cuando la diferencia de potencial es igual a cero, no fluye corriente a través de él.

Por tanto, el galvanómetro G muestra una detección nula. Entonces la longitud (x) se llama longitud del punto nulo. Ahora, conociendo la constante K y la longitud x, podemos hallar el EMF desconocido.

E= L ῥx/A=Kx

En segundo lugar, también se puede comparar el CEM de dos celdas, dejando que la primera celda del CEM E1 tenga un punto nulo en una longitud= L1 y la segunda celda del CEM E2 tenga un punto nulo en una longitud= L2

Entonces,

E1/E2= L1/L2

¿Por qué se elige el potenciómetro en lugar del voltímetro?

Cuando utilizamos el Voltímetro, la corriente fluye por el circuito, y debido a la resistencia interna de la célula, siempre el potencial terminal será menor que el potencial real de la célula. En este circuito, cuando la diferencia de potencial está equilibrada (utilizando un Galvanómetro de detección nula), no fluye corriente en el circuito, por lo que el potencial terminal será igual al potencial real de la célula. Así podemos entender que el Voltímetro mide el potencial terminal de una célula, pero éste mide el potencial real de la célula. Los símbolos esquemáticos de esto se muestran a continuación.

Símbolos del potenciómetro
Símbolos de los potenciómetros

Tipos de potenciómetros

Un potenciómetro también se conoce comúnmente como olla. Estos potenciómetros tienen tres conexiones de terminales. Uno de los terminales está conectado a un contacto deslizante llamado "wiper" y los otros dos terminales están conectados a una pista de resistencia fija. El rascador puede moverse a lo largo de la pista resistiva mediante un control deslizante lineal o un contacto "rascador" rotativo. Tanto los mandos rotativos como los lineales tienen el mismo funcionamiento básico.

La forma más común del potenciómetro es el potenciómetro rotativo de una vuelta. Este tipo de potenciómetro se utiliza a menudo en el control de volumen de audio (conicidad logarítmica), así como en muchas otras aplicaciones. Se utilizan diferentes materiales para construir los potenciómetros, como la composición de carbono, el cermet, el plástico conductor y la película metálica.

Potenciómetros rotativos

Son el tipo más común de potenciómetros, en los que el rascador se mueve a lo largo de una trayectoria circular. Estos potenciómetros se utilizan principalmente para conseguir un suministro de tensión variable en una fracción de los circuitos. El mejor ejemplo de este potenciómetro giratorio es el regulador de volumen de un transistor de radio, donde el mando giratorio controla el suministro de corriente hacia el amplificador.

Este tipo de potenciómetro incluye dos contactos terminales en los que se puede situar una resistencia consistente en un modelo semicircular. Y también incluye un terminal en el centro que se alía con la resistencia mediante un contacto deslizante que se conecta a través de un mando giratorio. El contacto deslizante se puede girar al girar el pomo sobre la resistencia semicircular. La tensión de éste se puede obtener entre los dos contactos de resistencia y el deslizante. Estos potenciómetros se utilizan siempre que es necesario controlar el nivel de tensión.

Potenciómetros lineales

En estos tipos de Potenciómetros, el rascador se mueve a lo largo de una trayectoria lineal. También se conoce como potenciómetro deslizante, deslizador o fader. Este potenciómetro es similar al de tipo rotativo, pero en este potenciómetro, el contacto deslizante simplemente gira sobre la resistencia de forma lineal. La conexión de los dos terminales de la resistencia se conecta a través de la fuente de tensión. El contacto deslizante de la resistencia se puede mover mediante una trayectoria que se conecta a través de la resistencia.

El terminal de la resistencia está conectado hacia el deslizamiento que está conectado a un extremo de la salida del circuito y otro terminal está conectado al otro extremo de la salida del circuito. Este tipo de potenciómetro se utiliza sobre todo para calcular la tensión en un circuito. Se utiliza para medir la resistencia interna de la célula de la batería y también se utiliza en los sistemas de mezcla del ecualizador de sonido y música.

Potenciómetro mecánico

Hay diferentes tipos de potenciómetros disponibles en el mercado, ya que los de tipo mecánico se utilizan para controlar manualmente el cambio de la resistencia y la salida del dispositivo. Sin embargo, un potenciómetro digital se utiliza para cambiar su resistencia automáticamente en función del estado dado. Este tipo de potenciómetro funciona con la misma precisión que un potenciómetro y su resistencia puede cambiarse a través de la comunicación digital, como SPI, I2C, en lugar de girar el mando directamente.

Estos potenciómetros se llaman POT por su estructura en forma de POT. Incluye tres terminales como i/p, o/p y GND junto con un mando en su pináculo. Este mando funciona como control de la resistencia girándolo en dos direcciones, en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario.

El principal inconveniente de los potenciómetros digitales es que simplemente se ven influidos por diferentes factores ambientales como la suciedad, el polvo, la humedad, etc. Para superar estos inconvenientes, se implementaron los potenciómetros digitales (digiPOT). Estos potenciómetros pueden trabajar en entornos como el polvo, la suciedad y la humedad sin alterar su funcionamiento.

Potenciómetro digital

Los potenciómetros digitales también se denominan digiPOTs o resistencias variables que se utilizan para controlar señales analógicas mediante microcontroladores. Estos tipos de potenciómetros dan una resistencia o/p que es cambiable en función de las entradas digitales. A veces, también se llaman RDAC (convertidores resistivos de digital a analógico). El control de este digipot puede realizarse mediante señales digitales en lugar de mediante un movimiento mecánico.

Cada paso de la escalera de resistencias incluye un interruptor que se conecta al terminal o/p del potenciómetro digital. La relación de la resistencia en el potenciómetro puede determinarse mediante el paso elegido en la escalera. Generalmente, estos pasos se indican con un valor de bits, por ejemplo 8 bits equivalen a 256 pasos.

Este potenciómetro utiliza protocolos digitales como el I²C o el bus SPI (Interfaz Periférica en Serie) para la señalización. La mayoría de estos potenciómetros utilizan una memoria simplemente volátil, de modo que no recuerdan su lugar una vez que se apagan y su lugar final puede almacenarse a través de la FPGA o el microcontrolador al que están conectados.

Características

El características de un potenciómetro incluyen las siguientes.

  • Es extremadamente preciso, ya que funciona con la técnica de evaluación y no con la de desviación para determinar las tensiones no identificadas.
  • Determina el punto de equilibrio, por lo demás nulo, que no necesita potencia para la dimensión.
  • El funcionamiento del potenciómetro está libre de la resistencia de la fuente ya que no hay flujo de corriente en todo el potenciómetro al estar equilibrado.
  • Las principales características de este potenciómetro son la resolución, la conicidad, los códigos de marcado y la resistencia de conexión/salida

Sensibilidad del potenciómetro

La sensibilidad del potenciómetro puede definirse como la menor variación de potencial que se calcula con la ayuda de un potenciómetro. Su sensibilidad depende principalmente del valor del gradiente de potencial (K). Cuando el valor del gradiente de potencial es bajo, la diferencia de potencial que puede calcular un potenciómetro es menor, y entonces la sensibilidad del potenciómetro es mayor.

Así, para una disimilitud de potencial dada, la sensibilidad del potenciómetro puede aumentar mediante el aumento de la longitud del potenciómetro. La sensibilidad del potenciómetro también puede aumentar por las siguientes razones

  • Aumentando la longitud del potenciómetro
  • Disminuyendo el flujo de corriente dentro del circuito a través de un reóstato
  • Ambas técnicas ayudarán a reducir el valor del gradiente de potencial y a aumentar la resistividad.

Diferencia entre potenciómetro y voltímetro

Las principales diferencias entre el potenciómetro y el voltímetro se exponen en la tabla comparativa.

Potenciómetro

Voltímetro

La resistencia del potenciómetro es alta e interminableLa resistencia del voltímetro es alta y limitada
El potenciómetro no toma la corriente de la fuente de emfEl voltímetro extrae un poco de corriente de la fuente de emf
La disparidad de potencial puede calcularse cuando es equivalente a la diferencia de potencial definidaLa diferencia de potencial puede medirse cuando es menor que la diferencia de potencial definida
Su sensibilidad es altaSu sensibilidad es baja
Mide simplemente la emf, es decir, la diferencia de potencialEs un dispositivo flexible
Depende de la técnica de desviación ceroDepende de la técnica de desviación
Se utiliza para medir la emfSirve para medir la tensión en los bornes del circuito

Reóstato vs. Potenciómetro

Las principales diferencias entre el reóstato y el potenciómetro se exponen en la tabla comparativa.

ReóstatoPotenciómetro
Tiene dos terminalesTiene tres terminales
Tiene una sola vueltaTiene un solo giro y varios giros
Se conecta en serie a través de la CargaSe conecta en paralelo a través de la carga
Controla la corrienteControla la tensión
Es lineal simplementeEs lineal y logarítmica
Los materiales utilizados para fabricar el reóstato son el disco de carbono y la cinta metálicaLos materiales utilizados para fabricar el potenciómetro son el grafito
Se utiliza para aplicaciones de alta potenciaSe utiliza para aplicaciones de baja potencia

Medición de la tensión mediante un potenciómetro

La medición de la tensión puede realizarse mediante un potenciómetro en un circuito es un concepto muy sencillo. En el circuito, hay que ajustar el reóstato y ajustar el flujo de corriente a través de la resistencia, de modo que para cada unidad de longitud de la resistencia se pueda caer una tensión exacta.

Ahora tenemos que fijar un extremo de la rama al principio de la resistencia, mientras que el otro extremo puede conectarse hacia el contacto deslizante de la resistencia mediante un galvanómetro. Entonces, ahora tenemos que mover el contacto deslizante sobre la resistencia hasta que el galvanómetro muestre la desviación cero. Una vez que el galvanómetro alcanza su estado cero, tenemos que anotar la lectura de la posición en la escala de la resistencia y en base a ello podemos descubrir la tensión en el circuito. Para una mejor comprensión, podemos ajustar la tensión para cada unidad de longitud de la resistencia.

Ventajas

El ventajas del potenciómetro incluyen las siguientes.

  • No hay posibilidad de obtener errores porque utiliza el método de reflexión cero.
  • La normalización puede hacerse utilizando directamente una célula normal
  • Se utiliza para medir pequeñas emf debido a la alta sensibilidad
  • En función de las necesidades, se puede aumentar la longitud del potenciómetro para obtener precisión.
  • Cuando el potenciómetro se utiliza en el circuito para la medición, no consume corriente.
  • Se utiliza para medir la resistencia interna de una célula, así como para comparar la f.e.m. de dos células, pero utilizando un voltímetro no es posible.

Desventajas

El desventajas del potenciómetro incluyen las siguientes.

  • El uso del potenciómetro no es conveniente
  • El área de la sección transversal del cable del potenciómetro debe ser consistente, por lo que no es posible en la práctica.
  • Al hacer un experimento, la temperatura del cable debe ser estable, pero esto es difícil debido al flujo de corriente.
  • El principal inconveniente es que se necesita una gran fuerza para mover el rascador o los contactos deslizantes. Se produce una erosión debido al movimiento del rascador. Por lo que disminuye la vida del transductor
  • El ancho de banda es limitado.

Célula conductora del potenciómetro

El potenciómetro se utiliza para medir la tensión evaluando la tensión de medición a través de la resistencia del potenciómetro con la tensión. Por tanto, para el funcionamiento del potenciómetro, debe haber una fuente de tensión que se alíe a través del circuito de un potenciómetro. Un potenciómetro puede funcionar con la fuente de tensión que proporciona la célula que se conoce como célula conductora.

Esta célula se utiliza para suministrar la corriente a través de la resistencia del potenciómetro. La resistencia y el producto de la corriente del potenciómetro proporcionarán una tensión completa del dispositivo. Así, esta tensión puede ajustarse para cambiar la sensibilidad del potenciómetro. Normalmente, esto se puede hacer regulando la corriente a través de la resistencia. Se conecta un reóstato con la célula conductora en serie.

El flujo de corriente a lo largo de la resistencia puede controlarse mediante un reóstato que se conecta con la célula conductora en serie. Por tanto, la tensión de la célula conductora debe ser mejor que la tensión medida.

Aplicaciones de los potenciómetros

Las aplicaciones del potenciómetro son las siguientes

Potenciómetro como divisor de tensión

El potenciómetro puede funcionar como divisor de tensión para obtener una tensión de salida ajustable manualmente en el deslizador a partir de una tensión de entrada fija aplicada a través de los dos extremos del potenciómetro. Ahora la tensión de carga a través de RL puede medirse como

Circuito divisor de tensión
Circuito divisor de tensión

VL= R2RL. VS/(R1RL+R2RL+R1R2)

Control de audio

Los potenciómetros deslizantes, uno de los usos más comunes de los modernos potenciadores de baja potencia, son como dispositivos de control de audio. Tanto los potenciadores deslizantes (faders) como los rotatorios (knobs) se utilizan habitualmente para la atenuación de la frecuencia, el ajuste del volumen y para diferentes características de las señales de audio.

Televisión

Los potenciómetros se utilizaban para controlar el brillo de la imagen, el contraste y la respuesta del color. A menudo se utilizaba un potenciómetro para ajustar la "retención vertical", que afectaba a la sincronización entre la señal de imagen recibida y el circuito de barrido interno del receptor (un multivibrador).

Transductores

Una de las aplicaciones más comunes es la medición del desplazamiento. Para medir el desplazamiento del cuerpo, que es móvil, se conecta al elemento deslizante situado en el potenciómetro. Cuando el cuerpo se mueve, la posición del elemento deslizante también cambia en consecuencia, de modo que la resistencia entre el punto fijo y el elemento deslizante cambia. Debido a esto, la tensión a través de estos puntos también cambia.

El cambio en la resistencia o la tensión es proporcional al cambio en el desplazamiento del cuerpo. Así, el cambio de tensión indica el desplazamiento del cuerpo. Esto puede utilizarse para medir el desplazamiento de traslación y de rotación. Como estos potenciómetros funcionan según el principio de la resistencia, también se denominan potenciómetros resistivos. Por ejemplo, la rotación del eje puede representar un ángulo, y la relación de división de la tensión puede hacerse proporcional al coseno del ángulo.

Por tanto, se trata de una visión general de lo que es un Potenciómetro, su construcción, los diferentes tipos, cómo se selecciona, las características, las diferencias, las ventajas, los inconvenientes y sus aplicaciones. Esperamos que hayas comprendido mejor esta información. Además, si tienes alguna duda sobre este concepto o sobre los proyectos de electricidad y electrónica, puedes aportar tus valiosas sugerencias comentando en la sección de comentarios de abajo. Aquí tienes una pregunta: ¿Cuál es la función de un potenciómetro rotativo?

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