Rodzaje potencjometrów i charakterystyki regulacji (A, B, C)

Rodzaje potencjometrów i charakterystyki regulacji (A, B, C)

Potencjometry obrotowe, wieloobrotowe, osiowe, z odczepem lub montażowe – to tylko kilka z wielu dostępnych rodzajów potencjometrów. Oto skrót najważniejszych informacji na ich temat.

Przy okazji omówimy też tzw. charakterystyki regulacji potencjometrów (liniową, wykładniczą oraz logarytmiczną).

Czego dowiesz się z tego artykułu?

Po przeczytaniu tego artykułu będziesz znał ponad 10 rodzajów potencjometrów – od tych najbardziej popularnych (obrotowych), przez potencjometry montażowe, aż do innych typów, które mają specyficzne zastosowania i o których prawdopodobnie wcześniej nie słyszałeś.

Na koniec zajmiemy się odpowiedzią na pytanie, czym są charakterystyki regulacji potencjometrów, oznaczane najczęściej za pomocą liter A, B i C. Dzięki temu jasne będzie, dlaczego rezystancja potencjometru to tylko jeden z kilku ważnych parametrów.

Działanie i zastosowanie potencjometrów

Potencjometry występują w różnych wersjach i odmianach. Podstawowa zasada jest jednak zawsze taka sama – potencjometr to rezystor, który ma trzy wyprowadzenia. Dwa skrajne są wyprowadzeniami tego rezystora – między tymi nóżkami występuje maksymalny opór. Trzecie wyprowadzenie to suwak.

Symbol potencjometru – wersja europejska i amerykańska

Symbol potencjometru – wersja europejska i amerykańska

Mówiąc konkretniej, potencjometr jest odmianą rezystora pozwalającą na dostęp do jego wnętrza za pomocą ruchomego suwaka, stykającego się ze ścieżką oporową wykonaną z materiału rezystancyjnego, którym przeważnie jest węgiel – grafit, dziś coraz częściej także przewodzący plastik, a w lepszych – tzw. cermet albo zwinięty w malutką spiralkę drut oporowy.

Model potencjometru. Przesuwanie czerwonej sondy miernika po grafitowej ścieżce zmienia odczytaną rezystancję

Model potencjometru. Przesuwanie czerwonej sondy miernika po grafitowej ścieżce zmienia odczytaną rezystancję

Rezystor, regulowany rezystor i regulowany dzielnik napięcia

Jeżeli używane są tylko dwa skrajne wyprowadzenia potencjometru, to otrzymujemy zwykły rezystor o stałej wartości. Jeżeli używane są suwak i jedno z wyprowadzeń skrajnych, otrzymujemy regulowany rezystor. Jeżeli wykorzystane są wszystkie trzy końcówki, otrzymujemy regulowany dzielnik napięcia, który składa się z dwóch zmiennych rezystorów.

Różne sposoby użycia potencjometru – od lewej: jako zwykły rezystor (N.C. to oznaczenie wyprowadzenia, które nie jest podłączone), jako zmienny rezystor (2 wersje), jako regulowany dzielnik napięcia (2 wersje)

Różne sposoby użycia potencjometru – od lewej: jako zwykły rezystor (N.C. to oznaczenie wyprowadzenia, które nie jest podłączone), jako zmienny rezystor (2 wersje), jako regulowany dzielnik napięcia (2 wersje)

Rodzaje potencjometrów

Potencjometr to stosunkowo prosty element, który może występować w licznych odmianach. Rodzaje te mogą różnić się wyglądem, budową mechaniczną i sposobem działania. W tej sekcji przedstawione zostały w skrócie najważniejsze informacje o najczęściej spotykanych rodzajach potencjometrów.

Potencjometry obrotowe, potencjometry suwakowe

Symbol potencjometru dokładnie oddaje budowę potencjometru suwakowego. Jednak zdecydowanie częściej wykorzystywane są potencjometry obrotowe, w których ścieżka oporowa ma kształt łuku, a obrót suwaka jest ograniczony do mniej więcej 270 stopni.

Wnętrze potencjometru obrotowego z widocznym suwakiem w kolorze złotym, który przesuwa się po szarej ścieżce oporowej (zdjęcie: Junkyardsparkle, CC0 1.0)

Wnętrze potencjometru obrotowego z widocznym suwakiem w kolorze złotym, który przesuwa się po szarej ścieżce oporowej (zdjęcie: Junkyardsparkle, CC0 1.0)

Do dziś zdecydowana większość klasycznych potencjometrów to potencjometry obrotowe, a nie suwakowe. Tu jednak warto zwrócić uwagę na pewną niekonsekwencję: każdy klasyczny potencjometr ma suwak, więc każdy jest potencjometrem suwakowym. Jednak zwyczajowo określenie „potencjometr suwakowy” dotyczy wersji, w której ścieżka oporowa nie jest łukiem, tylko jest prosta. Takie suwakowe, liniowe potencjometry bywają też nazywane faderami, bo tak określane są główne suwakowe regulatory głośności w mikserach audio.

Potencjometry suwakowe, liniowe spotykane w sprzęcie audio

Potencjometry suwakowe, liniowe spotykane w sprzęcie audio

Potencjometry osiowe, potencjometry liniowe

Zamiast określeń „potencjometr obrotowy” i „potencjometr suwakowy” spotyka się też nazwy „potencjometr osiowy” i „potencjometr liniowy”. Z potencjometrem osiowym problemu nie ma – to na pewno potencjometr obrotowy. Natomiast z określeniem „potencjometr liniowy” jest pewien kłopot. Może ono dotyczyć potencjometrów przeznaczonych do specyficznych zastosowań, np. tzw. potencjometrów membranowych, które zwykle są czujnikami położenia. Potencjometrami liniowymi często nazywane są np. kosztowne czujniki położenia.

Jednak częściej można przyjąć, że potencjometr liniowy to potencjometr suwakowy. Ale nie zawsze – określenie „potencjometr liniowy” może mieć zupełnie inne znaczenie – może nie dotyczyć budowy mechanicznej, tylko charakterystyki regulacji – o czym w dalszej części artykułu.

Potencjometry podwójne, potencjometry koncentryczne

Bardzo popularne są potencjometry sprzężone: podwójne (stereo) i wielokrotne, będące w istocie równoległym połączeniem dwóch lub więcej jednakowych potencjometrów. Przeznaczone są głównie do regulacji w torach audio: stereofonicznych i wielokanałowych.

Podwójny potencjometr sprzężony WH148 (zdjęcie: mat. producenta JCCON)

Podwójny potencjometr sprzężony WH148 (zdjęcie: mat. producenta JCCON)

Pokrewnym rozwiązaniem, dawniej popularnym w radioodbiornikach, a dziś prawie niestosowanym, jest realizacja potencjometrów podwójnych, zwanych czasem potencjometrami koncentrycznymi, w których w jednej obudowie umieszczone są dwa (zwykle różne) potencjometry regulowane niezależnie.

Potencjometr koncentryczny (zdjęcie: Raimond Spekking / CC BY-SA 4.0 via Wikimedia Commons)

Potencjometr koncentryczny (zdjęcie: Raimond Spekking / CC BY-SA 4.0 via Wikimedia Commons)

Potencjometry z wyłącznikiem

Dawniej dużo potencjometrów miało od razu wbudowany styk – wyłącznik. Skręcenie głośności radioodbiornika „do zera” powodowało rozłączenie tego styku i wyłączenie zasilania urządzenia.

Potencjometr z wyłącznikiem (zdjęcie: Raimond Spekking / CC BY-SA 4.0 via Wikimedia Commons)

Potencjometr z wyłącznikiem (zdjęcie: Raimond Spekking / CC BY-SA 4.0 via Wikimedia Commons)

Potencjometry wieloobrotowe

W zastosowaniach precyzyjnych stosuje się potencjometry wieloobrotowe, nazywane helipotami. Pozwalają one na dokładną regulację w jednym szerokim zakresie. Poniżej widoczny jest podwójny (tandem) precyzyjny potencjometr 10-obrotowy, w którym materiałem rezydencyjnym jest cieniutki drucik oporowy, zwinięty w spiralę (helisę), która tworzy drugą, większą, 10-zwojową helisę.

Dziś rozwiązania tego typu, bardzo dobrej jakości, ale kosztowne, nie są raczej popularne, a pod hasłem „potencjometry wieloobrotowe” spotyka się głównie miniaturowe, montażowe potencjometry wieloobrotowe, do których za chwilę wrócimy.

Potencjometry z odczepem

Dawniej, przede wszystkim do regulacji głośności w lepszym sprzęcie audio, stosowano potencjometry z odczepem, a nawet z dwoma odczepami. Pozwalały one zrealizować tzw. regulację psofometryczną, która uwzględniała właściwości słuchu ludzkiego i dostosowywała barwę dźwięku do głośności. Dla zastosowań specjalnych produkowano potencjometry z większą liczbą odczepów. Poniżej widoczny jest potencjometr precyzyjny 20-obrotowy w wersjach z 9 i 4 odczepami.

Potencjometry z większą liczbą odczepów (zdjęcie: ReAl, CC BY-SA 3.0)

Potencjometry z większą liczbą odczepów (zdjęcie: ReAl, CC BY-SA 3.0)

Potencjometry z silnikiem

Od dość dawna znane są również klasyczne potencjometry obrotowe, napędzane małym silnikiem elektrycznym za pomocą sprzęgła. Sprzęgło jest konieczne, bo musi być zapewniona bezkolizyjna możliwość sterowania klasycznego, czyli ręką, oraz sterowania elektrycznego, za pomocą mikroprocesora. Takie potencjometry stosowało się i nadal stosuje w wysokiej jakości sprzęcie audio.

Potencjometr obrotowy z wbudowanym silnikiem (zdjęcie: Shenzhen Hengda electronics)

Potencjometr obrotowy z wbudowanym silnikiem (zdjęcie: Shenzhen Hengda electronics)

Regulatory skokowe, „potencjometry” skokowe

Klasyczne potencjometry mają pewne istotne wady, dlatego od dawna w niektórych zastosowaniach, w tym także do regulacji głośności w sprzęcie audio najwyższej klasy, używane są regulatory skokowe, składające się z wielopozycyjnego przełącznika i łańcucha rezystorów.

Trzeba o nich wiedzieć, bo regulacja skokowa kojarzy się z najlepszymi parametrami. Dlatego do niektórych klasycznych potencjometrów obrotowych dodano proste mechaniczne elementy, które robiły wrażenie, że chodzi o wysokiej jakości regulator skokowy, a nie o zwyczajny potencjometr.

Potencjometry montażowe

Klasyczne potencjometry dają użytkownikowi sprzętu możliwość bieżącej regulacji, np. głośności. Natomiast potencjometry montażowe generalnie nie są przeznaczone dla użytkownika sprzętu. Najczęściej służą do jednorazowego wyregulowania układu podczas produkcji. Są też często wykorzystywane w różnych projektach DIY.

Potencjometry montażowe nazywane są również trymerami, potencjometrami dostrojczymi, a także peerkami (PR-kami), od stosowanego na schematach oznaczenia PR (ang. preset resistor). Elementy te na schematach oznaczane są rozmaicie.

Różne sposoby oznaczania trymerów na schematach ideowych

Różne sposoby oznaczania trymerów na schematach ideowych

Dawniej powszechnie dominowały proste potencjometry montażowe z odkrytą węglową ścieżką, jak te pokazane poniżej, gdzie widać wersję poziomą H (od ang. horizontal) oraz pionową V (od ang. vertical).

Potencjometry montażowe z odkrytą ścieżką węglową (w wersji poziomej i pionowej)

Potencjometry montażowe z odkrytą ścieżką węglową (w wersji poziomej i pionowej)

Obecnie najpopularniejsze są peerki nieco mniejsze, umieszczone w plastikowej obudowie. Fotografia poniżej pokazuje wersje H oraz V takich najpopularniejszych potencjometrów, przy czym zdecydowanie częściej używane są jednak wersje poziome, pokazane z lewej strony zdjęcia.

Najpopularniejsze obecnie wersje potencjometrów montażowych

Najpopularniejsze obecnie wersje potencjometrów montażowych

Dziś dostępnych jest mnóstwo rodzajów i odmian potencjometrów montażowych, co przedstawia przykładowe zdjęcie z Wikipedii (autor zdjęcia: Junkyardsparkle, public domain).

Różne rodzaje potencjometrów montażowych

Różne rodzaje potencjometrów montażowych

Część potencjometrów montażowych to peerki wieloobrotowe. Od dawna popularne są małe potencjometry liniowe dostrojcze, zwane helitrimami (z reguły oznaczane numerem 3006). Obecnie powodzeniem cieszą się też małe wieloobrotowe potencjometry montażowe produkcji chińskiej (3296).

Pochodzący ze strony wiodącego producenta Bourns rysunek poniżej pokazuje budowę wewnętrzną potencjometru montażowego wieloobrotowego. Teoretycznie potencjometry wieloobrotowe powinny być dużo lepsze od zwykłych, ale w przypadku najtańszych wyrobów chińskich różnie z tym bywa.

Budowa wewnętrzna potencjometru (mat. producenta Bourns)

Budowa wewnętrzna potencjometru (mat. producenta Bourns)

Potencjometry montażowe SMD

Obecnie wykorzystywane są też maleńkie potencjometry montażowe SMD. Potrzebne do układów montowanych w technologii montażu powierzchniowego peerki SMD są nie tylko maleńkie, ale i delikatne. Ścieżka rezystancyjna nie jest tam chroniona przed czynnikami atmosferycznymi.

Miniaturowe potencjometry SMD z odsłoniętą ścieżką (zdjęcie: Alibaba)

Miniaturowe potencjometry SMD z odsłoniętą ścieżką (zdjęcie: Alibaba)

Takich maleńkich i tanich wersji potencjometrów montażowych należy w miarę możliwości unikać. Jeśli już, to warto stosować znacząco większe potencjometry szczelne (uszczelniane, ang. sealed). Także montażowe potencjometry wieloobrotowe są dostępne w wersjach SMD.

Potencjometr (trymer) SMD po prawej stronie ma około 3 × 3 mm (zdjęcie: mat. producenta Bourns)

Potencjometr (trymer) SMD po prawej stronie ma około 3 × 3 mm (zdjęcie: mat. producenta Bourns)

Każdy, kto chciałby poznać jeszcze inne wykonania klasycznych potencjometrów, znajdzie ich w sieci dużo więcej. Dobrą inspiracją będą strony chińskich producentów, na których pokazują oni swoje portfolio. Poniżej widoczny jest fragment oferty producenta Bonens (tutaj więcej).

Potencjometry cyfrowe

Potencjometry cyfrowe to dość specyficzna odmiana układów scalonych, zawierająca oprócz układu sterującego szereg rezystorów i przełączników (w formie kluczy analogowych CMOS) pełniących funkcję „skokowego potencjometru”. Potencjometry cyfrowe różnią się przede wszystkim liczbą „skoków” oraz interfejsem. Mają też szereg specyficznych cech, których nie będziemy tu omawiać.

(Mini)ankieta: czy powinniśmy napisać osobny artykuł o potencjometrach cyfrowych? Tak, jestem zainteresowany - Nie

Elektroniczne potencjometry analogowe

W ramach ciekawostki warto też wiedzieć, że w profesjonalnym sprzęcie audio stosowano również analogowe układy scalone, które pełnią funkcję potencjometrów. Nie mają wad potencjometrów klasycznych i cyfrowych, ale mają specyficzną charakterystykę regulacji, dlatego są wykorzystywane praktycznie tylko w torach audio do regulacji poziomu sygnału, czyli głośności.

Charakterystyki regulacji potencjometrów

Na obudowach klasycznych potencjometrów oprócz zakodowanej informacji o rezystancji z reguły można też znaleźć jakąś wielką literę (najczęściej A, B lub C). Jest to oznaczenie tzw. charakterystyki regulacji potencjometru. Mówiąc najprościej, chodzi o to, jak „kręcenie gałką” wpływa na napięcie wyjściowe na suwaku. Najłatwiej wytłumaczyć to na podstawie regulatora skokowego.

Regulator skokowy

Regulator skokowy

Taki regulator z natury ma charakterystykę regulacji składającą się z zestawu schodków. Najbardziej oczywisty wydaje się przypadek, gdy wszystkie rezystory R1…RN mają jednakową wartość – wtedy także wszystkie schodki mają jednakową wielkość – otrzymujemy skokowy regulator liniowy.

Liniowa charakterystyka potencjometrów (A)

Gdyby tych schodków było bardzo dużo, najlepiej nieskończenie wiele, wówczas zamienią się w gładką linię prostą. I właśnie taki jest potencjometr o charakterystyce liniowej – nazwijmy ją charakterystyką typu A.

Charakterystyka liniowa (często oznaczana jako A)

Charakterystyka liniowa (często oznaczana jako A)

Ale nie musi tak być. Wysokość schodka jest proporcjonalna do wartości odpowiedniego rezystora. Stosując rezystory o różnej wartości, można dowolnie zmieniać wielkość poszczególnych schodków. Tylko czy to ma sens? Otóż ma sens, ale wartości rezystorów nie powinny być przypadkowe.

Wykładnicza charakterystyka potencjometrów (B)

Załóżmy, że każdy kolejny rezystor ma wartość większą niż poprzedni. Jeżeli rezystor o najmniejszej wartości będzie umieszczony na dole łańcucha (R1), to kolejne schodki będą coraz większe. Gdyby schodków było bardzo (nieskończenie) wiele, charakterystyka byłaby linią ciągłą. Czerwona linia to charakterystyka nieliniowa, zwana wykładniczą – nazwijmy ją charakterystyką typu B.

Charakterystyka wykładnicza (oznaczana jako B)

Charakterystyka wykładnicza (oznaczana jako B)

Logarytmiczna charakterystyka potencjometrów (C)

Gdy najmniejszą wartość ma górny rezystor, charakterystyka jest w pewnym sensie odwrotna względem powyższej. Nazywana jest charakterystyką logarytmiczną i oznaczana bywa literą C.

Charakterystyka logarytmiczna (oznaczana jako V)

Charakterystyka logarytmiczna (oznaczana jako V)

Nazwy „potencjometr wykładniczy” i „potencjometr logarytmiczny” biorą się oczywiście stąd, że charakterystyki regulacji przypominają matematyczne funkcje: wykładniczą i logarytmiczną.

Źródło nazw charakterystyk potencjometrów

Źródło nazw charakterystyk potencjometrów

Dobór charakterystyki

Potencjometr można traktować jako regulator skokowy o nieskończenie wielkiej liczbie schodków, a charakterystyki B, C i jeszcze inne uzyskuje się w nich, lokalnie różnicując grubość, a tym samym rezystancję poszczególnych fragmentów ścieżki oporowej potencjometru.

Najprościej biorąc: wszystkie potencjometry montażowe mają charakterystykę A – są liniowe. Większe, klasyczne potencjometry obrotowe mogą mieć różne charakterystyki. Do regulacji głośności odpowiednie są odmiany wykładniczej charakterystyki B.

Natomiast potencjometry o charakterystyce liniowej są stosowane w obwodach regulacji barwy dźwięku, zarówno w regulatorach „motylkowych” (tony wysokie i niskie), jak i w wielopasmowych equalizerach. Z kolei potencjometry logarytmiczne o charakterystyce C są wykorzystywane w niektórych mikserach audio do ustalania czułości toru (ang. gain).

Bałagan w oznaczeniach?

Dobra wiadomość jest tylko jedna: wszystkie potencjometry montażowe mają charakterystyki liniowe. Natomiast klasyczne potencjometry mogą mieć charakterystykę liniową (A) albo różne odmiany charakterystyki wykładniczej (B) lub logarytmicznej (C). Nazwy charakterystyk (A, B, C) dotyczą krajowych potencjometrów z niezbyt odległej przeszłości.

Obecność na potencjometrze litery A, B, C może być zwodnicza. W szczególności potencjometr o charakterystyce liniowej może być oznaczony nie literą A, tylko B. Natomiast potencjometr wykładniczy do regulacji głośności może być oznaczony A, B albo C. Warto więc (o ile to możliwe) posiłkować się dokumentacją techniczną danego potencjometru. W ostateczności można też zmierzyć charakterystykę potencjometru (dokonując pomiaru oporu w środkowej pozycji drogi suwaka).

Podsumowanie – co warto zapamiętać?

Potencjometry występują w wielu odmianach, jednak w zdecydowanej większości działają podobnie i są wyposażone w trzy wyprowadzenia. Najczęściej w praktyce spotyka się potencjometry obrotowe oraz potencjometry montażowe. Wszystkie inne wersje przeznaczone są do konkretnych zastosowań.

Czy wpis był pomocny? Oceń go:

Średnia ocena 4.8 / 5. Głosów łącznie: 66

Nikt jeszcze nie głosował, bądź pierwszy!

Artykuł nie był pomocny? Jak możemy go poprawić? Wpisz swoje sugestie poniżej. Jeśli masz pytanie to zadaj je w komentarzu - ten formularz jest anonimowy, nie będziemy mogli Ci odpowiedzieć!

Wybór rodzaju i rezystancji potencjometru to tylko początek. Oprócz tego trzeba przeanalizować inne parametry, od których w dużym stopniu zależy finalny efekt. Na pewno należy dobrać charakterystykę potencjometru, a także warto byłoby przyjrzeć się jeszcze innym parametrom, które okazują się bardzo ważne w praktyce (np. maksymalna obciążalność, trwałość, odporność na kurz, szumy).

Piotr Górecki

Czym jest układ scalony?
Czym jest układ scalony?

Co to jest układ scalony? To pytanie zadawane nie tylko przez elektroników, bo to dzięki tym elementom powstają wszystkie elektroniczne…... Czytaj dalej »

O autorze: Piotr Górecki

PG
Popularyzator elektroniki, konstruktor z ponad 30-letnim doświadczeniem, autor książek i tysięcy artykułów omawiających różne aspekty elektroniki.

elementy, potencjometr

Trwa ładowanie komentarzy...