Potenziometri

Introduzione


 

Il potenziometro è un trasduttore elettromeccanico semplice. Converte il movimento rotativo o lineare dell'operatore in un cambiamento di resistenza ed è usato

per controllare dispositivi come il volume di un sistema ad alta fedeltà o la direzione di una enorme nave porta-container.


 

Il potenziometro è conosciuto anche con il nome di reostato ed è essenzialmente un resistore variabile a filo. La differenza tra i due tipi è abbastanza sottile e

 può essere molto difficile per il principiante (in particolare) da capire quale tipo è adatto a una data operazione.

I primi potenziometri o resistori variabili erano un blocco di carbonio (o altri materiali resistivi) con un contatto scorrevole, o una scatola in piena di granelli del carbonio, con una vite filettata per comprimere i granelli. Più aumentava la compressione più si abbassava la resistenza, e viceversa. Queste sono apparecchiature rare dell'era moderna.

Ora, guarderemo alcuni esempi dei potenziometri che possono trovare in commercio.

La simbologia dei resistori varia generalmente da nazione a nazione o da costruttore a costruttore. Per non addentrarci in una selva di simboli inutili possiamo stabilire a priori che ci sono due modi di disegnare il simbolo del resistore:

Tipi di potenziometro (costruzione)

 

Materiale

Metodo di fabbricazione

Uso

Potenze dissipate

Carbone

Deposito inchiostro come composto di carbonio su un corpo isolante della resina fenolica

La maggior parte del materiale di costruzione è comune, e particolarmente a buon mercato per potenziometri di media qualità.

da 0.1 a 0.5W

Cermet


 

Sono denominati "Cermet" i materiali metallo ceramici ottenuti per sinterizzazione di miscele di polveri di materiali ceramici e di metalli. La resistenza è depositata su un substrato di ceramica

Potenziometri di alta qualità. Vita limitata (200 funzionamenti circa tipici per i Potenziometri) (o più)

da 0.25 a 2W

Plastica conduttiva


 

Materia plastica impregnata speciale con le caratteristiche controllate della resistenza. Potenziometri di alta qualità, sia rotativi che lineari .

Sensibilità meccanica molto buona. Vita eccellente.

da 0.25 a 2W

A filo


 

Il potenziometro è costituito da un cilindro isolante su cui è fittamente avvolto un filo metallico con resistività opportuna .

Vita infinita. Resistenza regolare . Sensibilità meccanica approssimativa.

 

da 5 a 50W


Tipi di potenziometro (esecuzione)


 

Azionatore

Configurazione

Tipo

Usi tipici

Rotativo

Singolo elemento

 


 

Singolo giro ca. 270°

Comandi mono per amplificato

Rotativo

Singolo elemento

 


 

Multi giro 10 ÷ 20 giri

Potenziometri di precisione per le applicazioni critiche. La gamma di resistenza è coperta nell'arco di 10 - 20 giri del perno.

Rotativo


 

Doppio elemento

 

 

Singolo giro ca. 270°

Comandi stereo per amplificatori.

Rotativo


 

 

Doppio elemento con due perni concentrici.

Singolo giro ca. 270°

Comunemente usato negli autoradio (poco costosi).

Slider


 

Singolo elemento

 

 

Scorrevole

Comunemente usato nei miscelatori mono.

Slider

 

Doppio elemento

 

 

Scorrevole

Come sopra, ma per i miscelatori stereo

Lineare


 

Singolo elemento

 

 

Scorrevole

Usato in automazione


Struttura del Potenziometro

La struttura interna del potenziometro è uguale, in linea di massima, per tutti i tipi in commercio. Consiste in una resistenza fissa collegata a due terminali di contatto su cui si sposta un contatto mobile, azionato da un comando esterno, che può percorrerla da un estremo all’altro. Questo contatto è collegato a un terzo terminale.

In questo modo, si può ottenere una resistenza del valore desiderato tra uno degli estremi del potenziometro e il contatto mobile. Vi è poi la possibilità di ottenere una determinata tensione al terminale corrispondente al contatto mobile, quando tra le due estremità venga applicata una differenza di potenziale fissa.

Attualmente sono disponibili svariati modelli di potenziometri, ciascuno studiato per una particolare applicazione.

Quelli di più largo impiego sono i tipi a film di carbone e quelli a filo resistivo.

 

I potenziometri  a film di carbone sono costituiti da una striscia di resina fenolica, a forma di anello piatto, sulla quale viene fatto depositare uno strato di sospensione di carbone, composta da minutissime particelle di carbone mescolate a resina liquida. L’insieme viene sottoposto a un trattamento termico, grazie al quale si ottiene un film resistivo di grande durezza. Le estremità della resistenza vengono metallizzate con dell’argento per garantire un buon contatto elettrico. Sul film di carbone viene collocato un asticella di bronzo munita di punti di contatto, che ha il compito di scorrere sulla resistenza e su di una pista conduttrice, concentrica alla resistenza, cui è collegato il terminale del contatto mobile. I terminali corrispondenti alle estremità della resistenza vengono uniti ai punti argentati.
Su questo gruppo si installa un alberino destinato a muovere il contatto di bronzo per poi inserire il tutto in un contenitore di metallo o di plastica.
Questi potenziometri non hanno tutti lo stesso aspetto esterno, in quanto ve ne sono modelli per il montaggio a pannello, mediante un dado avvitato su una boccola filettata concentrica all’alberino, e altri per l’inserzione nei circuiti stampati, in posizione verticale od orizzontale, paralleli al piano del circuito.

I valori standard di questo tipo di componente sono compresi tra 50Ω e 10MΩ, con tolleranze del 10% e del 20%.

 
 

I potenziometri filo si realizzano avvolgendo un filo resistivo su di una piastrina di resina fenolica curvata a formare un anello chiuso.

I terminali di collegamento sono di lamierino argentato, e vengono fissati ai due capi dell’avvolgimento. Il contatto mobile o cursore è montato su un alberino che occupa il centro dell’anello, così che possa scorrere su uno dei suoi bordi. Il contatto elettrico tra cursore e terminale corrispondente si realizza tramite l’alberino, ma isolato dallo stesso. Tutto l’insieme viene introdotto in un contenitore che lo protegge dagli agenti esterni.
Per questo tipo di potenziometro, i valori vanno da 50Ω   a 50KΩ, con tolleranze del 5% e del 10%. A seconda della potenza massima ammessa, vi sono due distinte tecnologie.Per quelli a bassa potenza, che al massimo dissipano potenze dell’ordine di 8 watt

non si prendono particolari precauzioni, mentre quelli di alta potenza, che nei modelli più grandi possono dissipare fino a 1.000 watt

sono vetrificati analogamente alle resistenze fisse.
I potenziometri filo vengono impiegati di preferenza nei casi in cui si richiede assolutamente una buona precisione.


All’interno della gamma di componenti impiegati come resistenze variabili all’interno dei circuiti, vi sono alcuni modelli che è il caso di illustrare.

 
 
 

Il tipo Cermet è formato da una base di ceramica su cui viene fatto depositare uno strato sottile di una miscela di metalli, mediante procedimento serigrafico e successivo trattamento termico.Con questa tecnologia, si ottengono componenti di formato ridotto, con valori ohmici compresi tra 10Ω e 1MΩ e potenze fino a 2 watt. Va detto che i potenziometri impiegati per regolare le alte tensioni negli apparecchi televisivi, sono realizzati con questo sistema.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Un altro modello abbastanza diffuso è quello in plastica conduttiva simile al precedente, ma in cui la base di ceramica è sostituita da una striscia di plastica che contiene un materiale resistivo. Questo tipo è decisamente più economico del tipo Cermet.
Fino a ora si sono presi in considerazione quei potenziometri che funzionano con una rotazione del cursore inferiore a un giro quasi completo (270° circa). D’altra parte, nei casi in cui si richiede una grande precisione nelle regolazioni, quella offerta dai tipi precedenti non è sufficiente.

 
 
 
 
 
 
 

Per soddisfare questa esigenza, vi è un tipo speciale di potenziometro, denominato multi giri, formato da un cilindro resistivo di una certa lunghezza lungo il quale scorre il cursore, mosso da una vite senza fine che si aziona tramite un comando esterno.

Grazie a questo  meccanismo, per ciascun giro del potenziometro si ottiene una piccola variazione della resistenza.

Normalmente, nei potenziometri considerati qui, la resistenza varia in modo lineare, cioè aumenta o diminuisce proporzionalmente all'arco di cerchio di cui viene ruotato il comando. La resistenza può variare con altre modalità, anch’esse adottate abbastanza spesso.

I più importante è l’andamento logaritmico, in cui la variazione è molto lenta nella prima parte della corsa, per poi aumentare progressivamente fino a divenire molto rapida nel tratto terminale.

Generalmente viene adottato nei potenziometri che regolano il volume.
Altre modalità di variazione, meno diffuse, sono quelle anti logaritmica e quella seno/coseno.

 

I potenziometri magnetici  sono la versione digitale del tradizionale potenziometro analogico.
Il loro funzionamento è basato su un sensore magnetico speciale inserito nell'encoder che rileva la rotazione dell'attuatore al fine di fornire il segnale di uscita.
Essi abbinano al basso costo l’elevata affidabilità, in quanto utilizzano la tecnologia “senza contatto”, e l’informazione con soluzione di continuità su 360°.
Nel campo industriale della automazione si possono reperire potenziometri lineari i quali trasformano i movimenti meccanici lineari in corrispondenti segnali elettrici precisi.
Sono robusti ed affidabili e soddisfano le esigenze di misura e controllo di posizione sulle macchine operatrici di qualsiasi tipo e settore produttivo.

I Trimmer


Viene definito Trimmer (pl. Trimmers) il resistore , quando questo è realizzato nella forma da permetterne la variazione del suo valore di resistenza.

E impiegato nella fase di taratura del circuito stesso, vale a dire permette la regolazione fine dei valori elettrici , per farlo coincidere con le specifiche del progetto, viene anche impiegato quando sia prevista la calibrazione periodica del circuito, come avviene in molti strumenti di misura elettronici.

Il Trimmer resistivo è concettualmente simile ad un potenziometro, svolge le stesse funzioni elettriche, si differenzia da questo, per essere più piccolo e strutturalmente meno robusto. La sua minore robustezza è giustificata dall'uso saltuario cui è destinato, ci sono casi in cui viene azionato una sola volta in fabbrica e poi sigillato.

Le tipologie di costruzione sono tre, la prima prevede solo i reofori per permetterne il fissaggio tramite saldatura sul circuito stampato, la seconda prevede una ghiera filettata per il fissaggio su un pannello con l'apposito contenitore, e la terza smd. L'elemento resistivo è uguale a quello dei potenziometri, può essere:


 

carbone

Piccoli a sinistra e grandi a destra

 

 



filo in lega metallica

 

 

 



 

multi giri

 

 

 



Smd

 

 

 




I valori resistivi sono equivalenti ai resistori fissi, spaziano da pochi Ohm a qualche decina di MegaOhm. Essendo strutturalmente più piccolo di un potenziometro, i valori di corrente trattati, dovranno essere minori, L'affidabilità nel tempo rispetto ad un resistore fisso è molto minore, l'alternativa per evitarne l'uso nel circuito in progetto, comporta la selezione della componentistica attiva e l'uso di resistori di precisione, soluzione questa molto costosa.
 

tabella con i valori di resistenza normalizzata per i potenziometri e Trimmer

 

220R

330R

470R

680R

1K0

1K5

2K2

3K3

4K7

6K8

10K

15K

22K

33K

47K

68K

100K

150K

220K

330K

470K

680K

1M0

1M5

2M2

3M3

4M7

6M8

10M

-


tabella con i valori di resistenza normalizzata per i Trimmer con codice colori (colore calotta).

 

250R

500R

1K0

2K5

5K0

10K

25K

50K

100K

250K

500K

1M0

2M5

5M0

NC


 


 


 


 


 


 


 

 

 


 


 


 

NC

NC

Nota:

Nella presente ricerca ci potrebbero essere degli errori, se ce ne fossero vi preghiamo di contattare: www.circuitielettronici.it .

Testi e figure aggiornati al 28/05/07 a cura di Bimbatti Riccardo

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