Potentiometre – eller potmetre – er måske gledet lidt i baggrunden i en tidsalder med digitale styringer, men de elektromekanisk variable modstande har fortsat en stor betydning i elektronikken. Med en fast modstand mellem to ben og et justérbart udtag langs modstandselementet er potentiometeret grundlæggende en variabel modstand
Artiklen har været bragt i Aktuel Elektronik nr. 11 – 2025 og kan læses herunder uden illustrationer
(læs originaludgaven her)
Af Jeff Smoot, vicepresident, engineering, Same Sky
Potentiometres funktion som spændingsdelere kan bruges til justering af output i et kredsløb eller til en præcis måling af et elektrisk potentiale. Potentiometre giver et kontinuert variabelt spændings-output proportionalt med drejerens eller skyderens positiv på modstandselementet. Dagens potentiometre er betydeligt mindre, men mere præcise end fortidens komponenter, og der findes et kolossalt stort udvalg af typer og kapslinger afhængigt af applikationen. De bruges i mange slags apparater til styring af værdier som belysningsniveauer, audiovolumen samt brightness og farve i videoprodukter. Men de kan også bruges som positionssensorer.
Modstand afhænger af flere faktorer. Med alt andet holdt konstant vil modstanden af et objekt være direkte proportional med længden. Et 10cm langt emne vil have den halve resistans af et 20cm langt emne med det samme tværsnit og fremstillet i det samme materiale. Det er netop det princip, potentiometrene bruger. Det justérbare output af et potentiometer opnås ved en varierende lineær eller roterende bevægelseskontakt, der flyttes i forhold til et fast og ensartet modstandselement, og ved at forlænge eller forkorte den vej, strømmen skal løbe, vil den spænding, som påtrykkes hele modstandselementet, falde med den variable kontakts placering på modstandselementet. Positionen afgør altså spændings-output i kredsløbet.
I dag bruges potentiometre sjældent til styring af mere end en watt, da der afsættes varme i modstandselementet, og det vil kunne producere et uacceptabelt varmetab. I stedet styrer potentiometre typisk småsignaler til andre komponenter for styring af højere effekter. Den simple lysdæmper bruger et potentiometer til styring af en triac, der igen styrer lyset ved en højere effekt.
Flere typer af potentiometre
Potentiometre findes i både analoge og digitale former: Et traditionelt analogt potentiometer bruger mekaniske elementer, der kan reguleres manuelt til styring af output. Analoge potentiometre findes i både skyde- og drejeudformning.
Drejepotentiometre bruger en vinkelbevægelse fra en drejeknap og en aksel forbundet til kontaktelementet, der drejes over modstandselementet. Ved at dreje akslen ændres modstanden og dermed også output.
Trimmere har ingen aksel, men justeres i stedet med en skruetrækker for at flytte kontakten på modstandselementet. Trimmere er sjældent rettet mod brugerne af elektronikken.
Skydepotentiometre bruger en lineær bevægelse for at flytte kontakten over modstandselementet for at variere modstand og output.
Digitale eller elektroniske potentiometre er helt andre komponenter, som styres af digitale signaler for at variere output frem for en mekanisk bevægelse – men hér skal vi fokusere på de analoge potentiometre.
Flere undertyper af potentiometre
Blandt de mange undertyper af analoge potentiometre er det værd at nævne:
● Presets og trimmere er små, typisk printmonterede komponenter, hvis værdi indstilles med en lille skruetrækker for tuning og kalibrering af et kredsløb. Presets har specifikke værdier, og trimmere kan levere en høj opløsning via multiturn-skruer. De bruges typisk under systemkalibrering og forbliver som regel i en indstillet position gennem et apparats levetid.
● Servo-pots er potentiometre monteret på en motoraksel. De kan bruges til føling af en position ved at måle på den puls, som drejer motoren, indtil potentiometret indikerer, at en position svarer til den indkommende puls. Servo-pots bruges ofte i robotapplikationer eller andre steder, der kræver en præcis bevægelseskontrol.
● Logaritmiske potentiometre ændrer modstand efter en logaritmisk skala, hvilket blandt andet svarer til volumenopfattelsen i det menneskelige øre. Logaritmiske potentiometre bruges næsten altid i audioudstyr.
● Koncentriske potentiometre er to stackede potentiometre på samme aksel, hvilket kan bruges til både stereovolumen, -balance og tonekontrol med bevægelse af to potentiometre (eller flere) via samme aksel.
● Drejehjul har en taktil kant til en fingerspidsjustering af et produkt. Det bliver ofte anvendt i volumen- eller brightness-styringer.
● Skyde- og dobbeltskydepotentiometre bruger ét eller flere modstandselementer og en skydekontakt til justering af modstanden(e). Det giver et lineært forhold mellem skyderens position og output-modstand, og skydere kan også bruges som resistive positionssensorer. Dobbeltskydere er to parallelle potentiometre, som styres af én skyder, og de optræder ofte i studiemixere, fadere eller grafiske equalizers.
● Motoriserede skydepotentiometre bruger en skyder med en timing-rem trukket af en lille DC-motor og et trækhjul til automatisk fjernstyring. Man finder oftest disse komponenter i industriel automation og proceskontrolapplikationer.
● Enkelt- eller multiturn-potentiometre: Enkelt- eller singleturn-potentiometre giver over rundt regnet trefjerdedele af en fuld omdrejning af kontakten nok opløsning til en styring mellem 0 og 100 procent af output. Multiturn-potentiometre giver derimod mulighed for styring med multiple omdrejninger af knap eller skrue for output mellem 0 og 100 procent, og det giver en højere opløsning af modstand og output. Både enkelt- og multiturn-potentiometre findes også i variationer, hvor én fælles aksel eller skrue regulerer to eller flere potentiometer-modstandselementer og -kontakter. Tovejs-potentiometre er ret almindelige, men Same Sky tilbyder også firedobbelte potentiometre, hvor man kan styre fire individuelle kredsløb eller parametre med én og samme aksel.
Forskel mellem potentiometre og rheostater
Der er forskel mellem potentiometre og den komponentform, der kaldes ”rheostat”. Potentiometret er en tre-terminal komponent til spændingsstyring. En rheostat er derimod en to-terminal komponent til strømstyring. Ældre biler brugte ofte rheostater til styring af brightness i instrumentbelysningen. Ved at lade ét ben i et potentiometer være uden forbindelse kan man få et potentiometer til at opføre sig som en rheostat.
Rheostater er generelt til højere effekter og er trådviklede variable modstande. Rheostater defineres kun sjældent af deres modstandsværdi, men oftere i forbindelse med deres evne til at håndtere større effekter.
Potentiometre vs. enkodere
En roterende enkoder er en elektromekanisk komponent, der konverterer en (vinkel)bevægelse af en aksel til et digitalt signal. Både potentiometre og drejeenkodere føler på en akselposition, men arbejder ud fra vidt forskellige principper og kompleksitet – og kræver derfor lige så forskellige design-setups.
Potentiometre er grundlæggende analoge komponenter – trods de digitale varianter. Drejeenkodere er digitale komponenter, hvor en binær logik indikerer positionen, så et separat kredsløb skal bruges til at oversætte output til et brugbart signal.
Potentiometre giver en lettere design-setup end drejeenkodere, de accepterer uendeligt variable inputs, kan spændingsdele non-lineært og kan let styre andre analoge kredsløb. Drejeenkoder kan derimod rotere uendeligt og giver et digitalt signal med en som regel fremragende opløsning. Og selv om de er dyrere end potentiometre, så betyder deres præcision i motorstyringer, at drejeenkoderne er det ideelle og foretrukne valg i industri-, automations- og robotapplikationer.
Ting at overveje ved sourcing af potentiometre
● Nominel effekt: Den maksimale effekt, som potentiometre kan håndtere uden at blive beskadiget.
● Opløsning: Præcisionen af potentiometeret udtrykt som en procentdel af den totale modstand og den ændrede modstand som følge af den incrementale bevægelse af kontakten over modstandselementet.
● Kontaktstøj: Mængden af elektronisk støj produceret af bevægelse af de interne kontaktkomponenter.
● Temperaturkoefficient: Hvordan modstanden kan ændre sig som følge af driftstemperaturen i potentiometeret.
● Mekanisk levetid: Hvor længe et potentiometer vil overholde specifikationer, typisk udtrykt som antallet af drej på akslen.
Symboler for potentiometre i kredsløb er ikke lige entydige. Den amerikanske ANSI-standard er to rette linjer med zigzaglinjer imellem. Den europæiske IEC-standard er en rektangel mellem to lige linjer.
De enkelte potentiometre er typisk mærket med en eksakt modstandsværdi som 100K for et 100kΩ potentiometer. De kan også være mærket med en trecifret kode, hvor de første to tal repræsenterer værdien af potentiometeret, mens det sidste tal er en multiplikator. Potentiometre fra USA er normalt mærket med et ”A” for logaritmisk modstandsskala, et ”B” for et lineært modstandselement og ”C” for en omvendt logaritmisk skala.
Fordele og ulemper
Der er som for andre elektroniske komponenter fordele og ulemper ved brug af potentiometre, og dem skal man selvfølgelig overveje for valg af komponent til det endelige design. Fordelene ved potentiometre er deres enkle design, lave pris, store udbud af modstandsværdier, en nem og prisbillig drift samt en gennemprøvet teknologi. Blandt ulemperne kan man nævne den begrænsede båndbredde og nominelle strømhåndteringsevne samt en mekanisk drift, hvor slid og forurening forringer ydelsen – samt det generelle elektriske støjniveau.
Billedtekster:
1: Skyde- og drejepotentiometer.
2: Generel intern struktur i et drejepotentiometer. Potentiometre defineres typisk af deres højeste modstandsværdi over hele modstandselementet. Et potentiometer med nominelt 1kΩ (kiloohm) har et modstandselement ækvivalent til en fast 1kΩ-modstand.
3: Diagramforskel mellem potentiometer og rheostat.
4: Almindelige potentiometersymboler anvendt i kredsløbsdesigns: ANSI- (top venstre) og IEC- (top højre) symboler med non-standard varianter (nederst).
