Электроника:Эксперименты/Электрические цепи постоянного тока/Потенциометр как реостат

Содержание

Теория

Практика

Проверка знаний

Рецепты

Эксперименты

Резерв

Резерв

Резерв

Резерв

Перевод: Макаров В. (valemak)

Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.

Потенциометр как реостат

Оборудование и материалы

• 6-вольтовая батарея
• Потенциометр, однооборотный, 5 кОм, линейный конус (каталог Radio Shack № 271-1714)
• Небольшой «любительский» двигатель на постоянных магнитах (каталог Radio Shack № 273-223 или аналогичный)

Для этого эксперимента вам понадобится относительно небольшой потенциометр, конечно, не более 5 кОм.

Ссылки по теме

• «Уроки по электрическим цепям», том 1 «Постоянный ток», глава 2: «Закон Ома»

Цели эксперимента

• Использование реостата
• Подключение потенциометра в качестве реостата
• Простое управление скоростью двигателя
• Использование вольтметра вместо амперметра для проверки непрерывной цепи

Принципиальная схема

Рис. 1. Схематическая диаграмма: батарея, потенциометр, двигатель.

Иллюстрации

Рис. 2. Иллюстрация: батарея, потенциометр, двигатель (реализация на клеммной колодке).

Ход эксперимента

Потенциометры находят наиболее сложное применение в качестве делителей напряжения, где положение вала диктует определённый коэффициент деления напряжения.

Однако есть приложения, где нам не обязательно нужен делитель переменного напряжения, а сойдёт простой переменный резистор: обычное двухполюсное устройство.

Технически переменный резистор известен как реостат, но и обычные потенциометры могут довольно легко работать как реостаты.

В своей простейшей конфигурации потенциометр можно использовать в качестве реостата, просто используя клемму ползунка и одну из других клемм, при этом третья клемма остаётся неподключенной и неиспользуемой:

Рис. 3. Схематическая диаграмма: потенциометр с неиспользуемой клеммой служит реостатом.

Рис. 4. Иллюстрация: потенциометр с неиспользуемой клеммой служит реостатом.

Перемещение регулятора потенциометра в направлении, которое приближает скользящий контакт к другой используемой клемме, приводит к снижению сопротивления.

Направление движения, необходимое для увеличения или уменьшения сопротивления, можно изменить, используя другой набор клемм:

Рис. 5. Направление уменьшения/увеличения зависит от того, какие 2 клеммы из 3-х используются.

Однако будьте осторожны, чтобы не использовать две внешние клеммы, так как это не приведёт к изменению сопротивления при вращении вала потенциометра.

Другими словами, он больше не будет работать в режиме переменного сопротивления:

Рис. 6. Если использовать 2 внешние клеммы, то потенциометр как резистор работать не будет.

Соберите схему, как показано на схеме и иллюстрации, используя всего две клеммы на потенциометре, и посмотрите, как можно регулировать скорость двигателя, регулируя положение вала.

Поэкспериментируйте с различными клеммными соединениями на потенциометре, отмечая изменения в управлении скоростью двигателя.

Если ваш потенциометр имеет высокое сопротивление (измеренное между двумя внешними клеммами), двигатель может вообще не двигаться, пока ползунок не приблизится очень близко к подключённой внешней клемме.

Как видите, скорость двигателя можно сделать переменной с помощью последовательно включённого реостата для изменения общего сопротивления цепи и ограничения общего тока.

Этот простой метод управления скоростью двигателя, однако, неэффективен, так как он приводит к тому, что значительное количество мощности рассеивается (тратится впустую) реостатом.

Гораздо более эффективное средство управления двигателем основано на быстрой «импульсной» подаче питания на двигатель с использованием быстродействующего переключающего устройства, такого как транзистор.

Аналогичный способ регулирования мощности используется в бытовых «диммерных» переключателях света.

К сожалению, эти методы слишком сложны, чтобы исследовать их на данном этапе экспериментов.

Когда потенциометр используется в качестве реостата, «неиспользуемая» клемма часто подключается к клемме ползунка, например:

Рис. 7. Схематическая диаграмма: неиспользуемая третья клемма подключена к ползунку.

Поначалу это кажется довольно бессмысленным, так как не влияет на контроль сопротивления. Вы можете убедиться в этом сами, вставив другой провод в свою цепь и сравнив поведение двигателя до и после замены:

Рис. 8. Иллюстрация: неиспользуемая третья клемма подключена к ползунку, что не влияет на сопротивление.

Если потенциометр исправен, этот дополнительный провод не имеет никакого значения.

Однако, если ползунок когда-либо потеряет контакт с резистивной полоской внутри потенциометра, это соединение гарантирует, что цепь не разомкнется полностью: что по-прежнему будет резистивный путь для тока через двигатель. В некоторых приложениях это может быть важно.

Старые потенциометры, как правило, страдают от периодических потерь контакта между скользящим контактом и резистивной полосой, и, если цепь не может выдержать полной потери непрерывности (бесконечное сопротивление), вызванной этим условием, этот «дополнительный» провод обеспечивает меру защиты, поддерживая непрерывность цепи.

Вы можете имитировать такой «отказ» контакта ползунка, отсоединив среднюю клемму потенциометра от клеммной колодки, измерив напряжение на двигателе, чтобы убедиться, что на него всё ещё подаётся питание, пусть и маленькое:

Рис. 9. Если отсоединить среднюю клемму, на двигатель всё ещё подаётся питание.

Использование напряжения двигателя — более безопасная альтернатива измерению тока в цепи.

Было бы допустимо измерять ток цепи вместо напряжения двигателя для проверки непрерывности цепи, но это более безопасный метод, поскольку он не требует разрыва цепи для последовательного включения амперметра.

Всякий раз, когда используется амперметр, существует риск короткого замыкания при подключении его к источнику высокого напряжения, что может привести к повреждению прибора или даже травме. Вольтметры лишены этого неотъемлемого риска для безопасности, и поэтому всякий раз, когда для проверки того же самого измерения может быть выполнено измерение напряжения вместо измерения тока, это более разумный выбор.