Kışın evimizde bulunan kombinin sıcaklık değerini artırmak veya salonumuzdaki spot aydınlatmanın ışık şiddetini ayarlamak istediğimizde potansiyometreler bize yardımcı olur. Peki, potansiyometre nedir? Potansiyometre nasıl çalışır? Potansiyometre nasıl bağlanır? Potansiyometrelerin fiyatları nedir? Yazımızda potansiyometreleri inceleyerek bu soruların cevaplarını yeterli ölçüde açıkladık.
- Değişken dirençler hakkında
- Potansiyometre nedir? Ne işe yarar?
- Potansiyometre çeşitleri
- Potansiyometre nasıl bağlanır?
- Potansiyometre fiyatları
Değişken Dirençler Hakkında
Günümüzde elektronik devrelerde değişken dirençler sıklıkla kullanılmaktadır. Bu dirençleri değişken kılan etki fiziksel ortam olduğundan aslında adlarını bilmesek de değişken dirençlerle günlük hayatta sıkça karşılaşırız. Örneğin; kapı zillerinin aydınlatmaları hava aydınlıkken kapalı olup akşamları kendiliğinden açılır. Peki bu sistem havanın karanlık veya aydınlık olduğunu nasıl anlayabilir? Devresinde bulunan LDR (Light Dependent Resistor) sensörü sayesinde. Bu sensör aslında üzerine düşen ışık miktarı ile değeri değişen bir direnç türüdür.
Isınması muhtemel tehlike doğuran bazı cihazlarda bu duruma karşı tedbir amaçlı bir güvenlik önlemi bulunur. Bunları biz tüketicilere “Aşırı ısınmaya karşı korumalı” diye lanse ederler. Peki, sistem cihazın ısındığını nasıl anlar? Üzerinde bulunan PTC veya NTC sensörü sayesinde. Bu sensör de aslında üzerindeki sıcaklık miktarına göre değeri değişen bir tür dirençtir.
Bu yazımıda işleyeceğimiz konu olan potansiyometre ise diğer değişken direnç türlerine kıyasla dışarıdan aldığı fiziksel bir müdahale (çevirme etkisi) ile üzerindeki akıma gösterdiği zorluğu değişen bir direnç türüdür.
Potansiyometre nedir ? Ne işe yarar?
Potansiyometre değişken, ayarlı dirençtir. Direncin ne olduğunu hatırlayacak olursak; devreden geçen akıma karşı zorluk gösteren başka bir deyişle iki ucu arasında gerilim düşümüne sebep olan devre elemanı, kompanentine direnç adı verilir. Potansiyometre ise üzerinde bulunan mil veya tornavida deliği vasıtasıyla değeri değiştirilebilen bir tür dirençtir.
Yukarıda bir potansiyometrenin dış kılıfını ve içini görmekteyiz. Dışından başlayacak olursak bir potansiyometre, direnç değerini değiştirmemize yarayan mil -veya doğrusal bir sürgü- ve üç adet çıkışı barındırır.
İç kısmında ise karbon veya karbon içerikli malzemeden oluşan bir direnç yolu potansiyometrenin üç bacağı ile belirli noktalarda temas eder. 1,2 ve 3 numara ile isimlendirilen noktalardan (aynı zamanda bacaklardan) 1 ve 3 numara sabit uç olarak adlandırılır. Görüldüğü üzere karbon içerikli direnç yolunun iki zıt ucunda bulunan bu bacaklardan ölçülen direnç değeri her zaman sabittir. Aynı zamanda bu değer potansiyometrenin üzerinde yazan değer olup maksimum direnç değerine karşılık gelir.
İkinci bacak ise mili çevirmemizle birlikte hareket eden ve potansiyometreye “potansiyometre” kimliğini kazandıran kısımdır. Mili çevirdiğimizde bu bacağın bağlı olduğu iletken karbon içerikli direnç yolunun üzerinde gezinerek direnç değerinin değişken olmasına olanak tanır. Böylece 0 ohm direnç değeri ile aldığımız potansiyometrenin maksimum direnç değeri arasında istediğimiz değeri bir potansiyometre kullanarak ayarlayabiliriz.
Potansiyometreler herhangi bir devrede bulunan çıkış değerinin istenildiğinde istenilen ölçülere ayarlanabilmesi amacıyla kullanılırlar. Örneğin; kombilerde sıcaklık ayarı potansiyometreler aracılığıyla sağlanır. Sıcaklığı artırmak istediğimizde dereceyi yükseltmek amacıyla çevirdiğimiz şey potansiyometreden farklı bir şey değildir. Bu sistem özelinde potansiyometre bir devre kartına bağlıdır. Devre kartına ait olan mikroişlem birimi potansiyometrenin çevrildiğini algılayıp üzerindeki direnç değişiminden doğan gerilim farkını okur ve sıcaklığın değerini ona göre optimize eder.
Büyük gerilim ve akım değerlerinin görüldüğü devrelerde potansiyometreler üzerlerinden o gücü direkt geçiremeyiz. Geçirebilsek bile bir tür direnç olan potansiyometre ile yapılan bu ayarlama çok verimsiz olur çünkü enerjinin büyük çoğunluğu ısı enerjisine dönüşür. Bundan dolayı potansiyometreler genellikle devrelerde bir sensör gibi kullanılırlar. Direkt yük altına bağlanmazlar. Bunun yerine potansiyometrelerin mikrodenetleyici vasıtasıyla değişen değerleri okunur ve yorumlanır, bu veriler büyük yükü ayarlamada kullanılır.
Potansiyometrelerin diğerlerine göre daha az bilinen ilginç bir kullanım yeri de servo motorlardır. Servo motorların içerisinde motorun konumunu tespit etmek amacıyla bir tür potansiyometre bulunur –ayrıntılı bilgi için “Sistemlere hareket veren enerji dönüştürücüleri: Elektrik Motorları” adlı yazımızı okuyabilirsiniz-. Servo motorun içerisinde bulunan DC motora dişliler aracılığıyla bir potansiyometre bağlanması ile motor döndüğünde potansiyometrenin de dönmesi sağlanır ve motor döndükçe değişen direnç değeri bir kontrolcü devre vasıtasıyla işlenerek motorun konum tayini yapılır.
Bunlar haricinde;
- Joysticklerde veya oyun direksiyonlarında yapılan hareketi mikrodenetleyicinin algılaması,
- Uzaktan kumandalarda sağ-sol, ileri-geri yön tayinin yapılabilmesi,
- Dimmer devrelerinde ışık şiddetinin kontrol edilebilmesi,
- Ses cihazlarında ses şiddeti ayarı yapılabilmesi,
- Sensörlü devrelerde hassasiyet ayarı,
- Power devrelerinde voltaj ayarı işlemleri potansiyometreler aracılığıyla gerçekleştirilir.
Peki, potansiyometreler kaç çeşittir? Kaç çeşit potansiyometre vardır?
Potansiyometre çeşitleri
Çeşit olarak potansiyometreler başlıca şu şekilde sıralanırlar;
- Lineer Potansiyometre
- Logaritmik potansiyometre
- Çok turlu potansiyometre
Lineer Potansiyometre
Lineer potansiyometre, milinin çevrilmesi ile direnç değerinin doğru orantılı değiştiği potansiyometre türüdür. Yukarıdaki lineer eğri grafiğinde de görüleceği üzere potansiyometrenin direnç değeri milinin çevrilme açısıyla doğru orantılı olarak değişir.
Logaritmik Potansiyometre
Logaritmik potansiyometre, milinin çevrilmesi ile direnç değerinin logaritmik olarak değiştiği potansiyometre türüdür. Lineer olanlara kıyasla Logaritmik ve anti-Logaritmik olmak üzere 2 çeşit logaritmik potansiyometre bulunur. Yukarıdaki grafikten de görülebileceği üzere logaritmik potansiyometrelerde direnç değeri, potansiyometre milinin dönebileceği maksimum açı değerinin ilk yarısında yavaş değişir ancak ikinci yarısında çok daha hızlı değişir. Anti-Logaritmik potansiyometrelerde ise bu durum tam tersidir. İlk yarıda direnç değeri hızlı değişiklik gösterirken ikinci yarıda yavaş değişir.
Çok Turlu Potansiyometre
Çok turlu potansiyometreler birden fazla tur atabilen hassas ayarlamalara imkan veren potansiyometrelerdir. Normal bir potansiyometre 270° derece gibi sınırlı bir dönme açısına sahiptir. Aynı direnç değerine sahip iki potansiyometreye sahip olduğumuzu düşünelim. Birini öbüründen daha hassas ayarlamalarda kullanmak istiyorsak bunun yolu tur sayısını artırmaktır. Çok turlu potansiyometreler 10 tam tur (3600° derece) dönebilirler ve bu özellikleri onların daha hassas uygulamalarda kullanılmalarına olanak tanır.
Ayrıca kullanım yerlerine göre farklı biçimde tasarlanmış potansiyometreler de vardır;
- Dijital Potansiyometre
- İpli Encoder
- Anahtarlamalı potansiyometre
- Kızaklı (Slider) Potansiyometre
- Trimmer potansiyometre (Trimpot)
- Telli Potansiyometre
Dijital Potansiyometre
Digital potansiyometreler ve normal potansiyometreler aynı fonksiyona sahiptir. Ancak normal potansiyometreler direnç değişimini mekanik olarak yaparken dijital potansiyometreler dijital sinyaller ve switchler kullanarak yapar. İçlerinde bir “direnç merdiveni” bulunur ve direnç merdiveninin her adımı elektronik anahtar içerir. Elektronik anahtarların kontrolü dijital olarak sağlanarak devreye dahil olan direnç miktarı değiştirilir.
İpli Encoder
İpli encoder, ağır endüstriyel kullanıma uygun potansiyometre türüdür. Bu türde bir çelik halat vardır ve halatın sarılı olduğu makaraya potansiyometre bağlıdır. Halatın çekilme miktarına göre değişen direnç değeri ile sinyal üretir. Örneğin; otomotiv endüstrisinde liftlerin hedef düzleme doğru bir şekilde pozisyonlanmasını sağlamak amacıyla kullanılırlar.
Anahtarlamalı Potansiyometre
Anahtarlamalı potansiyometre adından da belli olduğu gibi iletimi tamamen kesmemize olanak tanıyan potansiyometre türüdür. Belli bir yöne çevrildiğinde bir süre sonra iletimi kesen veya üstüne basıldığında iletimi kesen modelleri mevcuttur.
Kızaklı (Slider) Potansiyometre
Kızaklı potansiyometreler çoğunlukla radyolarda ve müzik üzerine çalışan insanların kullandığı mikser setlerinde kullanılır. Akıma direnç gösteren bir düz malzeme üzerinde düz bir şekilde kayan kızak aracılığı ile direnç değişimi sağlanır.
Trimmer Potansiyometre (Trimpot)
Trimmer potansiyometreler -sık kullanılan adıyla trimpotlar- yaygın olarak elektronik kartlar üzerinde kullanılırlar. Üreticiler trimpotları kartlara monte ettikten sonra ayarını yaparlar ve bir daha kullanıcının bu ayarı değiştirmesini uygun görmezler, gerek de yoktur. Zaten şeklinden de anlaşılacağı üzere bir mili bulunmadığı için normal bir potansiyometreye göre ayarlaması daha zahmetlidir.
Aynı zamanda küçük olmaları ve uygun yapıda olmaları sebebiyle joystick'in yapısında bulunurlar.
Telli Potansiyometre
Telli potansiyometreler, direnç bileşeni olarak rezistans teli kullanılan potansiyometrelerdir. Tel olarak nikel-krom veya başka rezistans malzemesi kullanılabilir.
Potansiyometre nasıl bağlanır?
Potansiyometreler devrede direnç ayarlanabilirliği sağlamak için veya gerilim bölmek için kullanılırlar. Yukarıdaki potansiyometre üzerinden konuşarak bu kullanım amaçlarına göre bağlantı şekillerinin nasıl yapıldığını anlamaya çalışalım.
10ohm değerine sahip bir potansiyometrenin dış(sabit/fixed) bacaklarını 10 voltluk bir gerilim kaynağına bağladığımızı düşünelim. 1 numaralı bacak 10v, 3 numaralı bacak ise GND hattına bağlanmış olsun. Bu koşullarda devreden toplamda 1 amper akım geçer(V=I.R). Potansiyometrenin milini çevirip tam orta konuma getirelim. Daha sonra eğer potansiyometrenin 1 ve 2 numaralı bacaklarını bir voltmetre aracılığı ile ölçersek 5v değerini görürüz. Çünkü 1 ve 2 numaralı bacak arasındaki direnç yolu tüm yolun yarısı kadardır -tam ortaya ayarladığımızı hatırlayalım-. Eğer 2 ve 3 numaralı bacağı voltmetre ile ölçersek yine 5v değerini görürüz çünkü şimdi de direnç yolunun kalan diğer yarısını ölçmüş oluruz. Eğer potansiyometrenin milini 10v ucuna doğru yaklaştırırsak 1 ve 2 numaralı bacaklar arasındaki voltaj gittikçe azalacaktır(formülde yerine koyunca görüldüğü üzere). Tam tersine 3 numaraya doğru yaklaştırırsak da 1 ve 2 numaralı bacaklar arasındaki ölçülen voltaj artacaktır. Görüldüğü üzere potansiyometre gerilimi bölmemizi sağladı. Anlatılan örnekteki bağlama şeklinde voltmetre yerine aynı şekilde başka devre bağlarsak potansiyometreyi gerilim bölücü gibi kullanarak güç kaynağının voltajını değiştirmiş, bölmüş oluruz. Örnek özelinde, 10 Voltluk güç kaynağının gerilimini 5V'a düşürerek kullanma şansı elde ederiz.
Peki, bu gerilim bölme özelliğini nerede kullanıyoruz ? Örneğin; mikrodenetleyicilerde sinyal girişi olarak potansiyometreler kullanılır. 2 numaralı bacaktan alınan sinyal ile mikrodenetleyiciye girdi sağlanır ve değişkenliğe göre aksiyon alması kodlanır.
Potansiyometreleri değişken direnç olarak kullanmanın ise birkaç yolu vardır. Bunlardan yaygın olarak yapılan ise 2 numaralı bacak ile 1 veya 3 numaralı bacağı bağlamaktır. Böylece mil çevrildiğinde potansiyometrenin direnç değeri değişecek ve devredeki akım da onunla orantılı olarak farklılık gösterecektir. Diğer bir yol ise direkt olarak 1 ve 2 veya 2 ve 3 numaralı bacakları bağlamaktır. Bu bağlama şeklinde de sonuç aynı olacaktır.
Eğer 1 ve 3 numaralı bacakları bağlarsak da potansiyometrenin maksimum direnç değerini almış oluruz. Ayrıca mili çevirdiğimizde değer değişmez çünkü mile bağlı bacağın bağlantısı yoktur.
Potansiyometre Fiyatları
Farklı türdeki potansiyometrelerin maliyetleri değişiklik göstermekle beraber aradığınız potansiyometrenin fiyat bilgisine bu bağlantı üzerinden ulaşabilirsiniz.
"Güç Kalitesi" kategorisinde bulunan "Nötr, Faz ve Toprak Nedir ?" ile "Elektrostatik Kalkan: Faraday Kafesi" adlı yazılarımıza göz atabilirsiniz.
Kaynaklar
https://diyot.net/potansiyometre/
https://www.elektrikrehberiniz.com/elektronik/potansiyometre-nedir-10639/
https://eepower.com/resistor-guide/resistor-types/digital-potentiometer/#