Como funcionam potenciômetros e trimpots (ART472)

Este artigo não é recente, mas as explicações nele encontradas são atualíssimas, para quem deseja aprender um pouco sobre estes componentes. Pela época em que ele foi feito, não encontramos alguns tipos de potenciômetros e trimpots ultraminiaturizados para montagens modernos, mas o princípio de funcionamento destes é o mesmo. Vale à pena ler.

Introdução

Potenciômetros e trimpots podem ser encontrador na maioria dos aparelhos eletrônicos. Potenciômetros e trimpots estão numa categoria de resistores variáveis e ajustáveis que possuem diversos tipos de características e variadades. Neste artigo espero passar ao internauta idéias práticas de como utilizar e quais utilizar em determinados projeto.

Os leitores certamente sabem que os resistores fixos são componentes que apresentam uma certa resistência elétrica a qual depende do modo como são construídos.

Esta resistência é dada em ? e não pode ser alterada, daí a denominação de "resistores fixos" para estes componentes.

No entanto, como os resistores possuem certa tolerância, existem aplicações em que praticamente é impossível conseguirmos um resistor que tenha exatamente o valor desejado. O que fazer então?

 

O valor de um resistor não é exato.
O valor de um resistor não é exato.

 

Num caso como este devemos ter recursos para modificar a resistência apresentada pelo componente depois de montado o aparelho, de modo a poder ajustá-la para o valor desejado.

Entram em ação, então, os resistores variáveis, ou seja, aqueles que podem ter seus valores modificados para apresentar um certo valor numa determinada faixa. Estes componentes são basicamente de dois tipos: os trimpots e os potenciômetros.

 

OS TRIMPOTS

Os trimpots são pequenos resistores variáveis formados por um anel incompleto de um material resistivo (carbono) sobre o qual desliza um cursor, conforme mostra a figura 2.

 

A construção de um trimpot.
A construção de um trimpot.

 

Nas duas extremidades do anel são ligados dois terminais. É óbvio que a resistência que medimos entre estes dois terminais corresponde à passagem da corrente por todo o anel e, portanto, é máxima e fixa. Esta é a resistência normal ou "nominal" do trimpot e que vem marcada no componente de modo a identificá-lo, conforme mostra a figura 3.

 

Em qualquer posição do cursor medimos o valor nominal (100 kohms) num trimpot, entre os terminais extremos.
Em qualquer posição do cursor medimos o valor nominal (100 kohms) num trimpot, entre os terminais extremos.

 

A resistência que encontramos entre o cursor e qualquer um dos terminais extremos dependerá de sua posição, ou seja, ela pode ser ajustada entre zero e o valor nominal do componente.

Assim, se ligarmos um trimpot usando apenas os terminais A e B da figura 4, podemos variar a resistência entre zero (quando o cursor B encosta em A, até o valor máximo (quando o cursor B encosta em C.

 

Usando um trimpot.
Usando um trimpot.

 

sso significa que, usando um trimpot de 100 k? podemos posicionar o cursor de modo a obtermos qualquer resistência entre 0 e 100 k ?.

Os trimpots são mais ou menos lineares (dentro da precisão indicada pelo fabricante), o que quer dizer que na metade do anel, obtemos uma resistência de 50 k? para um trimpot de 100 k?.

Veja que, se usarmos os três terminais do trimpot isso significa que girando o cursor de A para C, a resistência entre A e B aumenta de zero ao valor nominal do componente, ao mesmo tempo que a resistência entre B e C diminui, do valor nominal do componente até zero, conforme indicado na figura 5.

 

Variação de resistência entre os terminais de um trimpot.
Variação de resistência entre os terminais de um trimpot.

 

É comum, nas aplicações práticas em que necessitamos variar a resistência entre dois pontos, que o terminal não usado seja ligado ao cursor, conforme mostra a figura 6.

 

Usando o trimpot com dois fios.
Usando o trimpot com dois fios.

 

Dizemos então que o trimpot foi usado como um reostato ajustável.

Os trimpots são componentes de pequenas dimensões normalmente dotados de terminais que permitem sua montagem diretamente sobre uma placa de circuito impresso, tanto na posição horizontal como vertical, conforme mostra a figura 7.

 

Tipos de trimpots.
Tipos de trimpots.

 

Eles se destinam a um ajuste definitivo de uma resistência, o que quer dizer que normalmente só são ajustados quando abrimos um equipamento para uma calibração depois de um reparo, de modo a obter o melhor ponto de funcionamento. Muitos tipos possuem fendas no comando do cursor, de modo a permitir o ajuste por meio de uma chave de fendas.

Um tipo que permite ajustar uma resistência com maior precisão é o trimpot multivoltas, mostrado na figura 8.

 

O trimpot multi-voltas.
O trimpot multi-voltas.

 

Neste componente, o cursor corre sobre um cilindro de material resistivo em espiral de modo que, em lugar de termos a varredura da resistência total em pouco menos de uma volta, temos a varredura mais lenta e precisa. Para os tipos comuns são dadas 10 voltas para se percorrer a resistência total do componente.

 

OS POTENCIÔMETROS

Se precisarmos alterar constantemente a resistência de um componente, como por exemplo no controle de volume de um aparelho de som, ou ainda no controle de tonalidade, um trimpot poderia ser usado, mas seria muito incômodo, pois o acesso ao comando de seu cursor é pequeno e difícil e fisicamente a sua montagem não é apropriada para sua colocação num painel de um equipamento.

Para esta finalidade é muito melhor usar um componente que permite ajustar a qualquer momento e de maneira muito mais cômoda, a resistência apresentada. Este componente é o potenciômetro.

Na figura 9 temos alguns tipos de potenciômetros comuns.

 

Tipos de potenciômetros.
Tipos de potenciômetros.

 

O princípio de funcionamento deste componente é bem semelhante ao do trimpot: temos um cursor em forma de anel, para os tipos rotativos, por onde desliza um cursor. Nas extremidades do anel temos a ligação de dois terminais e no cursor o terceiro.

Da mesma forma que no caso do trimpot, quando atuamos sobre o eixo que comanda o cursor ele gira e a resistência entre o terminal central e as extremidades do elemento resistivo varia.

Assim, girando de A para C, enquanto a resistência entre A e B aumenta, a resistência entre B e C diminui.

Os potenciômetros não têm apenas o carbono como material de construção do elemento resistivo. Também encontramos nestes elementos os fios de carbono.

Os potenciômetros de fio, como são chamados possuem uma bobina em forma de anel sobre a qual corre o cursor, conforme mostra a figura 10.

 

Estrutura básica de um potenciômetro de fio.
Estrutura básica de um potenciômetro de fio.

 

O uso do fio de nicromo permite que o componente trabalhe com intensidades de corrente maiores, pois existe um limite, como no caso dos resistores, para a potência máxima que pode ser convertida em calor sem que ele seja danificado. Se uma corrente muito intensa passar por um trimpot ou potenciômetro ele pode queimar.

Outra diferença que encontramos nos potenciômetros em relação aos trimpots é a maneira como a resistência varia quando atuamos sobre o cursor.

Nos potenciômetros chamados lineares e também nos trimpots, a resistência varia linearmente com o movimento do cursor, ou seja, o ângulo de giro do cursor, conforme mostra a figura 11.

 


"Curva" linear de variação da resistência para um potenciômetro linear.

 

Nestes componentes a resistência apresentada é proporcional ao giro do cursor.

No entanto, existem aplicações em que precisamos de uma forma de variação diferente da resistência. Um exemplo importante é o caso dos controles de volume de rádios e amplificadores.

O que ocorre é que nossos ouvidos têm uma curva de sensibilidade não linear para os sons. Nossos ouvidos são mais sensíveis aos sons fracos do que aos sons fortes.

Isso significa que, um controle de volume de um aparelho de som deve ter uma curva de variação semelhante à da sensibilidade do ouvido humano, ou seja, deve ter uma curva de variação de resistência logarítmica, conforme mostra a figura 12.

 

Variação de um potenciômetro log.
Variação de um potenciômetro log.

 

Na figura 12 mostramos então que, nesta curva, nas resistências mínimas, quando o volume é menor, e portanto o ouvido mais sensível, a variação da resistência é menor ou mais suave. No meio da curva a variação da resistência se torna mais acentuada.

Os potenciômetros log (logarítmicos) apresentam pois um modo de variação da resistência diferente dos potenciômetros lin (lineares). No entanto, nos dois casos, a resistência variará entre 0 e o valor nominal e existem aplicações em que é indiferente usar um como outro.

Uma variação do potenciômetro comum rotativo é a do potenciômetro deslizante (slide) mostrado na figura 13.

 

Um potenciômetro deslizante.
Um potenciômetro deslizante.

 

Neste componente, o cursor desliza sobre o elemento resistivo mas em linha reta, impulsionado por uma alavanca.

Temos também a resistência nominal entre os extremos elementos resistivo e a variação entre o cursor e os extremos ocorre da mesma forma que num potenciômetro comum.

 

POTENCIÔMETROS MÚLTIPLOS

Para controlar ao mesmo tempo a resistência em dois circuitos, como por exemplo o volume de dois canais de um amplificador estéreo, usamos potenciômetros duplos. Na figura 14 temos um potenciômetro deste tipo.

 

Potenciômetro duplo.
Potenciômetro duplo.

 

Estes componentes nada mais são do que dois potenciômetros comuns mas comandados por um único eixo.

Outra possibilidade de montagem, consiste em se agregar ao potenciômetro um interruptor ou chave de modo que, quando chegamos ao giro mínimo (todo para esquerda) do eixo, o interruptor é ativado, desligando o aparelho em que ele se encontra, conforme mostra a figura 15.

 

Potenciômetro com chave (interruptor simples).
Potenciômetro com chave (interruptor simples).

 

Potenciômetros com chaves são comuns nas funções de liga/volume de rádios, amplificadores e muitos outros aparelhos comuns.

Nos rádios portáteis e muitos outros aparelhos de pequeno porte temos os tipos miniatura, conforme mostrado na figura 16.

 

Potenciômetro miniatura com chave (para soldagem direta em placa de circuito impresso).
Potenciômetro miniatura com chave (para soldagem direta em placa de circuito impresso).

 

USANDO TRIMPOTS E POTENCIÔMETROS

Em aplicações experimentais envolvendo robótica e mecatrônica podemos perfeitamente usar um trimpot de mesmo valor quando não tivermos disponível um potenciômetro. Num teste de bancada, numa montagem recreativa nada impede que um trimpot de 100 k? substitua um potenciômetro de mesmo valor.

Um caso em que isso não é possível é quando o potenciômetro original for de fio e deva controlar uma corrente intensa. Devemos então saber se o trimpot suporta ou não a corrente controlada, pois pelo contrário, ele pode queimar.

Com relação aos valores podem eventualmente substituir por outro que consiga alcançar o valor de resistência em que se obtém o ajuste.

Por exemplo, se num circuito sabemos que o ajuste da resistência para o funcionamento ideal ocorre numa faixa de 20k ? a 30 k ?, indicamos um trimpot de 47 k ?, conforme mostra a figura 17.

 

O trimpot abrange faixa mais larga do que a obtida no ajuste.
O trimpot abrange faixa mais larga do que a obtida no ajuste.

 

No entanto, na falta deste componente podemos usar um de 100 k ?, pois sabemos que ele também pode alcançar os valores que precisamos para o ajuste. O único problema que vai ocorrer é que a faixa em que obtemos o ajuste é mais estreita, exigindo assim mais habilidade na operação se de se levar o componente à resistência desejada, conforme mostra a figura 18.

 

O que ocorre com o trimpot maior que o indicado.
O que ocorre com o trimpot maior que o indicado.

 

Outra possibilidade consiste em tentarmos usar um valor menor em série com um resistor que pode ser obtido por meio de cálculos ou experimentalmente.

Se o trimpot original for de 100 k ? e você dispuser de um de 47k ?, por exemplo, ligue em série um resistor de aproximadamente 47 k ? (para ficar o mais próximo possível o ajuste desejado). Experimente o ajuste e se não alcançar o valor desejado troque o resistor por um menor do que o usado, ou seja, 22 k ?. Tente novamente e se ainda assim não conseguir, use um resistor de 10 k ?.

Ao usar um trimpot ou potenciômetro num circuito em que podem circular correntes intensas com resistências muito baixas, ou seja, onde na posição de mínimo não é conveniente ter uma resistência nula, é preciso limitar a ação do componente com a ajuda de um resistor.

O que fazemos neste caso é ligar em série com o trimpot ou potenciômetro um resistor, conforme mostra a figura 19.

 

Usando um trimpot de valor menor que o exigido num projeto.
Usando um trimpot de valor menor que o exigido num projeto.

 

Tipicamente este valor tem de 1/10 a 1/100 do valor da resistência do trimpot ou potenciômetro.

Por exemplo, se tivermos um trimpot de 100 k? e ligarmos em série um resistor de 10 k?, a nova curva de resistências obtidas estará entre 10 k? e 110 k?.

Veja então que evitamos que na posição de mínimo a resistência seja zero o que em certos casos pode significar a circulação de uma corrente muito intensa, capaz de danificar os componentes.

 

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