Vissza a Főoldalra  Vissza az Elektronika oldalra

Relés potenciométerek
Egy egyszerű relés potenciométer
Egy olcsó relés potenciométer
Aktív logaritmikus relés potenciométerek
Mikor alkalmazzunk relés potenciométert?

      A hagyományos forgópotenciométerek nem minden esetben alkalmasak egy adott feladat megoldására. Hátrányaik, melyek időnként akadályt jelentenek alkalmazásukkal szemben:
      • digitális áramkörök által csak körülményesen vezérelhetők, (mozgathatók egyenáramú vagy léptetőmotorral mechanikai áttételen keresztül, de a helyzetvisszajelzés így is problémás);
      • a fentivel összefüggően, nehezen távvezérelhetők;
      • iker vagy "többes" kialakításoknál nagy együttfutási hiba, ami csak jelentős többletköltséggel csökkenthető (drágább típus);
      • gyors elhasználódás, kopás;
      • nagyteljesítményű példányaik drágák és beszerzésük nehéz;
      • viszonylag kis változtatási sebesség.

      A fentiek közül néhány problémára megoldást jelenthet a CMOS alapú analóg kapcsolókkal felépített digitális potenciométerek alkalmazása. (Dallas Semiconductor – Maxim, Analog Devices, Xicor, Microchip)

      Habár az elektronikus potenciométerek paraméterei egyre javulnak, néhány tulajdonságuk mégis leszűkíti alkalmazásterületüket:
      • Csak kis áramerősségek és feszültségek esetén használhatók;
      • Zajuk, torzításuk viszonylag magas.

Vissza az oldal elejére

Egy egyszerű relés potenciométer

      Az alábbi ábrán egy egyszerű felépítésű, de kiváló tulajdonságú relés potenciométer elvi vázlatát láthatjuk a relétekercsek és relé-meghajtó áramkörök nélkül.

      Az egyes relék meghúzásakor az osztó adott ellenállásai rövidrezáródnak, azaz kiiktatódnak az áramkörből. Az osztó két ágában (A-C és C-B) az egymásnak megfelelő betűjelű relék ellentétesen vannak vezérelve. Amikor az A1 érintkező nyitott, az A2 érintkező zárt állapotú; és így tovább az összes pár esetében. A potenciométer két végkitérésének megfelelő működési helyzet látható a következő ábrán.

      A relés potenciométer A és B pontja közötti ellenállás állandósult helyzetben (az átkapcsolási időket kivéve):

R_T = R_AB = R + 2R + 4R + 8R + 16R + 32R = 63R = (2ⁿ - 1)R,

ahol n az egy ágban levő kapcsolók száma. Mivel n pár kapcsolónak 2 az n-ediken különböző helyzete lehet, a bemutatott potenciométer 64 fokozatú osztást tesz lehetővé. Ez már egy hangtechnikai alkalmazáshoz is elegendő lenne (ha logaritmikus lenne a karakterisztikája). Természetesen a kapcsolópárok számát, így az osztás beállíthatóságának finomságát az adott feladatnak megfelelően kell megválasztani.

      A relés potenciométer igazságtáblázata:

      Két azonos felépítésű potenciométer együttfutása szinte tetszőleges pontossággal beállítható az ellenállások válogatásával, ha az érintkezők átmeneti ellenállása elhanyagolható R-hez képest. A legtöbb alkalmazás során elegendőnek bizonyul 1%-os tűrésű ellenállások használata (például: 1k + 2k + 4,02k + 8,06k + 16k + 32,4k = 63,48k).
      Nagyon kis zajú és torzítású áramkör építhető elektrosztatikus árnyékolású Reed-relék felhasználásával. A relék meghajtóáramkörét szűrt és stabilizált tápfeszültségről kell működtetni, hogy minél kisebb arányban kerüljön át a tápfeszültség zaja a jelvezetékekre. Ez az áramkör könnyen távvezérelhető, de a digitális áramkörök keltette kapcsolási zajok szintén bekerülhetnek a rendszerbe. A vezérlést úgy kell kialakítani, hogy a digitális áramkörök csak a potenciométer átállításának ideje alatt működjenek. A vezérlést bízzuk egyetlen mikrovezérlőre, amelynek programját úgy alakítsuk ki, hogy a mikrovezérlő minden beavatkozás után SLEEP állapotba kapcsoljon, ezzel leállítva még a saját órajelét is.

Vissza az oldal elejére

Egy olcsó relés potenciométer

      A relék száma csökkenthető az alábbi kialakítással:

      Az ábrán 6db kétáramkörös váltóérintkezős relével felépített 64 fokozatú potenciométert láthatunk. Ez az áramkör nagyobb áramerősségek és feszültségek esetén is használható. Az átfolyó áramnak megfelelő teljesítményű ellenállásokat és reléket válasszunk.
      A fent ismertetett kapcsolástechnikai megoldásokkal nem lehetséges logaritmikus karakterisztikájú potenciométereket építeni. (Miért? Homályos megfogalmazásban: a fenti áramkör ellenállásértékek (azaz részfeszültségek) összeadását és kivonását valósítja meg, logaritmikus karakterisztikához viszont szorzó áramkörökre van szükségünk, amelyek decibeles összeadást valósítanak meg. Ez a továbbiakban még kifejtésre kerül.) Valójában egy programozható lineáris potenciométert is működtethetünk logaritmikus karakterisztikával szoftveres úton. Ebben az esetben viszont nem használhatjuk ki a rendelkezésünkre álló maximális "lépésszámot". Egy 64 fokozatú lineáris potenciométerrel megvalósított logaritmikus karakterisztikájú 12 fokozatú potenciométer igazságtáblázata:

Vissza az oldal elejére

Aktív logaritmikus relés potenciométerek

      A logaritmikus karakterisztikájú potenciométerek alkalmazására talán a legjobb példa a hangfrekvenciás végerősítők hangerőszabályzója. Itt merül fel a digitális vezérelhetőség követelménye is. Az itt következő áramkörök ilyentén alkalmazása nem célszerű magas áruk miatt, habár nem drágábbak, mint egy kiváló minőségű, hosszú élettartamú hagyományos mechanikus potenciométer (5-10 000Ft, 2002).
      Az alábbi ábrán látható áramkör tulajdonképpen egy relékkel programozható csillapító.

      A 64 fokozatban beállítható csillapítás hat független csillapító áramkörrel van megoldva. Az egyes áramkörök csillapítása egy relé segítségével változtatható. A relé zárt állapotában a csillapítás nulla, nyitott állapotban pedig a rajzon is feltüntetett érték. Az egyes áramkörök csillapítása decibelben számítva összeadódik, tehát 35dB-es csillapítást a 32dB-es, a 2dB-es és az 1dB-es csillapítóáramkör kapcsolójának nyitásával állíthatunk be. (Ha nem alkalmazzuk a logaritmikus decibel-skálát, bepillanthatunk az áramkör valódi működésébe. A csillapítóáramkörök olyan erősítők, melyek erősítése 1-nél kisebb. Két sorba kapcsolt csillapító együttes erősítését úgy kaphatjuk meg, ha a két áramkör erősítéseinek értékét összeszorozzuk. A fokozatok erősítései: -1dB = 0,891, -2dB = 0,794, -4dB = 0,631, -8dB = 0,398, -16dB = 0,158, -32dB = 0,025. A 35dB-es csillapítást (0,0177) a 32dB-es fokozat 0,025, a 2dB-es fokozat 0,794 és az 1dB-es fokozat 0,891 erősítéseinek összeszorzásával kapjuk. A csillapítóáramkörök tervezésekor a műveleti erősítők előtt álló feszültségosztó-ellenállások értékeit határozzuk meg. Úgy kell megválasztani az ellenállásértékeket, hogy az osztók a fent felsorolt osztást valósítsák meg. A műveleti erősítők feszültségkövetőként működnek, tulajdonképpen csak az egyes osztók függetlenítése a feladatuk. Látható, hogy az áramkör bemeneti ellenállása nem állandó, hanem a 8,2kOhm-os és a 9,2kOhm-os érték közül valamelyik, a csillapító beállítása szerint. Ha nagyobb bemeneti ellenállásra van szükségünk, az osztó ellenállásainak értékét a kívánt értékig növelhetjük, egyetlen kikötés, hogy az értékek aránya megmaradjon.) A fenti áramkör maximális csillapítása 63dB. A kapcsolás igazságtáblázata:

      Az áramkör jellemzőit a beépítésre kerülő műveleti erősítők minősége határozza meg, amelyeket az adott feladatnak megfelelően kell megválasztani. Ehhez hasonló csillapító áramkör építhető a műveleti erősítők invertáló jellegű bekötésével is. Ennek egy különleges megvalósítása látható a következő ábrán.

      Itt a 64 fokozatú csillapítás három műveleti erősítővel van megoldva. A kapcsolók vezérlése így bonyolultabbá válik, de jó minőségű (drága) műveleti erősítők alkalmazása esetén megéri a fáradtságot. Az egyes fokozatok erősítései és a hozzájuk tartozó kapcsolóállások láthatók az alábbi ábrán.

      Az erősítést beállító ellenállások 1%-os tűrésűek, ami biztosítja esetleges több csatorna pontos együttfutását. Mint az előző táblázatból is látható, ez az alkatrészérték tűrés jobb mint 0,5dB-es beállítási pontosságot biztosít a teljes tartományban. Az áramkör igazságtáblázata:

      Megfigyelhető, hogy a K₂, K₄ és K₆ kapcsolók beállítójeleit negálva egy kettes számrendszernek megfelelő kódot kapunk, aminek decimális értéke megfelel a csillapítás decibeles értékének. Mikrovezérlő, mint vezérlő egység alkalmazása esetén a negációkat természetesen szoftver részről célszerű elvégezni.

Vissza az oldal elejére

Mikor alkalmazzunk relés potenciométert?

      Összefoglalásképpen említsük meg újra a relés kapcsolások azon tulajdonságait, melyek egyes területeken egyedülállóvá teszik őket. Relés potenciométert alkalmazhatunk:
      • nagy áramerősség esetén;
      • nagy munkafeszültség és vezérelhetőség együttes követelményének felmerülésekor;
      • extrém alacsony zaj és torzítás szükségessége esetében;
      • valamint a fenti kívánalmak együttes fellépésekor.

      A relés potenciométerek hátrányai:
      • nagy bekerülési költség (a digitális potenciométerekhez viszonyítva);
      • a változtatás (átállítás) során rövid idejű, a szabályozási tartományon belüli feszültségcsúcsok keletkezhetnek (amelyek a vezérlés megfelelő kialakításával elkerülhetőek);
      • viszonylag bonyolult vezérlőáramkör.

Vissza a Főoldalra  Vissza az Elektronika oldalra  Vissza az oldal elejére