Potentiomètres

Potentiomètres – Présentation

Un potentiomètre reçoit une tension d'entrée et génère une tension variable sur un circuit, dont la quantité est déterminée par la position d'un curseur sur un élément résistif. Ce composant est aussi appelé résistance variable, ou rhéostat, selon l'utilisation. Servant à réguler la tension, un potentiomètre est un moyen d'introduire une résistance variable sur un circuit ou d'en ajuster la puissance. Dans ce dernier cas, il a le rôle d'un rhéostat.

D'autres noms sont utilisés pour ce type de composant, tels que « pot », glissière, potentiomètre d'ajustement, potentiomètre à molette, trimmer ou trimpot (potentiomètre de petite taille). Ces termes réfèrent à l'action mécanique qui modifie la résistance, la puissance ou la tension générée par le dispositif : rotation de molette, déplacement de glissière, ou le fait qu'un potentiomètre d'ajustement est moins facile à régler mais sert à sélectionner une valeur spécifique fixe.

La structure interne d'un potentiomètre est simple, mais très efficace.

 

Fonctionnement interne d'un potentiomètre

Un potentiomètre est un composant doté d'un mécanisme de réglage et de trois bornes.

À l'intérieur, les deux bornes les plus proches de l'extérieur sont reliées à la partie du dispositif qui sert de résistance. Elle est habituellement fabriquée en plastique, carbone, graphite ou un matériau céramique plus spécialisé, appelé cermet. Cette partie du potentiomètre est la piste résistante du dispositif.

La troisième borne est reliée au curseur. Le curseur est en contact avec la piste résistante. En déplaçant la molette, la glissière, ou le bouton rotatif, le curseur se déplace sur cette piste, régulant ainsi la tension.

La tension régulée est émise sur la troisième borne. Si la tension du dispositif est de 16 V et que le curseur est placé en bout de course jusqu'au contact positif, la troisième borne émettra une tension de 16 V. Si le curseur est sur la position centrale entre les bornes positive et négative, la troisième borne aura un potentiel de 8 V. Lorsque le curseur est aligné sur la borne négative, la tension émise sur la troisième borne est égale à 0 V. Ces chiffres illustrent le fonctionnement d'un potentiomètre linéaire, mais il existe d'autres types de potentiomètres.

Dans le cas des potentiomètres à ajustement, ils sont souvent conçus pour être seulement réglés pendant la fabrication. Normalement, un petit tournevis sert à déplacer le curseur sur la piste, évitant tout risque de déréglage pendant l'utilisation.

Certains potentiomètres sont conçus pour varier la tension sur plusieurs rotations. Dans ce cas, la piste résistante peut avoir une forme hélicoïdale. . Cette conception est utilisée pour autoriser une grande précision du réglage.

Ces dispositifs ont d'autres applications, par exemple l'inversion de polarité. Dans un inverseur de polarité, le potentiomètre est relié à deux sources CC différentes. Les polarités positive et négative sont reliées à un côté +/- du potentiomètre et à l'autre côté -/+. Lorsque le potentiomètre est au milieu de la piste, une tension égale à zéro est émise sur la troisième borne.

 

Rhéostats

Bien que de moins en moins utilisé, le terme rhéostat est bien connu. Un rhéostat est une résistance électrique réglable qui, intercalée dans un circuit, permet de modifier l'intensité du courant. Il est tellement similaire à un potentiomètre que les deux termes se confondent.

Les rhéostats sont fréquemment utilisés pour régler progressivement des éclairages (dimmers) ou pour ajuster la vitesse des moteurs électriques. Ces résistances ajustables à deux bornes sont souvent remplacées par un potentiomètre standard à trois bornes lorsque la puissance est inférieure à 1 W.

La conception des rhéostats est plus spécialisée lorsqu'ils doivent réguler des puissances élevées. Pour de telles applications, un fil isolant peut être embobiné sur le cœur. Lorsque l'utilisateur pivote le bouton, le curseur se déplace sur les spires.

Dans d'autres conceptions, le système de réglage comporte plusieurs doigts au contact de plusieurs fils. Elles sont utilisées dans des applications à très haute tension.

 

Potentiomètres numériques

Les avantages spécifiques des potentiomètres numériques leur permettent de remplacer les potentiomètres analogiques dans certaines applications. Ils offrent la possibilité d'un réglage numérique sans intervention manuelle. Ils ont une caractéristique semblable aux mémoires informatiques : la volatilité. Certains potentiomètres numériques sont volatiles. Cela signifie que lorsqu'ils sont mis hors tension, ils reprennent une position spécifique, qui est habituellement leur valeur minimale. D'autres potentiomètres numériques ne sont pas volatiles. À la mise hors tension, ils gardent la valeur de réglage sélectionnée au moment de la mise hors tension.

Ils servent à ajuster des équipements qui nécessitent des réglages très précis. Les potentiomètres numériques se caractérisent par une bonne résistance aux chocs et aux vibrations, capables de modifier le réglage d'un potentiomètre analogique.

Un potentiomètre analogique peut être réglé par toute personne capable d'y accéder. Par contre, un potentiomètre numérique peut être protégé pour que seules des personnes ayant un droit d'accès à l'équipement puissent le modifier (en fonction de leur rôle, compétence, etc.).

 

Potentiomètres à membrane

Les potentiomètres à membrane sont des composants très précis qui sont utilisés dans les écrans tactiles et bien d'autres applications. La membrane intégrée au potentiomètre est fabriquée dans divers matériaux, tels que Kapton, FR4 et PET. Le réglage est effectué par la déformation de la membrane contrôlée par le déplacement du curseur. Dans l'idéal, un tel dispositif pourrait offrir une résolution infinie.

Outre leurs capacités avancées, les potentiomètres à membrane sont en fait des composants simples dont la durée de vie est très longue. Par exemple, dans un écran tactile, le fonctionnement du composant est assuré par un revêtement conducteur sous la vitre de l'écran et un revêtement résistif en dessous. Lorsque l'utilisateur déplace un doigt sur la surface de l'écran, la tension sur la couche supérieure et la tension sur les bords définissent les coordonnées de position. Elles sont traitées par un convertisseur analogique-numérique qui génère les données nécessaires au dispositif.

Ces potentiomètres sont simples, mais nécessitent un ajustement occasionnel pour garantir un bon fonctionnement. Nombre d'écrans tactiles sont des dispositifs capacitifs, qui fonctionnent sans pression physique et ne nécessitent pas d'ajustement pour donner des informations de positionnement toujours précises.

 

Quelles sont les applications des potentiomètres ?

Le contrôle du volume audio est l'application la plus connue des potentiomètres. Ils sont aussi largement utilisés pour réguler l'intensité des éclairages, même s'ils sont maintenant moins utilisés dans les systèmes d'éclairage à haute puissance.

Les potentiomètres servent normalement à réguler des puissances inférieures à 1 W. Les commandes numériques sont maintenant très couramment utilisées dans des applications où les potentiomètres ont été longtemps la norme. Par exemple, dans les équipements radio, les boutons ont été constamment utilisés jusque dans les années 1990. Ils ont ensuite commencé à être remplacés par des boutons-poussoirs numériques qui augmentent ou diminuent incrémentiellement les niveaux. Des versions rotatives des commandes numériques sont aussi disponibles, combinant la facilité d'utilisation des boutons rotatifs et la fiabilité des composants numériques.

Dans les équipements audio, ces dispositifs régulent d'autres paramètres, en plus du volume. Ils servent à ajuster la fréquence, le loudness, la puissance du signal envoyé aux haut-parleurs, et d'autres propriétés importantes des systèmes audio.

Les potentiomètres sont aussi utilisés comme dispositifs de contrôle du mouvement. Ils sont couramment employés pour contrôler des moteurs, pour réguler rapidement et facilement diverses propriétés, telles que la vitesse en modifiant la puissance délivrée.

Utilisés comme trimmers, ils servent à régler des propriétés électriques dans un grand nombre de dispositifs, tels que les oscillateurs et autres circuits. Le dispositif est réglé sur la valeur requise pendant sa fabrication. Il peut être modifié par un technicien si besoin est, mais ce n'est pas un réglage normalement accessible à l'utilisateur. Après réglage, un adhésif peut être appliqué pour fixer la valeur requise de manière définitive.

Un potentiomètre peut aussi servir à mesurer des tensions. Dans ces applications, la tension à mesurer est appliquée à l'entrée du potentiomètre, étant réglée à une valeur connue. La résistance est alors modifiée pour être égale à une tension de cellule standard. Ceci permet d'appliquer une formule algébrique standard pour obtenir la valeur de la résistance du potentiomètre et la tension de cellule standard.

 

Sélection des potentiomètres

Comme tous les composants électroniques, les potentiomètres sont disponibles dans des conceptions spécialisées, des applications spécifiques, et aussi dans des designs conçus pour des conditions relativement peu exigeantes. Par exemple, dans certaines applications industrielles, des équipements dotés de potentiomètres peuvent être exposés à de hautes températures. Des modèles sont conçus pour tolérer jusqu'à 150°C. Certaines applications nécessitent donc des composants offrant des niveaux de résistance spécifiques à des contraintes prédéterminées.

Les potentiomètres peuvent aussi être sélectionnés en fonction du nombre de tours de réglage. De simples contrôles du volume peuvent nécessiter un potentiomètre à un seul tour, alors que d'autres équipements exigeant des ajustements très précis utiliseront des modèles à 5, 10 ou même 15 tours.

Le type de montage, le diamètre de l'axe, le bornage doivent être pris en compte, en fonction des différents besoins. Ces spécifications n'ont aucune influence sur les propriétés électriques du dispositif, mais ils sont nécessaires à l'accessibilité. Dans le cas des trimmers, ils serviront à limiter l'accès, à protéger les réglages, à éviter des détériorations accidentelles des équipements ou des risques pour les personnes.

Le type d'ajustement du potentiomètre fait aussi partie des facteurs de sélection. Dans certaines applications, ces spécifications peuvent être de simples considérations esthétiques. Par exemple, dans un équipement audio, un contrôle du volume peut aussi bien être une glissière ou un bouton rotatif. Dans d'autres, un design spécifique peut améliorer l'ergonomie du dispositif. Par exemple, pour contrôler la vitesse d'un moteur, il peut être préférable d'utiliser un bouton à molette d'un grand diamètre qui offrira un feedback tactile sur la rotation et le nombre de tours, offrant donc un meilleur contrôle qu'une glissière.

 

Autres considérations

Les potentiomètres peuvent être linéaires ou logarithmiques. Dans un potentiomètre linéaire, la tension change selon une proportion constante pendant tout le déplacement de l'actionneur, ou bouton rotatif par exemple. Dans un potentiomètre logarithmique, la variation est exponentielle. C'est-à-dire que la valeur de sa résistance augmente ou diminue de plus en plus rapidement lorsque l'on déplace le curseur. Ils sont couramment utilisés dans les équipements audio modernes, parce que la perception humaine du volume n'est pas linéaire. Par conséquent, un contrôle linéaire donne l'impression de générer des variations irrégulières du volume pendant la rotation du bouton.

Certains potentiomètres sont dotés d'un interrupteur. Il permet de les mettre sous/ hors tension, sans modifier leur fonctionnement.

 

Remplacement des potentiomètres

Les potentiomètres ont une très longue durée de vie, mais ils s'usent et doivent finalement être remplacés. Grâce à la standardisation des spécifications, le remplacement de ces composants est rarement un problème. Mais il existe d'autres difficultés dont les fabricants doivent tenir compte.

Un potentiomètre de remplacement doit être aussi proche que possible du modèle original. Dans certains cas, le remplacement du potentiomètre peut ne pas être nécessaire, mais son bouton peut s'user, la glissière peut ne plus fonctionner correctement, ou une vis de fixation peut être perdue. Ces éléments peuvent être remplacés très économiquement sans changer tout le composant.

Si le potentiomètre est utilisé à de hautes puissances, la surchauffe peut être un risque. Il est donc essentiel que les tolérances thermiques soient vérifiées, nécessitant un calcul précis du courant et des chutes de tension. Lorsqu'un rhéostat est utilisé, le niveau du courant augmente lorsque la résistance diminue. Ce facteur doit être pris en compte. Le courant et la chute de tension peuvent servir à calculer la puissance en watts qui sera dissipée par le dispositif.

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