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Como funciona um Potenciômetro

Um potenciômetro é um tipo especial de resistor de três terminais cuja resistência pode ser ajustada por meio mecânico, girando ou deslizando um eixo móvel, formando assim um divisor de tensão ajustável.

Os potenciômetros encontram inúmeras aplicações em vários campos da tecnologia, como por exemplo em amplificadores de áudio, instrumentos musicais eletrônicos, mixers de áudio, eletrodomésticos,, televisores, equipamentos industriais, joysticks, osciloscópios analógicos, e muitos outros.

Basicamente, os potenciômetros são usados de duas formas em circuitos eletrônicos: como divisores de tensão ajustáveis (aplicação mais comum) ou ainda como limitadores ajustáveis de corrente.

Um potenciômetro consiste em um elemento resistivo, chamado de “pista”, ou “trilha”, e de um cursor móvel, que se movimenta ao longo de um eixo, rotatório ou linear. De acordo com a posição desse cursor ao longo do eixo, a resistência obtida será diferente, dentro de certos limites característicos do componente em questão.

Os potenciômetros variam bastante quanto à sua forma, tamanho, faixa de resistências obtidas, tipo de eixo, e outras características, dependendo da aplicação a que são destinados.

Funcionamento de um potenciômetro

Um potenciômetro possui três terminais. Um par externo (terminais “início” e “fim“) se conecta com os lados opostos de um elemento resistivo interno, chamado de trilha ou pista. O terceiro terminal (central) se conecta internamente com um contato chamado de cursor, que fica em contato com a pista e pode ser movido de um extremo dessa pista ao outro, por meio da rotação de um eixo ou ainda movendo-se um controle deslizante.

Quando aplicamos uma tensão elétrica entre os terminais de início e fim, a tensão elétrica obtida no terminal central irá variar conforme o cursor se move ao longo da pista. Assim, o potenciômetro funciona como um divisor de tensão resistivo. Sua ideia é obtermos diferentes níveis de tensão elétrica, e não diferentes níveis de resistência – esse é o papel de um tipo especial de potenciômetro, o reostato, do qual falaremos mais adiante.

A figura a seguir ilustra valores de tensão obtidos em um potenciômetro ligado a uma bateria de 9V com o cursor nas posições início, aleatória qualquer e de fim:

Um trimmer é um tipo especial de potenciômetro que geralmente possui uma posição pré-ajustada e que raramente necessita de alteração na posição de seu cursor; é muitas vezes utilizado para ajuste de tensões específicas em alguns equipamentos, com televisores e eletrodomésticos.

Potenciômetros Linear e Logarítmico

Se tivermos um elemento resistivo de largura e espessura constante, o potencial elétrico medido no cursor ao ser movimentado pela pista irá se alterar em uma razão constante com sua rotação em torno do eixo. A esse tipo de potenciômetro chamamos de Linear (a tensão se altera de forma linear).

Um outro tipo de potenciômetro utiliza um elemento resistivo não-linear, onde o movimento do cursor ao longo da pista provoca uma alteração na tensão medida de forma não constante, e por isso é conhecido como Logarítmico, pois a tensão é alterada de acordo com o logaritmo do ângulo de rotação do cursor. Esse tipo de potenciômetro encontra muita aplicação em dispositivos de áudio, como controles de volume, pois a audição humana responde à pressão sonora de forma logarítmica, e um potenciômetro linear torna a alteração de volume muito abrupta a partir de certo volume (intensidade) sonoro.

Na verdade, a maioria dos potenciômetros logarítmicos não possuem características verdadeiramente logarítmicas, em vez disso seguindo uma curva característica aproximadamente logarítmica. Isso ocorre porque o custo de produção de um potenciômetro realmente logarítmico é elevado, e para a maioria das aplicações que precisam desse tipo de componente uma curva aproximada é suficiente.

Existem também os potenciômetros antilogarítmicos, que nada mais são que potenciômetros logarítmicos que funcionam de forma inversa, ou seja, como se girássemos o eixo do potenciômetro no sentido contrário.

Potenciômetros – Formatos

Com relação à forma, os potenciômetros podem ser classificados em:

• Simples
• Duplo
• Micro
• Trimmer
• Deslizante (Slider)
• Multivoltas

Duplos

Os potenciômetros duplos (“ganged pots“) consistem, como o próprio nome diz, em dois potenciômetros de valores iguais ou diferentes, montados em uma mesma estrutura, podendo ser acionados por eixos independentes ou por um único eixo. 

É comum utilizarmos potenciômetros logarítmicos duplos na construção de amplificadores de som estéreo, por exemplo no controle de volume, onde é preciso que o controle seja capaz de ajustar o nível de sinal em ambos os canais de áudio simultaneamente.

Sliders

Um slider é um potenciômetro que em vez de um eixo rotatório possui uma pista retilínea por onde o cursor pode ser deslizado pera frente e para trás. É muito empregado em equipamentos de áudio como mixers e equalizadores. A imagem seguinte mostra um equalizador construído com potenciômetros deslizantes (embutido em um violão elétrico que possuo):

Trimmers

Um Trimmer é um tipo especial de potenciômetro geralmente montado diretamente sobre uma placa de circuito impresso e cuja função é permitir ajuste fino de níveis de sinais durante a montagem e teste de um equipamento eletrônico.

Os trimmers são potenciômetros lineares e são projetados para serem ajustados por meio do uso de uma pequena chave de fenda, em vez de possuírem um eixo ajustável manualmente (mas alguns modelos possuem um mini-eixo ou um botão para ajuste). No geral, como são localizados no interior dos equipamentos, o usuário não consegue acessar esse componente diretamente, sendo que isso é tarefa para o técnico que ajusta o dispositivo.

Os trimmers de maior qualidade geralmente são construídos em um invólucro hermeticamente fechado, o que impede a entrada de poluentes, como fumaça, poeira e detritos, que podem diminuir a vida útil do componente ou alterar suas características de resistência.

Um Trimpot^® é um nome amplamente utilizado quando nos referimos aos trimmers, mas na verdade se trata de uma marca proprietária registrada de trimmers.

Potenciômetro Multivoltas

A maioria dos potenciômetros rotatórios construídos para controle manual (girando-se o eixo) oferecem um ângulo de rotação total de cerca de 270º, ou 3/4 de uma volta completa. Para ajustes precisos, essa faixa é um tanto quanto limitada, e para contornar esse problema existem potenciômetros multivoltas, os quais possuem um elemento resistivo construído em formato espiral ou de hélice, e o cursor se move ao longo dessa espiral conforme o eixo do componente é girado, possibilitando dar múltiplas voltas completas.

A figura a seguir mostra um potenciômetro multivoltas comum:

Simbologia

A seguir temos a simbologia utilizada na representação de potenciômetros em diagramas esquemáticos, de acordo com a normas americana (esquerda) e internacional (direita):

E a seguir temos os símbolos empregados para representar dois tipos especiais de potenciômetros: o reostato (acima) e o trimmer (abaixo), com o valor de sua resistência máxima mostrado:

Características dos Potenciômetros

Processo de Fabricação: A pista do potenciômetro pode ser fabricada a partir de diversos tipos de materiais, sendo os mais comuns o Carbono, Plástico Condutivo, fio metálico simples ou ainda Cermet, que é um material especial composto de cerâmica combinada com metais, como níquel, cobalto e molibdênio.

Curva: A curva diz respeito ao valor da resistência obtido ao longo do eixo, plotada em um gráfico, que pode ser consultado no datasheet do componente disponibilizado pelo fabricante. Veja um exemplo de curva a seguir:

Potência Máxima de Dissipação: Ou “Pd”, é a potência máxima suportada pelo componente, entre seus terminais de início e fim, sem que tenha suas características resistivas alteradas – ou seja, sem que seja danificado.

Resistência Total: É a resistência máxima medida entre os terminais início e fim do potenciômetro, obtida com o cursor na posição de início.

Resolução: A resolução representa o menor valor de mudança de resistência que pode ser obtido ao mover o cursor do potenciômetro em uma direção. Os potenciômetros com melhor resolução tendem a ser os construídos com carbono ou Cermet, pois a resistência de seus elementos é mais granulada. Para maiors níveis de resolução, é recomendável utilizar potenciômetros multivoltas.

Marcações: Além de encontrarmos uma marcação que informa o valor da resistência total do dispositivo em seu corpo (por exemplo, 50k ou 1M), é comum que haja uma marcação indicando o tipo de potenciômetro, usando-se para isso um código de letras. O sistema mais comum, adotado por fabricantes de componentes asiáticos, é o seguinte:

• A – potenciômetro logarítmico
• B – potenciômetro linear

Porém, temos de tomar muito cuidado ao lidar com equipamentos antigos, pois os potenciômetros neles contidos podem usar um código diferente, arcaico, que corresponde ao seguinte:

• A – potenciômetro linear
• C – potenciômetro logarítmico
• F – potenciômetro antilogarítmico

Circuitos básicos com potenciômetros

Os diagramas a seguir mostram algumas formas de conectar potenciômetros para formar alguns circuitos básicos, como controles de volume, resistores variáveis, etc.:

1. Controle de volume com potenciômetro:

2. Controle de volume de dois canais com potenciômetro duplo:

3. Controle de volume estéreo e balanço com potenciômetros simples e duplo:

4. Usando um potenciômetro comum como um resistor variável (reostato):

O Reostato

É comum que se confundam os potenciômetros com um outro componente denominado Reostato, que possui um princípio de funcionamento similar, porém difere com relação à sua aplicação: os reostatos muitas vezes são retilíneos deslizantes, construídos com fio metálico, e aplicado em circuitos de alta potência.

Estudaremos os reostatos em um artigo específico sobre o componente, com suas aplicações.

Bibliografia

Platt, Charles – Encyclopedia of Electronic Components, vol. 01, 2013 – Makezine
Scherz, Paul e Monk, Simon – Practical Electronics for Inventors, 3. Ed, 2013 – McGraw-Hill
Todd, Carl David – The Potentiometer Handbook – Versão online, acesso em 09/07/2018 – McGraw-Hill