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REOSTATI E POTENZIOMETRI

Reostati e potenziometri sono apparecchi elettrici a resistenza variabile.foto-reostato

Vengono usati per regolare correnti e tensioni nei circuiti e controllare la potenza sull'utilizzatore.

La differenza principale sta nella potenza che sono in grado di controllare:

  • i reostati sono connessi in serie ed agiscono sulla corrente che va al carico e possono controllare una discreta potenza a scapito di una grande dissipazione di energia sotto forma di calore prodotto per effetto Joule
  • i potenziometri (letteralmente significa misuratore di potenziale) possono mettere a disposizione valori di tensioni differenti nella gamma che va da zero alla tensione disponibile in linea in base alla posizione del cursore. La corrente sul carico deve essere molto più piccola della corrente assorbita dal potenziometro. 

 

REOSTATI

Per vedere come è fatto un reostato da laboratorio misure elettriche segui questo link.

Il reostato ha una resistenza di valore variabile in relazione alla posizione di un contatto strisciante sul filo di materiale resistivo.

reostatoNello schema si vede che il reostato è attraversato dalla corrente che alimenta l'utilizzatore U, con un morsetto collegato ad un estremità fissa del filo del resistore e l'altro morsetto collegato al contatto strisciante.

Per conoscere la corrente I al variare della posizione del cursore occorre conoscere la caratteristica elettrica dell'utilizzatore.

R1 è la parte di resistenza inserita in serie all'utilizzatore e ne condiziona il funzionamento (la restante parte non è interessata dalla corrente ma è in tensione).

RR è il valore massimo della resistenza.

La tensione totale VT si ripartisce fra V1 sul reostato e VU sull'utilizzatore; in questo modo l'utilizzatore è alimentato a tensione ridotta e di conseguenza funzionerà a potenza ridotta.

Nota bene: se l'utilizzatore non ha un comportamento ohmico, non si può prevedere come si comporta al variare della posizione del cursore. Si può solo dire che la tensione sull'utilizzatore diminuisce quando aumenta il valore della resistenza del reostato. Cosa accade dipende dall'utilizzatore. La caratteriastica elettrica dell'utilizzatore fornisce il valore della corrente in relazione al valore della tensione ai morsetti.

Vedi anche gli appunti: resistori: cosa ci faccio.

 

POTENZIOMETRI

Un potenziometro è ancora un dispositivo a resistenza variabile tramite contatto strisciante ma utilizza entrambi i morsetti collegati alle estremità del resistore ed è collegato al circuito come un partitore di tensione.potenziometro

Il potenziometro viene utilizzato per mettere a disposizione in uscita una tensione VU ridotta e proporzionale alla tensione di ingresso VG con una proporzione costante che dipende solo dalle resistenze, e quindi dalla posizione del cursore, secondo l'espressione: 

VU=VG*R2/(R1+R2)

R1+R2 è la resistenza totale del potenziometro (Rp) e non dipende dalla posizione del cursore mentre R2 dipende dalla posizione del cursore.

Si chiama rapporto di partizione o rapporto di riduzione il rapporto

Kp=R2/(R1+R2)=R2/Rp

Con il cursore in basso R2 è nulla, Kp=0 e di conseguenza la VU è nulla.

Mano mano che il cursore viene spostato in alto (vedi figura a lato) la R2 aumenta, il rapporto di partizione cresce e quindi aumenta VU fino al massimo in cui VU=VG.

Quando il cursore tocca l'estremità superiore del potenziometro si ha R1=0 e R2=Rp per cui il rapporto di partizione Kp è 1 che è il massimo possibile.

Il carico stesso entra a far parte del rapporto di riduzione tipico del partitore di tensione per cui il valore di R2 da mettere nella formula del partitore è il risultato del parallelo fra la R2 propria del potenziometro (Rp-R1) e la Ru dell'utilizzatore. La corrente assorbita dal carico impegna tutta la prima parte (R1) del partitore; se la corrente sul carico è elevata (nota 1), la R1, di fatto regola la corrente portando il potenziometro a funzionare come un reostato facendo perdere la corrispondenza fra la tensione di uscita e la posizione del cursore.

Non va bene per regolazioni di potenza in quanto il carico mette la propria resistenza in parallelo alla R2 andando a modificareil valore del rapporto di partizione.

Funziona in modo accettabile solo se l'utilizzatore collegato all'uscita assorbe correnti trascurabili rispetto a quella assorbita dal potenziometro (diciamo un decimo o meno).

Funziona bene se l'utilizzatore non assorbe corrente il che è quasi vero per apparati elettronici ad alta impedenza di ingresso (amplificatori, tester, convertitori analogico-digitali che hanno una elevata resistenza di ingresso).

Negli amplificatori audio, VG è la tensione variabile nel tempo prodotta da una sorgente (se si tratta di un microfono o stadio preamplificatore la tensione VG riproduce il suono) e Vu è la tensione che varia allo stesso modo della VG ma ridotta in proporzione per cui la potenza sonora (il volume) può essere ridotta senza modificare la qualità del suono. A causa delle caratteristiche di risposta dell'orecchio umano, tali potenziometri hanno un andamento logaritmico e non lineare per regolare il volume in un ampia gamma utilizzando tutto l'angolo di rotazione del cursore.

Note

Nota 1: si considera elevata una corrente sul carico superiore ad un decimo della corrente assorbita dal potenzionmetro a vuoto. Il paritore  funziona anche con correnti elevate ma la relazione tra posizione del cursore e tensione sul carico non è più lineare; per illustrare la situazione è utile simulare il funzionamento con un foglio di calcolo.

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