Tout ce que vous devez savoir sur les potentiomètres

13 décembre 2024

Par Jeff Smoot, SameSky

Composants passifs potentiomètre

Tout ce que vous devez savoir sur les potentiomètres

Par Jeff Smoot

Dans cet article:

1. Qu’est-ce qu’un potentiomètre ?
2. Une brève histoire des potentiomètres
3. Comment fonctionnent les potentiomètres ?
4. Types de potentiomètres disponibles
5. Autres sous-types de potentiomètres
6. Différences entre potentiomètres et rhéostats ?
7. Les potentiomètres et les encodeurs rotatifs sont-ils identiques ?
8. Un mot sur la pente des potentiomètres
9. Résistances nominales du potentiomètre
10. Symboles et marquages applicables
11. Avantages et inconvénients des potentiomètres
12. Quelques questions à se poser avant la spécification
13. Applications courantes
14. Résumé

Qu’est-ce qu’un potentiomètre ?

Les potentiomètres, ou « potards » comme on les appelle communément chez les ingénieurs, sont essentiellement des résistances qui intègrent un mécanisme de réglage mécanique permettant de changer leur résistance manuellement. Les résistances, comme nous le savons, offrent une valeur de résistance fixe et bloquent ou offrent une résistance au flux de courant électrique dans un circuit. Un potentiomètre est fondamentalement une résistance variable.

Les potentiomètres fonctionnent comme des diviseurs de tension qui peuvent être utilisés à la fois pour ajuster la tension de sortie d’un circuit et mesurer avec précision (ou calibrer) le potentiel électrique – d’où le nom de potentiomètre. Ils produisent un signal de sortie de tension à variation continue, proportionnel à la position physique du curseur sur l’élément résistif. Ce sont des composants passifs, ce qui signifie qu’ils n’ont pas besoin d’une alimentation électrique ou de circuits supplémentaires pour fonctionner.

Une brève histoire des potentiomètres

Avec l’explosion de la recherche et du développement de l’électricité au début des années 1800, l’idée d’un composant qui pourrait être utilisé pour contrôler la quantité d’électricité entrant dans un appareil ou un circuit a été explorée par de nombreuses personnes, mais le concept de potentiomètre n’a été proposé qu’en 1841. Il faudra attendre 1872 pour que le premier potentiomètre à carbone fonctionnel soit inventé par Thomas Edison.

Les potentiomètres disponibles aujourd’hui sont nettement plus petits et plus précis que les composants du début et sont disponibles dans une grande variété de types et de boîtiers, en fonction de l’application. Ils sont couramment utilisés dans les appareils et les systèmes pour contrôler des valeurs, notamment les niveaux de lumière, le volume audio et les signaux audio, ainsi que la luminosité et la couleur de la vidéo. Ils peuvent également fonctionner comme capteurs de position.

Comment fonctionnent les potentiomètres ?

Fonctionnement interne d’un potentiomètre rotatif

La résistance d’un objet dépend de plusieurs facteurs. Toutes choses égales par ailleurs, la résistance d’un objet est directement proportionnelle à sa longueur. En d’autres termes, un objet de même matériau et de même section de 10 centimètres de long aura la moitié de la résistance d’un autre objet de 20 centimètres de long. Les potentiomètres utilisent ce principe. La sortie réglable d’un potentiomètre est réalisée en faisant varier la position linéaire ou rotative d’un contact coulissant sur un élément de résistance uniforme, en allongeant ou en raccourcissant le chemin parcouru par le courant. La tension d’entrée est appliquée sur toute la longueur de l’élément résistif, et la tension de sortie est appliquée comme la chute entre l’élément résistif fixe et le contact coulissant ou rotatif. La position du contact mobile sur l’élément résistif détermine la valeur de la tension d’entrée qui sera appliquée au circuit.

Les potentiomètres sont très rarement utilisés pour contrôler plus d’un watt, car le composant doit dissiper la puissance d’entrée et produirait une chaleur inacceptable. Au lieu de cela, ils fonctionnent en ajustant les signaux analogiques utilisés par d’autres composants pour contrôler l’alimentation. Par exemple, un variateur de lumière simple utilise un potentiomètre pour contrôler un TRIAC qui fait varier la luminosité.

Types de potentiomètres disponibles

Les potentiomètres sont disponibles sous deux formes principales : analogique et numérique. Un potentiomètre analogique traditionnel utilise des éléments mécaniques qui peuvent être manipulés manuellement pour contrôler la sortie. Les potentiomètres analogiques sont disponibles en formats linéaire et rotatif :

Potentiomètres linéaires ou rotatifs

Les potentiomètres rotatifs utilisent le mouvement angulaire d’un bouton rotatif et d’un arbre reliés à un élément curseur qui glisse sur l’élément résistif. La rotation de l’arbre fait varier la résistance et la sortie. Les potentiomètres peuvent également être sans arbre avec un outil externe comme un tournevis prenant généralement la place de l’arbre pour déplacer le curseur. Ceux-ci sont le plus souvent appelés potentiomètres de réglage ou trimmers .

Les potentiomètres linéaires utilisent un mouvement linéaire (ou en ligne droite) via une glissière pour entrer en contact avec l’élément résistif et faire varier ainsi la résistance et la sortie.

Les potentiomètres numériques ou électroniques sont contrôlés par des signaux numériques pour faire varier la sortie au lieu du mouvement mécanique. Dans cet article, nous ne considérons que des potentiomètres analogiques.

Autres sous-types de potentiomètres

Il existe différents sous-types de potentiomètres analogiques, linéaires et rotatifs, qui peuvent être spécifiés pour une application. Il s’agit notamment de :

• Presets & Trimmers : ce sont de petits composants, généralement montés sur carte, ajustés à l’aide d’un petit tournevis et utilisés pour le réglage et l’étalonnage dans un circuit. Les “presets” ont des valeurs spécifiques et les “trimmers offrent une haute résolution grâce à des vis multi-tours. Ceux-ci sont principalement utilisés lors de l’étalonnage du système et restent ensuite la plupart du temps en position fixe.
• Dual Gang : il s’agit de deux potentiomètres combinés sur le même arbre qui permettent le réglage parallèle de deux canaux.
• Servo Pot : il s’agit d’un potentiomètre fixé à un arbre rotatif (moteur) qui peut détecter la position en mesurant l’impulsion appliquée pour faire tourner le moteur jusqu’à ce que le potentiomètre indique que la position correspond à l’impulsion entrante. Souvent utilisé en robotique ou dans des applications où un contrôle précis des mouvements est nécessaire.
• Logarithmique : ils modifient la résistance de manière logarithmique lorsque le potentiomètre est ajusté, suivant de près la réponse sonore logarithmique de l’oreille humaine. Il est utilisé comme contrôle du volume dans les équipements audio.
• Concentrique : deux potentiomètres rotatifs empilés avec leurs arbres sur le même axe permettant de contrôler le volume et la tonalité à travers un seul trou de montage.
• Molette : Ils utilisent une molette rotative avec un bord tactile pour permettre un réglage du bout des doigts de l’appareil. Généralement utilisé pour les contrôles de volume et de luminosité.
• Rectiligne & Double rectiligne : ils utilisent un élément résistif et un contact coulissant pour ajuster la résistance par un mouvement linéaire. Cela offre une relation linéaire entre la position du curseur et la résistance de sortie, ce qui signifie que ce type peut également être utilisé comme capteur de position résistif (capteurs de déplacement linéaire). Les potentiomètres à double glissière sont dotés d’un seul curseur qui contrôle deux potentiomètres en parallèle. Les potards rectilignes sont souvent utilisés dans les tables de mixage de studio, les faders ou les égaliseurs graphiques.
• Rectiligne motorisé : utilisent un potentiomètre à glissière avec une courroie de distribution entraînée par un petit moteur à courant continu et une poulie de distribution pour permettre une télécommande automatique. Couramment utilisé dans les applications d’automatisation industrielle et de contrôle de processus.
• Simple et multitour : les  potards à un tour offrent une rotation unique d’environ 3/4 d’un tour complet du bouton de commande pour fournir une résolution de contrôle adéquate pour l’application. Les potardss multi-tours offrent plusieurs rotations du bouton de commande pour une précision accrue lorsqu’une haute résolution est requise.

Quelle est la différence entre potentiomètres et rhéostats ?

L’explication la plus élémentaire de la différence entre ces deux appareils est qu’un potentiomètre est un dispositif à trois bornes utilisé pour le contrôle de la tension. Un rhéostat est un dispositif à deux bornes utilisé pour le contrôle du courant. Cependant, en laissant simplement une jambe d’un potentiomètre non connectée, il est possible d’utiliser les potentiomètres comme rhéostats.

Potentiomètre ou Rhéostat

Les rhéostats sont généralement des résistances variables bobinées de haute puissance utilisées dans des applications à courant élevé pour contrôler le flux de courant vers des appareils tels que des lampes et des moteurs. Ils contiennent des bobines de fil robuste qui modifient la résistance de façon incrémentielle en changeant la position du curseur sur l’élément résistif. Les rhéostats ne sont pas spécifiés par leur valeur résistive, mais par leur capacité à supporter de grands niveaux de puissance.

Les potentiomètres et les encodeurs rotatifs sont-ils identiques ?

Un codeur rotatif est un dispositif électromécanique qui convertit la position angulaire ou le mouvement d’un arbre en un signal numérique. Les potentiomètres et les codeurs rotatifs détectent tous deux la rotation d’un arbre, mais ils fonctionnent selon des principes différents, offrent différents niveaux de complexité et nécessitent des configurations différentes.

Les potentiomètres sont essentiellement des composants analogiques, bien qu’il existe des variantes numériques. Les encodeurs rotatifs sont des composants numériques qui utilisent une logique binaire pour indiquer la position, et un circuit séparé est donc nécessaire pour traduire leur sortie en un signal utilisable.

Les potentiomètres offrent une configuration plus facile que les codeurs rotatifs, permettent des entrées variables en continu, peuvent diviser la tension de manière non linéaire et peuvent facilement contrôler d’autres appareils analogiques. Les encodeurs rotatifs, quant à eux, peuvent tourner en continu, ont un signal numérique et offrent une excellente résolution, et bien qu’ils aient tendance à être plus chers que les potentiomètres, leur précision dans le contrôle de moteur les rend idéaux à leur manière pour l’industrie, l’automatisation et la robotique.

Un mot sur la pente du potentiomètre

La pente du potentiomètre est la façon dont la résistance varie lorsque l’armature de l’appareil tourne ou que son curseur se déplace sur l’élément résistif. Dans certains modèles de potentiomètres, il s’agit d’une relation linéaire, ce qui signifie que lorsque l’armature ou le curseur est à mi-chemin, la résistance variable est la moitié de la résistance pleine échelle du potentiomètre.

D’autres conceptions offrent une pente logarithmique non linéaire (également appelé pente audio) qui imite plus étroitement la réponse sonore logarithmique de l’oreille humaine. Cela donne l’impression d’un réglage du volume plus équilibré sur la rotation ou le déplacement complet d’une commande de volume audio. Des potentiomètres logarithmiques inverses qui offrent une conception de fonctionnement inversée sont également disponibles. Ceux-ci sont utilisés, par exemple, dans les commandes audio qui fonctionnent dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.

Résistances nominales des potentiomètres

Les potentiomètres sont généralement évalués et spécifiés en fonction de leur valeur de résistance totale. Cette valeur de résistance se rapporte à l’ensemble de l’élément de résistance, d’une borne à l’autre. Par conséquent, un potentiomètre d’une valeur de 1 kΩ (kilohms) a une résistance pour toute sa trajectoire égale à une résistance fixe de 1 kΩ.

D’autres paramètres à prendre en compte lors de l’approvisionnement d’un potentiomètre sont les suivants :

• Puissance nominale : la puissance maximale que le composant peut gérer sans dommage.
• Résolution : la précision du potentiomètre, exprimée en pourcentage de la résistance totale et le changement de la résistance causée par chaque mouvement incrémentiel du contact sur l’élément résistif.
• Bruit de glissement : quantité de bruit électronique produite par le mouvement des pièces de contact internes.
• Coefficient de température : comment la résistance observée peut changer en fonction de la température de fonctionnement.
• Durée de vie mécanique : la durée de fonctionnement du composant selon les spécifications, généralement exprimée en nombre de cycles.

Symboles et marquages applicables

Les symboles du potentiomètre dans un schéma de circuit peuvent différer. La norme ANSI (américaine) est de deux lignes droites séparées par des lignes en zigzag. La norme CEI (européenne) est un rectangle entre deux lignes droites avec une flêche sur le côté.

Symboles ANSI (en haut à gauche) et CEI (en haut à droite) avec variantes non standard (en bas)

Les composants individuels sont généralement marqués avec une valeur de résistance exacte, comme 1K pour un potentiomètre de 1000 Ω. Ils peuvent également être marqués d’un code à trois chiffres, les deux premiers chiffres représentant la valeur numérique du composant et le dernier chiffre représentant l’exposant avec par exemple 501 pour 50 x 10 = 500 Ω. Les potentiomètres fabriqués aux États-Unis et en Asie sont généralement marqués d’un « A » pour une pente logarithmique, d’un « B » pour pente linéaire ou d’un « C » pour une pente logarithmique inverse. Attention, en Europe, c’est A pour le linéaire et B pour le logarithmique.

Avantages et inconvénients des potentiomètres

Comme pour tout appareil électronique, il y a des avantages et des inconvénients à utiliser des potentiomètres dans une application qu’il faut soupeser avant la spécification finale. Les avantages des potentiomètres comprennent une conception simple, un faible coût, une large plage de résistance disponible, un fonctionnement facile et efficace et une technologie éprouvée. Parmi leurs inconvénients, citons une bande passante limitée, une capacité de gestion du courant limitée, un fonctionnement mécanique sujet à l’usure et à la contamination, et une génération potentielle de bruit électrique.

Quelques questions doit-on se poser avant la spécification

Les questions fondamentales auxquelles il faudra répondre sont les suivantes :

• Quelles sont les spécifications de mon appareil (valeur de résistance, plage de résistance, capacité de puissance, etc.) ?
• Ma conception nécessite-t-elle une fonctionnalité rotative ou coulissante ?
• Ai-je besoin d’une variation linéaire ou logarithmique ?
• Combien de temps l’appareil doit-il fonctionner selon les spécifications ?
• L’appareil sera-t-il utilisé dans des environnements difficiles ?
• Quelle est l’empreinte requise ?
• Comment le composant sera-t-il monté ?

Applications courantes

Comme indiqué précédemment, les potentiomètres sont couramment utilisés pour contrôler des valeurs dans les appareils ou systèmes audio et vidéo, notamment le volume, la luminosité, le contraste et la couleur. Ils peuvent également être utilisés pour mesurer la tension dans les équipements de test et pour la détection de position dans les systèmes de contrôle de processus et d’automatisation. Leur flexibilité et même la possibilité d’utiliser des potentiomètres comme rhéostats ont permis aux potentiomètres de se diversifier au-delà de ces applications plus courantes pour s’intégrer dans presque toutes les applications analogiques et dans de nombreuses applications numériques. Chaque fois qu’il est possible de contrôler activement un circuit ou de recevoir une rétroaction d’un circuit, un potentiomètre peut être envisagé.

Résumé

Les potentiomètres sont des composants relativement simples qui utilisent une technologie éprouvée pour fournir la fonction nécessaire de contrôle ou de mesure de tension dans de nombreux types d’appareils ou systèmes électroniques ou électriques. Ils peuvent également fournir une détection et une mesure précises du mouvement linéaire ou rotatif. Leur disponibilité dans une large gamme de boîtiers, de calibres, de tailles et de conceptions garantit qu’ils peuvent être adaptés à un large éventail d’applications différentes. Same Sky propose une gamme de potentiomètres avec options rotatives ou trimmer avec une large gamme de valeurs de résistance.

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