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Les potentiomètres

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Les potentiomètres
Principe de fonctionnement
Obtenir une tension de sortie variable à l’aide d’un pont diviseur de tension équipé d’une
résistance variable montée en potentiomètre en fonction de la tension d’entrée.
Constitution
La résistance variable est un composant très utilisé en électronique. Elle est composée d’un
résistor fixe (A et B) où on a ajouté un curseur (C) qui vient faire contact avec un conducteur
résistif non isolé appelée piste résistive. En déplaçant le curseur sur le conducteur résistif,
on fait varier la valeur de la résistance entre les bornes A et C ou entre B et C.
La résistance variable possède trois caractéristiques :
La valeur maximale de la résistance.
L’intensité maximale.
La puissance admissible.
N’oublions pas que la résistance variable, quel que soit son utilisation est régie par la loi
d’ohm et que tout courant qui traverse cette résistance produit de la chaleur. Il existe 2
types de montage pour la résistance variable : Le rhéostat et le potentiomètre.
Le rhéostat
Dans le montage rhéostatique, la résistance variable est branchée en série avec la charge.
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Les potentiomètres
En variant, elle agit sur l’intensité dans le circuit mais ce montage ne fonctionne pas si
l’intensité est nulle, c’est le cas d’une entrée logique ou analogique car la résistance d’entrée
est infinie donc nous n’utiliserons pas ce montage avec une carte Arduino. Ce montage est
utilisé pour remplacer une résistance fixe afin d’obtenir une valeur plus précise dans un
montage délicat. En résumé, Le rhéostat est un appareil constitué par le bobinage d’un fil
conducteur sur un manchon isolant. Un curseur mobile peut se déplacer sur une tige
métallique et frotte sur le bobinage.
Schéma de principe
Formule
La formule pour calculer le courant dans le circuit, est :
Remarques
On a I max. quand le curseur de Rh est sur A. (Rh = 0R)
On a I min. quand il est sur B.
Le choix du rhéostat se fera donc en tenant compte du récepteur associé pour ne pas
dépasser I max. du rhéostat.
Le potentiomètre
Schéma de principe
Dans le montage potentiomètrique, les extrémités de la résistance variable sont branchées aux
bornes de la source de tension. La sortie qui se branche entre le curseur et une des extrémités
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de la résistance variable, agit comme un pont diviseur de tension avec les mêmes
caractéristiques mais permet de faire varier la tension de sortie. On considère comme pour le
pont diviseur que l’intensité de sortie est négligeable. On le trouve par exemple sur la face avant
de divers appareils pour ajuster un volume sonore, une intensité lumineuse, un niveau de
référence, un seuil de commutation, etc.
Caractéristiques
Le point C représente le curseur qui peut “glisser” de A vers B sur une piste résistive. On
peut
remplacer
le
potentiomètre
par
2
résistances
fixes
reprenant
les
mêmes
caractéristiques. Le potentiomètre est donc un pont diviseur de tension à point milieu
réglable.
On se retrouve donc avec une résistance “Req” traversée par un courant d’intensité I avec
une tension d’alimentation Ve appliquée à ses bornes. L’intensité reste la même quel que soit
la position du curseur.
D’après la loi d’ohm, on a :
Ve = (R1 + R2) x I
or Req = R1 + R2 = Rp
donc Ve = Rp x I soit I = Ve / Rp
Sur le schéma équivalent au potentiomètre, on trouve à la sortie
Vs = R2 x I
Donc on remplace I par Vs / R2 :
Vs = Ve
R2 Rp
On simplifie par R2 :
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Les potentiomètres
On simplifie par R2 :
Vs = Vs = RR2 2 x Vex Ve
RRpp
On peut remplacer le rapport R2 / Rp par la position du curseur comprise entre 0. On peut
remplacer le rapport R2 / Rp par la position du curseur comprise entre 0 (position B) et 1
(position A).(position B) et 1 (position A). Dans ce cas, la relation devient : Dans ce cas, la
relation devient :
Vs =Vs = α α x Vex Ve α → Position du curseur → 0 ≤ α ≤ 1α → Position du curseur → 0 ≤ α
≤1
Exemple
On se propose d’étudier un potentiomètre R p = 1000 R (modèle Pour plusieurs positions du
curseur , calculez la valeur de Ve = 12 V
Dans quel cas, le potentiomètre divise par 2 la tension d’entrée ? Le potentiomètre à un
rapport de 2 quand la position est à la moitié de la résistance variable soit 50%; dans ce cas,
les 2 résistances ont les mêmes valeurs.
Remarques
Entre quelles valeurs varie la tension Vs quand on modifie la position du curseur ? Quand le
curseur C, est en position B alors R2 = 0 Ω donc Vs=0 V, c’est un court-circuit de la sortie.
Quand le curseur C se déplace vers A alors R2 augmente ainsi que Vs puisqu’elle est
proportionnelle à R2. Lorsque le curseur C, arrive au point A alors R2 = Rp donc Vs = Ve. En
conclusion, Vs varie de 0V jusqu’à la tension d’entrée Ve = Vs.
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Les potentiomètres
Le potentiomètre avec résistances talons
Si la tension de sortie Vs obtenue n’est pas correcte à cause de la précision des résistances
(si c’est un pont diviseur avec des résistances fixes) ou à cause de la précision de rotation du
potentiomètre ou encore parce que le courant de sortie n’est pas négligeable (I ≠ 0A), alors il
faut ajouter des résistances talons de chaque côté du potentiomètre ou insérer un
potentiomètre entre les 2 résistances.
Schéma de principe
Types des potentiomètre
Potentiomètre bobiné
Entre les bornes A et B on a la résistance total du potentiomètre. Entre les bornes A et C on a
la résistance variable en fonction de la position du curseur. Les potentiomètres bobinés sont
utilisé dans la puissance, on peut aussi noté qu’ils sont très précis
Les potentiomètres a couche de carbone
La résistance entre les points A et C varie en fonction de l’angle α. Il y a plusieurs modèles
pour souder sur les cartes électroniques, on ne les règles souvent une fois pour de bon, mais
il y a des modèles qui permettent de les mettrent en façade avec un bouton.
Les potentiomètres CERMET, céramique et métal
C’est potentiomètre sons de meilleurs qualité et plus fiable
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Les potentiomètres
Lois de variation linéaire pour les potentiomètres à
couche de carbone
Lois de variation logarithmique pour les
potentiomètres à couche de carbone
Lois de variation anti-logarithmique pour
potentiomètre à couche de carbone
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Les potentiomètres
Choix d’un potentiomètre
Pour un potentiomètre du type réglage d’usine on choisira une valeur total de manière a ce
que les réglages correspondent a peut près à la mis course du curseur. Potentiomètre
tolérance 20%, on dispose des valeurs de la série E6, mais on choisit de préférence dans la
série E3.
On choisit le type de potentiomètre et le modèle en fonction de l’utilisation
Choix de la plage de variation et de la précision
Vérifier la puissance
Application : on associe un potentiomètre avec une résistance fixe
On veut que l’ensemble soit une résistance de 40KΩ,
Trouvez R et P
Potentiomètre numérique
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Les potentiomètres
Principe
Est un circuit intégré dont la résistance peut être ajusté par un circuit numérique d’une façon
logicielle (Exemple: par un microcontrôleur). La valeur obtenue est plus précise. La précision
dépend de la résolution binaire du potentiomètre. En effet, la position du curseur varie
linéairement d’une façon logicielle et est contrôlée via une interface de communication aux
normes industrielles.
Caractéristiques typiques
Résolution binaire : Nombre de positions possibles
Technologie : CMOS, Bipolaire, faible consommation
Fonctionnalité de l’économie de l’énergie
Plage d’alimentation : Exemple de 2.7V à 5.5V
Plage de température d’utilisation : Exemple de -40°C à 85°C
La résistance : Exemple 100 Ohm
Erreur de non linéarité : Exemple ±1/4LSB
Bande passante : Exemple -3dB de 1MHz
Temps de stabilisation : Exemple de 2µS
Temps de réponse : Exemple de 10nS
Interface de programmation : Parallèle, RS232, SPI
Exemples datasheet
Potentiomètre 10K (rotatif)
Potentiomètre 100K (rotatif)
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Les potentiomètres
Potentiomètre 100K (linéaire)
Rhéostat bobiné 100Ω
Potentiomètre numérique 10K, 10 bits
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