Potenciómetro Digital: Qué Es, Funcionalidad Y Más

Un potenciómetro digital (también es llamado convertidor digital-analógico resistivo) es un componente electrónico controlado digitalmente que imita las funciones analógicas de un potenciómetro. Se utiliza a menudo para recortar y escalar señales analógicas mediante microcontroladores.

Un potenciómetro es un componente de resistencia eléctrica cuyos valores de resistencia se pueden cambiar mecánicamente (girando o desplazando). Tiene al menos tres conexiones y se utiliza principalmente como divisor de tensión de ajuste continuo. El potenciómetro fue inventado en 1841 por el físico alemán Johann Christian Poggendorff.

¿Qué son los potenciómetros digitales?

Un potenciómetro digital se construye a partir de un circuito integrado de escalera de resistencia o de un convertidor digital-analógico, aunque la construcción de una escalera de resistencia es la más común. Cada paso en la escalera de resistencia tiene su propio interruptor que puede conectar este paso al terminal de salida del potenciómetro.

El escalón seleccionado en la escalera determina la relación de resistencia del potenciómetro digital. El número de pasos se indica normalmente con un valor de bits, por ejemplo, 8 bits equivalen a 256 pasos; 8 bits son los más comunes, pero se dispone de resoluciones entre 5 y 10 bits (pasos de 32 a 1024).

Un potenciómetro digital utiliza protocolos digitales como I²C o Serial Peripheral Interface Bus para la señalización; algunos utilizan protocolos de subida/bajada más sencillos. Algunos de los usos típicos de los potenciómetros digitales son en circuitos que requieren control de ganancia de amplificadores (frecuentemente amplificadores de instrumentación), balanceo de audio de señales pequeñas y ajuste de offset.

La mayoría de los potenciómetros digitales sólo utilizan memoria volátil, lo que significa que olvidan su posición cuando se apagan (en el encendido reportarán un valor por defecto, a menudo su valor de punto medio) – cuando se usan, su última posición puede ser almacenada por el microcontrolador o FPGA al que están conectados. Algunos potenciómetros incluyen su propio almacenamiento no volátil, por lo que su lectura por defecto en el encendido será la misma que la que mostraban antes de apagarse.

Potenciómetro para un mando giratorio
Potenciómetro para un mando giratorio

Estructura básica y función

Un potenciómetro consiste en un soporte no conductor de electricidad sobre el que se aplica un material de resistencia, dos terminales en ambos extremos del elemento de resistencia y un contacto deslizante móvil (también conocido como deslizador) que divide mecánicamente la resistencia total fijada eléctricamente en dos resistencias parciales correspondientes a esta resistencia total.

Aplicación

Los potenciómetros se utilizan a menudo para controlar dispositivos electrónicos, como el volumen de una radio. En esta función se utiliza cada vez más en otras soluciones (Por ejemplo: llaves o encoders incrementales). Esto se debe, por un lado, a la progresiva digitalización de muchas funciones electrónicas y, por otro lado, al hecho de que los potenciómetros mecánicos no funcionan sin desgaste debido a la abrasión del material de resistencia por parte de la corredera.

Cableado eléctrico

Dependiendo de la circuitería externa, se utiliza una resistencia ajustable, una toma de tensión ajustable (divisor de tensión) o, si hay una carga significativa en la salida, un divisor de tensión cargado. Sin embargo, el circuito divisor de tensión es el único con el circuito del potenciómetro que da su nombre; una tensión (diferencia de potencial) está representada por el ángulo de rotación de un potenciómetro (de precisión).

Dos potenciómetros de ajuste y un regulador deslizante
Dos potenciómetros de ajuste y un regulador deslizante

Limitaciones

Mientras que son muy similares a los potenciómetros normales, los potenciómetros digitales están limitados por el límite de corriente en el rango de decenas de miliamperios. Además, la mayoría de los potenciómetros digitales limitan el rango de voltaje en los dos terminales de entrada (de la resistencia) al rango de suministro digital (0-5 VDC), por lo que se requieren circuitos adicionales para reemplazar un potenciómetro convencional.

Asimismo, en lugar del control aparentemente continuo que se puede obtener de un potenciómetro resistivo multivuelta, los potenciómetros digitales tienen pasos discretos en resistencia.

Otra limitación es que a menudo se requiere una lógica especial para comprobar el paso por cero de una señal analógica de CA para permitir que se cambie el valor de resistencia sin causar un clic audible en la salida de los amplificadores de audio.

Los potenciómetros digitales volátiles también difieren de los electromecánicos en que en el momento de la puesta en marcha, la resistencia será por defecto (posiblemente) de un valor diferente después de un ciclo de potencia. Del mismo modo, su resistencia sólo es válida cuando está presente la tensión de alimentación de CC correcta.

En un circuito amplificador en funcionamiento, la impedancia en estado desactivado de un potenciómetro real puede ayudar a estabilizar el punto de funcionamiento de CC del circuito durante la etapa de encendido. Esto puede no ser el caso cuando se utiliza un potenciómetro digital.

Tanto los potenciómetros electromecánicos como los digitales generalmente tienen tolerancias bajas (típicamente ±20%), coeficientes de temperatura bajos (muchos cientos de ppm por grado C), y una resistencia de parada que es típicamente alrededor de 0.5-1% de la resistencia total de la escala. Ten en cuenta que la resistencia de parada es la resistencia residual cuando el terminal a la resistencia se ajusta al valor mínimo.

Un DAC multiplicador usado como potenciómetro digital puede eliminar la mayoría de estas limitaciones. Típicamente un rango de señal de +15V a -15V es posible, con control de 16 bits, es decir, 65535 puntos de ajuste discretos, y la deriva y la no linealidad son insignificantes. Sin embargo, cada vez que se enciende el sistema hay que inicializar un DAC, lo que normalmente se hace mediante software en un microcontrolador integrado.

Un DAC multiplicador no puede ser utilizado directamente como reóstato (conexión de 2 hilos), pero en ese modo un potenciómetro  funciona mal de todos modos, debido a su coeficiente de temperatura y tolerancia de resistencia.

Potenciómetro espiral tándem de diez vueltas de Gamma de Budapest
Potenciómetro espiral tándem de diez vueltas de Gamma de Budapest

Otras características

Los potenciómetros están disponibles como elementos de control con un eje para un mando giratorio o como potenciómetros deslizantes (Por ejemplo: en mesas de mezclas y estudios de grabación). También se utilizan potenciómetros especialmente precisos para medir el desplazamiento o el ángulo (sistema de medición de recorrido, sistema de medición de ángulos).

  • Los potenciómetros están disponibles con varios tipos de conexión, tales como etiquetas de soldadura, enchufes, terminales y para montaje en placa de circuito impreso como dispositivos de montaje en superficie o para montaje pasante.
  • Las pistas de contacto de los potenciómetros pueden estar provistas de derivaciones para poder configurarlas para diferentes curvas características. Ciertas versiones de una corrección de sonoridad también funcionan con tales derivaciones.

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