Potenciómetros y presets

01 · Punto de partida

El LED que duró un giro

En los dos temas anteriores todos los resistores tenían un valor fijo. Pero hay circuitos donde hace falta cambiarlo sobre la marcha: subir un volumen, ajustar un brillo, calibrar una medición. Para eso existe el resistor variable.

Nada de esto fue mala suerte. En un extremo de su recorrido, un potenciómetro vale cero ohmios: en ese punto el LED quedó conectado directo a la pila. Y la corriente enorme que circuló pasó por un contacto y un tramo de pista que no estaban hechos para soportarla.

Para un programador es un caso conocido: un parámetro que el usuario puede modificar libremente y cuyo rango nadie validó. El potenciómetro es una entrada de usuario, y como toda entrada de usuario necesita que el diseño contemple sus valores extremos.

Al terminar este tema vas a poder responder:

• ¿Para qué sirve cada una de las tres patas?
• ¿Cuándo se conecta como divisor y cuándo como resistencia variable?
• ¿Qué diferencia hay entre uno lineal y uno logarítmico, y cómo los distingo?
• ¿Por qué la salida cambia cuando le conecto algo?
• ¿Qué limita a un potenciómetro y cómo evito quemarlo?

02 · Identificar

Por dentro: una pista y un cursor

Un potenciómetro tiene dos partes. La primera es una pista resistiva: una franja de material resistivo, generalmente de carbón, con forma de arco. Es un resistor fijo común, con un terminal en cada punta. La segunda es el cursor: un contacto metálico que se desliza sobre la pista cuando girás el eje, y que tiene su propio terminal.

De esta construcción salen las tres propiedades que explican todo el comportamiento de la pieza:

1. 1
   Entre los terminales de los extremos (1 y 3) la resistencia no cambia.

   Es la pista completa, y vale lo que dice la pieza: 10 kΩ, por ejemplo. Girar el eje no la modifica.

2. 2
   El cursor (2) la parte en dos tramos que siempre suman el total.

   Si el tramo 1–2 mide 3 kΩ, el tramo 2–3 mide 7 kΩ. Al girar, lo que gana uno lo pierde el otro.

3. 3
   En cada tope, uno de los dos tramos vale cero.

   Con el cursor apoyado sobre un extremo, entre ese extremo y el cursor no queda pista: hay un contacto directo. Es el dato que faltaba en la escena.

03 · Características

Dos formas de conectarlo

Con tres terminales hay dos maneras de usar la pieza, y hacen cosas distintas. Confundirlas es el origen de la escena del principio.

Como divisor

Es el divisor resistivo del curso 2 y del Tema 4, con una ventaja: como los dos tramos pertenecen a la misma pista, la salida depende solo de la posición del cursor, no del valor de la pieza.

Con 9 V y el cursor al 30 % del recorrido, la salida es de 2,7 V, sea el potenciómetro de 1 kΩ o de 100 kΩ. Y como la pista completa siempre queda entre la fuente y masa, en ninguna posición hay un cortocircuito: es una conexión segura en todo el recorrido. Así se conecta una perilla a una placa con microcontrolador.

Como reóstato

Acá solo interviene el tramo que queda entre el extremo conectado y el cursor. Su resistencia va de cero al valor total, y la corriente del circuito depende de ella.

El problema del cero

En un tope, el reóstato vale 0 Ω y deja de limitar. Por eso siempre lleva un resistor fijo en serie, calculado para el peor caso: el que protegería al circuito si el potenciómetro no estuviera.

La pata que sobra

El extremo que no se usa se une al cursor. No cambia el funcionamiento normal, pero si algún día el cursor pierde contacto con la pista, el circuito ve la resistencia total en lugar de quedar abierto. Es una protección gratuita.

El circuito de la escena, bien hecho, sería entonces un resistor fijo de 470 Ω en serie con el potenciómetro de 1 kΩ: la resistencia total va de 470 a 1470 Ω y la corriente del LED, de 14,9 a 4,8 mA. Ningún giro puede dañar nada.

04 · Identificar

Perilla, preset o multivuelta

La misma pieza eléctrica se fabrica en cuerpos muy distintos, según quién la va a ajustar y cuántas veces. Esa es la primera decisión, antes que el valor.

¿Por qué no usar un preset como perilla?

Porque no está hecho para moverse. Un potenciómetro de panel soporta del orden de diez mil giros completos; un preset, unos doscientos. Usado como control de todos los días, se gasta en semanas.

¿Qué gana el multivuelta?

Resolución. Un preset común recorre todo su rango en tres cuartos de vuelta: un toque mínimo cambia mucho. En uno de 25 vueltas, cada vuelta completa mueve apenas el 4 % del rango, y se puede dejar en el punto exacto.

Variantes que vas a encontrar

Potenciómetros dobles, con dos pistas movidas por un mismo eje (para sonido estéreo), y potenciómetros con llave, que al llegar al tope accionan un interruptor de encendido.

Cómo viene marcado

El valor que lleva impreso es siempre el de la pista completa. Se escribe de dos maneras:

Con letra y valor

En los potenciómetros de panel: «B10K» es 10 kΩ, y la letra indica la curva, que vemos en la sección siguiente.

Con el código de tres cifras

En los presets: «103» es 10 y tres ceros, 10 kΩ. Es el mismo código de los Temas 2 y 7.

05 · Características

Lineal o logarítmico

Dos potenciómetros de 10 kΩ pueden comportarse de forma muy distinta a mitad de giro: uno entrega la mitad de la tensión y el otro, apenas una décima parte. La diferencia es la curva: cómo cambia la resistencia a medida que el cursor avanza.

Lineal

La resistencia crece en proporción al giro. Es predecible y es lo que querés cuando el número importa: ajustar una tensión, fijar un umbral, leer una posición con una placa.

Logarítmico

Crece muy despacio al principio y muy rápido al final. Parece un defecto, pero existe por una razón: el oído humano.

Por qué existe el logarítmico

Nuestros sentidos no perciben diferencias, sino proporciones. Para que un sonido parezca «el doble de fuerte» hace falta unas diez veces más potencia. Si un control de volumen fuera lineal, casi todo el cambio que se oye ocurriría en el primer cuarto de giro, y el resto de la perilla parecería no hacer nada.

El potenciómetro logarítmico compensa eso: entrega muy poco al principio y concentra el aumento al final, de modo que el volumen percibido sube parejo con el giro. Es una escala pensada para la persona, no para el número.

Los programadores usan la misma idea todo el tiempo: los controles de volumen en decibeles, la corrección gamma del brillo de una pantalla, las escalas logarítmicas de un gráfico. En todos los casos se deforma la escala para que coincida con cómo percibimos.

Cómo distinguirlos

1. 1
   Por la letra.

   En la convención más difundida hoy, B es lineal y A es logarítmico: «B10K» es lineal, «A10K» es logarítmico. Atención: una convención más antigua usaba las letras al revés, así que la letra sola no es definitiva en piezas viejas.

2. 2
   Midiendo a mitad de giro.

   Es el método que no falla. Poné el cursor en el centro del recorrido y medí entre un extremo y el cursor. Si da cerca de la mitad del valor total, es lineal. Si da entre el 10 y el 20 %, o entre el 80 y el 90 %, es logarítmico.

06 · Características

Lo que le hace la carga

La fórmula «salida = tensión × posición» tiene una condición que hasta ahora no dijimos: vale mientras nada tome corriente del cursor. En cuanto conectás algo a la salida, ese algo queda en paralelo con el tramo inferior de la pista y lo «achica».

Mirá qué pasa con un potenciómetro lineal de 10 kΩ, alimentado con 9 V y con el cursor justo en el centro, según lo que se le conecta:

Con una carga igual al potenciómetro ya se pierde la quinta parte, y además la respuesta deja de ser una línea recta: se curva, como si el potenciómetro hubiera cambiado de tipo.

Esta regla explica por qué el valor de la pieza sí importa, aunque no aparezca en la fórmula, y da las dos fuerzas que hay que equilibrar al elegirlo:

Si el valor es demasiado alto

La carga lo deforma, y además la salida se vuelve sensible a interferencias. Un potenciómetro de 1 MΩ conectado a casi cualquier cosa da una lectura inestable.

Si el valor es demasiado bajo

Gasta corriente todo el tiempo, porque la pista completa está conectada entre la fuente y masa. Uno de 100 Ω con 9 V consume 90 mA sin hacer nada útil, y disipa 0,8 W: se quema.

Por eso 10 kΩ es el valor que aparece en casi todos los ejemplos: con 5 V consume medio miliamper, y es suficientemente bajo para las entradas de medición de una placa.

07 · Características

Los límites: la pista y el cursor

Un potenciómetro es bastante más delicado que un resistor fijo del mismo valor. Su hoja de datos da una potencia nominal, típicamente entre 0,1 y 0,5 W, pero ese número esconde una trampa parecida a la del Tema 3.

La potencia es de la pista completa

Los 0,25 W que figuran en la hoja valen cuando el calor se reparte por toda la pista. Como reóstato, la corriente circula solo por una parte. Si usás la décima parte de la pista, esa porción puede disipar la décima parte de la potencia: 0,025 W.

La consecuencia práctica es más fácil de recordar que la explicación:

Ahora la escena se entiende completa. Con el cursor cerca del tope, el LED recibió decenas de miliamperes, y esa misma corriente atravesó el último tramito de una pista que admitía 15,8 mA. Se quemaron los dos.

Y la tabla dice algo más general: un potenciómetro no es una pieza de potencia. Regula bien señales y corrientes chicas. Para controlar el brillo de una tira de LED o la velocidad de un motor, el potenciómetro no va en serie con la carga: entrega una tensión de control a un transistor, que es el que maneja la corriente. Lo vas a hacer en los Temas 20 y 23.

Otros puntos débiles

El contacto del cursor

Es un contacto a presión que se desliza: tiene su propia corriente máxima y agrega una pequeña resistencia que varía. Por eso, en lo posible, se usa como divisor, donde por el cursor casi no circula corriente.

El desgaste

Con el uso, la pista se gasta y junta suciedad. El síntoma es una lectura que salta o se corta al girar; en un equipo de audio se oye como un crujido. Un limpiador de contactos lo mejora por un tiempo; una pista gastada se reemplaza.

La tolerancia

El valor total suele tener ±20 %. Un potenciómetro de 10 kΩ que mide 8,3 kΩ está dentro de lo esperado. No importa cuando se usa como divisor, y sí cuando se usa como reóstato.

Los topes

Son mecánicos. Forzar el eje más allá del tope con una pinza rompe el contacto interno. En los multivuelta no hay tope duro: al final del recorrido se siente un pequeño clic y el tornillo sigue girando sin hacer nada.

08 · Simulador

Girar el potenciómetro y ver qué pasa

El simulador muestra el potenciómetro por dentro, a la izquierda, y a la derecha un gráfico con la respuesta a lo largo de todo el giro. La línea amarilla es lo que entrega tu circuito; la línea punteada es la referencia; el punto blanco es la posición actual.

Tiene dos modos, que corresponden a las dos conexiones: divisor, que entrega una tensión, y reóstato con LED, el circuito de la escena.

Recorrido guiado (7 minutos)

1. 1
   En modo divisor, girá el eje de tope a tope.

   La salida recorre de 0 a 9 V siguiendo una recta, y el punto se mueve sobre ella. Cambiá el valor del potenciómetro a 1 kΩ y a 100 kΩ: sin carga, la salida no cambia en nada.

2. 2
   Dejá el giro en 50 % y cambiá la curva a logarítmica.

   La salida cae de 4,5 V a menos de 1 V. La línea amarilla se hunde por debajo de la punteada: casi todo el cambio queda en el último tercio del giro.

3. 3
   Volvé a lineal, 10 kΩ, y conectá una carga de 10 kΩ.

   La recta se curva hacia abajo y a mitad de giro la salida es de 3,6 V en lugar de 4,5. Ahora cambiá el potenciómetro a 1 kΩ: la curva vuelve a pegarse a la recta. Es la regla del diez.

4. 4
   Pasá al modo «Reóstato con LED», con 1 kΩ y sin resistor fijo.

   Bajá el giro de a poco desde 100 %. La corriente sube cada vez más rápido. Al pasar los 15,8 mA la pista se pone naranja; al pasar los 20 mA el LED está fuera de su límite; cerca del tope, la corriente se va de la escala. Es la escena.

5. 5
   Agregá el resistor fijo de 470 Ω.

   La curva queda entera por debajo de las dos líneas de límite. En el tope, la corriente es de 14,9 mA: lo que decide el resistor fijo. El potenciómetro ya solo puede bajar el brillo, nunca subirlo de más.

6. 6
   Con el resistor de 470 Ω, cambiá el potenciómetro a 10 kΩ.

   El LED sigue protegido, pero ahora la pista admite solo 5 mA y en el primer tramo del giro la corriente la supera. Además, casi todo el recorrido deja al LED prácticamente apagado. Un potenciómetro grande no es un reóstato mejor.

Preguntas para pensar

1. En el paso 1, ¿por qué el valor del potenciómetro no cambia la salida, y en el paso 3 sí?
2. En el paso 4, ¿en qué posición del giro la corriente es máxima, y cuánto vale el tramo de pista en uso en ese punto?
3. ¿Por qué el resistor fijo se calcula como si el potenciómetro no existiera?

09 · Selección

Elegir y verificar un potenciómetro

Elegir un resistor fijo eran cuatro preguntas. Para uno variable son cinco, y la primera no es eléctrica.

1. 1
   ¿Quién lo va a mover y cuántas veces?

   El usuario, a diario: potenciómetro de panel. Vos, una vez al armar: preset. Vos, y tiene que quedar exacto: multivuelta.

2. 2
   ¿Divisor o reóstato?

   Siempre que se pueda, divisor. Si tiene que ser reóstato, con resistor fijo en serie y verificando la corriente máxima de la pista.

3. 3
   ¿Qué valor?

   Como divisor: diez veces menor que la carga, sin bajar tanto que desperdicie corriente. Ante la duda, 10 kΩ. Como reóstato: el rango de resistencia que el circuito necesita.

4. 4
   ¿Qué curva?

   Logarítmica solo si lo que se ajusta lo juzga un sentido: volumen, brillo percibido. Para todo lo demás, lineal.

5. 5
   ¿Soporta la potencia y la corriente?

   Como divisor: tensión al cuadrado dividida por el valor total, contra la mitad de la potencia nominal. Como reóstato: corriente máxima del circuito contra √(P ÷ R).

Verificarlo en un minuto

Tres mediciones con el multímetro, con la pieza suelta, dicen todo lo que hace falta saber de un potenciómetro nuevo o recuperado:

1. 1
   De extremo a extremo.

   Tiene que dar el valor nominal, dentro del ±20 %. Si marca infinito, la pista está cortada.

2. 2
   De un extremo al cursor, a mitad de giro.

   Cerca de la mitad del total: lineal. Cerca del 10 o del 90 %: logarítmico. Así se identifica la curva y cuál pata es el cursor.

3. 3
   De un extremo al cursor, girando despacio de tope a tope.

   La lectura tiene que cambiar de forma continua. Saltos, cortes o tramos donde no cambia delatan una pista gastada.

10 · El potenciómetro en código

Curvas, carga y corriente máxima

El potenciómetro es una función: recibe una posición entre 0 y 1 y devuelve una resistencia. Todo lo que viste en este tema son variaciones sobre esa función.

Las dos curvas y cómo reconocerlas

def fraccion(giro, curva="lineal"):
    # giro entre 0 y 1; devuelve qué parte de la pista queda entre el inicio y el cursor
    if curva == "lineal":
        return giro
    return (10 ** (2 * giro) - 1) / 99      # modelo aproximado de curva logarítmica


print("giro   lineal   logarítmica")
for pct in (0, 25, 50, 75, 100):
    g = pct / 100
    barra = "#" * round(fraccion(g, "log") * 30)
    print(f"{pct:3d} %  {fraccion(g) * 100:5.1f} %  {fraccion(g, 'log') * 100:5.1f} %  {barra}")


def identificar(total_ohm, medido_al_centro):
    parte = medido_al_centro / total_ohm * 100
    if 40 <= parte <= 60:
        return f"{parte:.0f} % al centro: lineal"
    if parte < 25 or parte > 75:
        return f"{parte:.0f} % al centro: logarítmico"
    return f"{parte:.0f} % al centro: dudoso, repetir la medición"


print(identificar(10_000, 5_100))
print(identificar(10_000, 1_400))
print(identificar(10_000, 8_700))

El tercer caso da 87 %: es un logarítmico medido desde el otro extremo. Probá con las mediciones de tu propio potenciómetro.

El divisor, con carga

La carga queda en paralelo con el tramo inferior. Con esa única corrección, la fórmula simple se convierte en la real.

def paralelo(a, b):
    return a * b / (a + b) if a + b else 0


def salida(vs, total, giro, carga=None):
    abajo = total * giro
    arriba = total - abajo
    if carga is not None:
        abajo = paralelo(abajo, carga)
    return vs * abajo / (arriba + abajo) if arriba + abajo else 0


print("Potenciómetro de 10 kohm, 9 V, cursor al centro:")
for carga in (None, 100_000, 10_000, 1_000):
    v = salida(9, 10_000, 0.5, carga)
    nombre = "sin carga" if carga is None else f"carga de {carga} ohm"
    print(f"  {nombre:>22}: {v:.2f} V ({(v / 4.5 - 1) * 100:+.0f} %)")

print("La misma carga de 10 kohm, con potenciómetros distintos:")
for total in (100_000, 10_000, 1_000):
    print(f"  potenciómetro de {total:>6} ohm: {salida(9, total, 0.5, 10_000):.2f} V")

Con el potenciómetro de 1 kΩ la salida casi no se entera de la carga. ¿Cuánta corriente gasta esa pista con 9 V?

El reóstato, verificado en todo el giro

La función no revisa una posición: recorre todo el recorrido y busca el peor caso, que es lo que hay que hacer con cualquier entrada que mueve el usuario.

def corriente_maxima_pista(total_ohm, potencia_w=0.25):
    return (potencia_w / total_ohm) ** 0.5 * 1000      # en mA


def revisar_reostato(total, fijo, vs=9, vf=2, led_max=20):
    limite_pista = corriente_maxima_pista(total)
    peor = 0
    for paso in range(0, 101):
        en_uso = total * paso / 100
        if fijo + en_uso == 0:
            peor = float("inf")
            continue
        peor = max(peor, (vs - vf) / (fijo + en_uso) * 1000)
    minima = (vs - vf) / (fijo + total) * 1000
    print(f"Potenciómetro de {total} ohm con {fijo} ohm fijos:")
    print(f"  corriente del LED: de {minima:.1f} a {peor:.1f} mA")
    print(f"  la pista admite {limite_pista:.1f} mA y el LED {led_max} mA")
    if peor > led_max:
        print("  => MAL: en algún punto del giro se quema el LED")
    elif peor > limite_pista:
        print("  => MAL: el LED está a salvo, pero la pista se sobrecarga")
    else:
        print("  => BIEN: seguro en todo el recorrido")


revisar_reostato(1_000, 0)
revisar_reostato(1_000, 470)
revisar_reostato(10_000, 470)

¿Qué resistor fijo haría falta para que el de 10 kΩ quede dentro del límite de su pista? ¿Qué brillo máximo tendría el LED?

11 · Comprensión

Confusiones frecuentes

12 · Práctica guiada

Ejercicios

Ejercicio 1: los dos tramos

Un potenciómetro lineal de 10 kΩ tiene el cursor al 30 % de su recorrido, medido desde el terminal 1.

1. ¿Cuánto mide entre los terminales 1 y 2? ¿Y entre 2 y 3? ¿Y entre 1 y 3?
2. Si se alimenta con 5 V entre los extremos, con el terminal 1 a masa, ¿qué tensión hay en el cursor?
3. ¿Qué potencia disipa la pista, y qué porcentaje es de 0,25 W?

Ejercicio 2: identificar sin letra

Encontrás dos potenciómetros sin marca legible. Los dos miden 50 kΩ de extremo a extremo. Con el cursor a mitad de giro, uno mide 24 kΩ entre un extremo y el cursor, y el otro, 6 kΩ. ¿Qué curva tiene cada uno y para qué lo usarías?

Ejercicio 3: la carga que deforma

Un potenciómetro lineal de 100 kΩ, alimentado con 5 V, tiene el cursor al centro. Su salida va a una entrada que se comporta como una carga de 100 kΩ. Calculá la salida real y compará con la ideal. ¿Qué valor de potenciómetro elegirías para que el error sea despreciable?

Ejercicio 4: un reóstato seguro

Querés regular un LED rojo (2 V, máximo 20 mA) desde 5 V con un potenciómetro de 1 kΩ y 0,25 W.

1. ¿Qué corriente máxima admite la pista?
2. ¿Qué resistor fijo mínimo hace falta para no superarla en ninguna posición? Elegí un valor comercial.
3. ¿Entre qué corrientes se va a poder regular el LED?

Ejercicio 5: tres mediciones

Con una pieza real. Tomá un potenciómetro o un preset y hacé las tres mediciones de la sección 09. Anotá el valor de extremo a extremo, el valor a mitad de giro y si la lectura cambia de forma continua.

13 · Síntesis

Ideas para recordar

¿Listo para el Tema 9?

Podés avanzar si sos capaz de responder esto sin mirar:

• Decir qué resistencia hay entre los dos extremos de un potenciómetro mientras se gira.
• Explicar la diferencia entre conectarlo como divisor y como reóstato.
• Explicar por qué un reóstato necesita un resistor fijo en serie.
• Describir cómo se distingue un potenciómetro lineal de uno logarítmico con un multímetro.
• Enunciar la regla del diez y decir qué pasa si no se cumple.
• Calcular la corriente máxima de un potenciómetro de 10 kΩ y 0,25 W.
• Decir cuándo se usa un preset y cuándo un potenciómetro de panel.

Con resistores fijos y variables ya tenés toda la familia resistiva. Falta la cuarta estación del método: montarla y medirla. En el próximo tema, aplicaciones resistivas y taller: divisores, pull-up y ajustes, armados en protoboard.