Potentiometer
Ein Potentiometer (kurz Poti, nach neuer deutscher Rechtschreibung auch Potenziometer) ist ein elektrisches Widerstandsbauelement, dessen Widerstandswerte mechanisch (durch Drehen oder Verschieben) veränderbar sind. Es hat mindestens drei Anschlüsse und wird vorwiegend als stetig einstellbarer Spannungsteiler eingesetzt.
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Prinzipieller Aufbau und Funktion
Der Spannungsteiler besteht aus einem elektrisch nichtleitenden Träger, auf dem ein Widerstandsmaterial aufgebracht ist, zwei Anschlüssen an den beiden Enden des Widerstandselements und einem beweglichen Gleitkontakt (auch als Schleifer bezeichnet), der den elektrisch festen Gesamtwiderstand mechanisch in zwei diesem Gesamtwiderstand entsprechende Teilwiderstände aufteilen lässt.
Anwendung
Potentiometer werden häufig zur Steuerung von elektronischen Geräten eingesetzt, wie beispielsweise für die Lautstärkeeinstellung eines Radios. In dieser Funktion werden in zunehmendem Maße andere Lösungen (z. B. Tasten oder Inkrementalgeber) eingesetzt. Die Gründe liegen zum einen in der fortschreitenden Digitalisierung vieler elektronischer Funktionen, zum anderen in der Tatsache, dass mechanische Potentiometer aufgrund des Abriebes des Widerstandsmaterials durch den Schleifer nicht verschleißfrei arbeiten.
Elektrische Beschaltung
Je nach äußerer Beschaltung ergibt sich entweder ein verstellbarer Widerstand, ein verstellbarer Spannungsabgriff (Spannungsteiler) oder – bei nennenswerter Belastung am Ausgang – ein sogenannter belasteter Spannungsteiler. Nur bei der Schaltung als Spannungsteiler liegt jedoch die namensgebende Potentiometerschaltung vor; dabei wird eine Spannung (Potentialdifferenz) durch den Drehwinkel eines (Präzisions-)Potentiometers dargestellt.
Bauformen
Folgende Bauformen unterscheidet man
- Einstell- oder Trimmpotentiometer, die für wenige und meist unkomfortable Verstellungen gedacht sind
- Potentiometer, die häufig und komfortabel verstellt werden können
Letztere gibt es ausgeführt als
- Drehpotentiometer
- Schiebepotentiometer
Drahtpotentiometer
Drahtpotentiometer haben eine toroidförmige, schraubenförmige Wicklung aus Widerstandsdraht auf einem Isolierkörper (meist aus keramischem Werkstoff). Diese Bauform wird bevorzugt eingesetzt, wenn eine hohe Verlustleistung in dem Bauteil umgesetzt werden muss. Diese Bauteile werden auch Rheostat genannt; streng genommen ist ein Rheostat ein veränderbarer Widerstand mit zwei Anschlüssen, während ein Potentiometer (wie eingangs erwähnt) einen Spannungsteiler darstellt, der drei Anschlüsse hat.
Wendelpotentiometer
Beim Wendelpotentiometer (z. B. Zehngangpotentiometer) ist der Draht in Form einer Doppelwendel auf einem gewendelten Isolierkörper untergebracht. Deren Schleifer erlaubt z. B. fünf oder zehn Umdrehungen, indem er bei Drehung auch lateral dem Verlauf der Wendel folgt.
Schichtpotentiometer
Bei Schichtpotentiometern besteht das Widerstandsmaterial aus einer Kohleschicht, einer Metallschicht, einer Cermet-Schicht oder einem leitenden Kunststoff (Leitplastik). Der Widerstandsträger von Schichtpotentiometern ist meist kreissegmentförmig, kann jedoch bei Schiebepotentiometern (Schiebereglern) auch gestreckt sein.
Es gibt Schichtpotentiometer mit linear vom Drehwinkel abhängigem Widerstandsverhältnis und solche mit näherungsweise logarithmischer Kennlinie. Letztere sind besonders vorteilhaft, wenn der Einstellbereich mehrere Größenordnungen überstreicht (z. B. Lautstärkesteller).
Potentiometer mit umgekehrt logarithmischer Kennlinie sind ebenfalls erhältlich und eignen sich beispielsweise zur Frequenzeinstellung eines astabilen Multivibrators.
Neben unterschiedlichen Einstellkennlinien gibt es noch Regler mit Zwischen-Abgriffen. Üblich sind Zwischenabgriffe bei
- 50 %,
- 25 % und 50 %, sowie
- 25 %, 50 % und 75 %.
Drehpotentiometer mit kleinem Drehwinkel werden in Joysticks eingesetzt.
Trimmpotentiometer
Trimmer sind für den Abgleich einer Schaltung gedacht und haben meist nur einen Schraubendreherschlitz. Sie werden einmal eingestellt und gegebenenfalls mit Lack fixiert.
Im industriellen Bereich und in der Messtechnik finden auch mehrgängige Trimmer (sogenannte Spindeltrimmer) Einsatz. Bei diesen wird entweder eine Linearbewegung mit einem Spindeltrieb oder eine Drehbewegung mit einem Schneckentrieb erzeugt.
Mehrfachpotentiometer
Mehrfachpotentiometer, meist zweifach (Tandem- oder Stereopotentiometer), werden beispielsweise zur Lautstärkeeinstellung der beiden Kanäle eines Stereoverstärkers eingesetzt. Höherwertige Verstärker besitzen oft ein Motorpotentiometer (Potentiometer mit Antrieb) zur ferngesteuerten Lautstärkeeinstellung.
In der Tontechnik werden zur feinsten Lautstärkeregelung besonders genaue und lange (100 mm) Schiebepotentiometer, auch Schieberegler oder Fader genannt (von engl. to fade (verblassen)), eingesetzt, welche im Allgemeinen einen logarithmischen Verlauf besitzen. In neueren Mischpulten werden meist motorgesteuerte Schieberegler (Motorfader) verwendet, welche zuvor gespeicherte Einstellwerte reproduzierbar von selbst wieder anfahren können.
Elektronische Potentiometer
Digitale bzw. elektronische Potentiometer bestehen aus hintereinander geschalteten einzelnen Widerständen (z. B. 100) sowie aus , aus Feldeffekttransistoren bestehenden, elektronischen Schaltern. Diese Anordnung ist zusammen mit einer digitalen Steuerschaltung zu einem integrierten Schaltkreis zusammengefasst. Solche digitalen Potentiometer werden sowohl als Trimmpotentiometer (sie behalten ihren eingestellten Wert lebenslang) oder zur Einstellung über Taster, einen Inkrementalgeber oder einen Mikrocontroller verwendet. Sie haben dementsprechend einen flüchtigen und/oder einen nichtflüchtigen Speicher für die „Schleiferstellung“.
Folienpotentiometer
Siehe: Folienpotentiometer
Weitere Merkmale
Potentiometer gibt es als Bedienelement mit einer Welle für einen Drehknopf oder als Schiebepotentiometer (z. B. an Mischpulten und in Tonstudios). Besonders präzise Potentiometer werden auch zur Weg- oder Winkelmessung (Weggeber, Winkelgeber) eingesetzt, siehe Potentiometergeber.
Potentiometer gibt es mit verschiedenen Anschlussarten wie Lötfahnen, Steckern, Klemmen sowie zur Leiterplattenmontage als Surface Mounted Device oder zur Durchsteckmontage.
Die Schleifbahnen von Potentiometern können mit Anzapfungen versehen sein, um sie für unterschiedliche Kennlinien konfigurieren zu können. Bestimmte Ausführungen einer gehörrichtigen Lautstärke-Entzerrung (Loudness-Korrektur) arbeiten auch mit derartigen Anzapfungen.
Widerstandsverlauf
Die Funktion zwischen Winkel bzw. Strecke und Widerstand bei Potentiometern kann auch nichtlinear sein (positiv oder negativ logarithmisch, exponentiell, oder S-förmig).[1]
Lineare Potentiometer haben keine oder die Kennzeichnung lin, B (früher A) oder 1, zum Beispiel „10 k 1“ für ein 10-kOhm-Potentiometer mit linearer Widerstandsbahn.
Positiv logarithmische Potentiometer tragen die Kennzeichnung log, A (früher C), Audio oder 2 hinter dem Widerstandswert, zum Beispiel „10 K 2“. Auch ein „+“ vor dem Wert ist üblich.[2] Hier verläuft die Widerstandsbahn logarithmisch ansteigend.
Negativ logarithmische Potentiometer sind mit einem „−“ vor dem Wert oder mit F oder 3 hinter dem Wert gekennzeichnet.
Kenngrößen
Kennzeichnend für ein Potentiometer sind neben seinem Nennwiderstandswert (Widerstand zwischen den Endanschlüssen) und dessen Toleranz folgende Merkmale:
- Nennbelastbarkeit (Verlustleistung); sie ist drehwinkelabhängig
- bei linearen Potentiometern die Linearität
- bei Tandempotentiometern deren Gleichlauf
- mechanische Kenngrößen: Drehwinkel bzw. Betätigungsstrecke, Wellendurchmesser
- mechanische Lebensdauer (erreichbare Anzahl von Betätigungen)
- der Maximalstrom, der vom Schleifer übertragen werden kann, ohne das Widerstandsmaterial oder den Schleifkontakt zu beschädigen
- Maximale Spannungsfestigkeit
Falscher Gebrauch der Bezeichnung „Potentiometer“
Aktiv-Potentiometer
Für die Steuerung von dimmbaren Leuchtstoffröhren wird manchmal ein sogenanntes „Aktiv-Potentiometer“ benötigt.[3] Was damit gemeint ist, hat wenig mit einem richtigen Potentiometer zu tun. Es handelt sich stattdessen um eine regelbare Spannungsquelle, die typischerweise auf Werte zwischen 0 V und 10 V eingestellt werden kann.
Siehe auch
Weblinks
- Umfangreiche Informationsseite über alle Arten und Eigenschaften von Potentiometern, sound.westhost.com (englisch)
Einzelnachweise
- ↑ Abschnitt Widerstandsverlauf, elektronik-kompendium.de
- ↑ Abschnitt Beschriftung, elektronik-kompendium.de
- ↑ Flexotron Aktiv-Potentiometer, sauter-cumulus.de (PDF)