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EIN Potentiometer (Zusamenfassend Potentiometer genannt) ist a Spannungsteiler, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilerfaktor DF, das Verhältnis der Ausgangsspannung des Spannungsteilers zur Eingangsspannung, zwischen 0 (keine Ausgangsspannung) und 1 (Ausgangsspannung = Eingangsspannung) einstellbar ist, bestimmt durch die Stellung des Drehknopfes. Es gilt: Ausgangsspannung Uaus = DF * Uim,, mit dirim die Eingangsspannung des Spannungsteilers. Man unterscheidet die Schiebepotentiometer, dessen DF variiert, wenn der Knopf bewegt wird, und die reguläre Drehpotentiometer, was durch Drehen eines Knopfes geschieht. Üblicherweise werden die Potentiometer so angeschlossen, dass bei Schiebern mit Drehknopf ganz unten/ganz vorn und bei Drehpotentiometern ganz entgegen dem Uhrzeigersinn DF=0 (kein Ausgangssignal) und umgekehrt bei Drehknopf when ganz nach oben/hinten gedreht wird oder der Drehpoti ganz im Uhrzeigersinn gedreht wird, der DF=1: die Ausgangsspannung ist dann gleich der Eingangsspannung.
Operation
An einem Potentiometer wird ein erster (eingestellter) Schleifkontakte, das Läufer über einen Widerstandspfad. Beide Enden der Widerstandsbahn und der Läufer weisen einen elektrischen Anschlusskontakt auf. Der Läufer bewegt sich relativ zum Gehäuse. Daher ist ein zweiter (einer) Schleifkontakt(e) erforderlich, der eine niederohmige Leiterbahn kontaktiert.[1]
Abschnitt a:Winkel 0°-134°, Widerstand pro cm: R
Abschnitt b:Winkel 134°-222°, Widerstand pro cm: R·2,56
Abschnitt C:Winkel 222°-300°, Widerstand pro cm: R·4,37
Bei einem gewöhnlichen Singleturn-Potentiometer ist der Widerstandspfad kreisförmig und liegt auf der Außenseite des isolierenden Trägers, auf dem der Widerstandspfad aufgebracht ist. Diese Umlaufbahn ist um ca. 30° unterbrochen. An beiden Enden der Widerstandsstrecke ist eine niederohmige Metallisierung aufgebracht. Diese Metallisierung dient der sicheren Kontaktierung eines dünnen Metallstreifens, der nach außen verläuft, wo Platz für die Verbindung mit den Anschlusskontakten ist Nieten und den Teilungsfaktor komplett 0 oder 1 machen zu können, was sonst aufgrund des eingeschränkten Tricks des Läufers nicht möglich ist. Der elektrisch wirksame Winkel ist etwas kleiner als der mechanische, da das allerletzte Stück, der Läufer, über die Metallisierung gleitet, wodurch die DF=0 oder DF=1 bleibt.
Die Leiterbahn für den zweiten Schleifkontakt liegt konzentrisch innerhalb der Widerstandsbahn. Diese Kreisbahn ist nicht unterbrochen, sondern weist eine Abzweigung nach außen auf, die durch die Öffnung in der Widerstandsbahn nach außen verläuft. An diese Spur wird der mittlere Anschlusskontakt angeheftet oder auf andere Weise befestigt.
Das Potentiometer bildet eine Variable Spannungsteiler, mit einem Teilerfaktor zwischen 0 und 1. Der Gesamtwiderstand, die Summe der beiden Spannungsteilerwiderstände, bleibt konstant. Der Spannungsteiler wird oben und unten mit den beiden äußeren Klemmen verbunden. Die gemeinsame Spannung steht an der Mittelklemme zur Verfügung. Obwohl der Widerstandswert eines Potentiometers gleich bleibt, ändert sich die Spannungsteilung in einem Stromkreis aufgrund des Widerstands der Last. Um dies zu kompensieren, werden spezielle (logarithmische) Widerstände verwendet.
Potentiometer gibt es in beiden linear wenn logarithmisch Versionen:
- linear - Ein Linearpotentiometer hat eine Widerstandsstrecke mit konstantem Widerstand pro Längeneinheit, wobei die Ausgangsspannung am Mittelanschluss eines Drehpotentiometers, das mit dem Schleifer verbunden ist, eine Ausgangsspannung von direkt proportional ist mit dem Winkelverschiebung der Welle relativ zur Ausgangsposition (ganz gegen den Uhrzeigersinn), wenn die beiden äußeren Klemmen mit einer festen Spannung verbunden sind. Ein Linearpotentiometer erkennt man an einem B auf dem Gehäuse, nach alter Norm war dies ein A.
- logarithmisch - Ein logarithmisches Potentiometer hat ein Widerstandselement, das so geformt ist, dass der Winkelversatz der Potentiometerwelle direkt proportional zum log(9*DF 1), mit DF der Spannungsteilerfaktor, also das Verhältnis zwischen Ausgangsspannung und Eingangsspannung an den beiden äußeren Anschlüssen des Potentiometers. Die logarithmische Funktion kann angenähert werden, indem der Widerstandspfad in mehrere Abschnitte unterteilt wird.[2][3]
Ein Potentiometer kann als variabler Widerstand verwendet werden, indem der Schleiferkontakt mit einem der anderen Kontakte verbunden wird.
Wenn das Potentiometer von der Wellenseite gesehen wird und die Klemmkontakte oben sind, ist der Basiskontakt, die Basis des Spannungsteilers, der rechte Anschluss, an dem der Schleifer anliegt, wenn die Welle ganz gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird. Der logarithmische Typ wird hauptsächlich verwendet in Audioverstärker weil die Amplitudenempfindlichkeit des Menschen Ohr ist auch logarithmisch. Dadurch kann ein Lautstärkeregler mit einem Bereich von 0 bis 10 dafür sorgen, dass eine Stufe von 3 halb so laut klingt wie eine Stufe 6. Ein logarithmisches Potentiometer erkennt man immer an einem Buchstaben A auf dem Gehäuse, nach der alten Norm dies war ein B.
Gewöhnliche Potentiometer können im Gegensatz zu Regelpotentiometern mit einem außerhalb des Geräts platzierten Taster bedient werden.
Schiebepotentiometer
Neben den regulären Singleturn-Drehpotentiometern gibt es die Schiebepotentiometer. Hierbei wird der Spannungsteilerfaktor durch eine lineare Bewegung eines Knopfes eingestellt. Schiebepotentiometer sind sowohl in linearer als auch in logarithmischer Ausführung erhältlich.
Regelpotentiometer
Mit Regelpotentiometer, bestimmte Parameter eines Gerätes kalibriert einbiegen in. Dies kann im Werk erfolgen, wo Geräte getestet werden, oder später in der periodischen Wartung, wenn der jeweilige Parameter des Gerätes abgelaufen ist und außerhalb des zulässigen Toleranzbandes liegt. Die Einstellung erfolgt durch Drehen einer kleinen Schraube. In der Regel muss dazu ein Gerät geöffnet werden. Manchmal wird ein Kontrollpotentiometer an der Seite einer Leiterplatte platziert. In die Seitenwand einer Vorrichtung kann dann ein Loch eingebracht werden, durch das von außen verstellt werden kann. Dafür eignen sich die aufrechten Typen, besonders aber der horizontale Typ links in der Abbildung, der mechanisch deutlich stabiler ist und eine präzise Teilung (seitlich) ermöglicht, da er Multiturn ist. Werden auf einer Leiterplatte nur Bauteile mit geringer Bauhöhe platziert, kann die Leiterplatte mit waagerechten Bauteilen versehen und parallel zu einer Außenwand platziert werden und grundsätzlich alle waagerechten Potentiometer von außen durch Bohrungen in der Schrankwand. Es gibt auch Typen, die (auch) von unten durch ein Loch in der Leiterplatte bedient werden können. Trimmpotentiometer sind immer linear.
Einstellpotentiometer werden manchmal auch als Trimmer bezeichnet, aber dieses Wort wird normalerweise für einen variablen Kondensator verwendet. Offensichtlicher sind der Trimmwiderstand, das Trimmpotentiometer und das Trimmpotentiometer.
Struktur
Das Widerstandselement kann bestehen aus Widerstandsdraht, eine Schicht Carbon-Verbundstoff, cermet (eine Mischung aus Keramik und Metall) oder ein leitfähiger Kunststoff. Heutzutage werden die meisten Potentiometer aus Cermet hergestellt. Dieser ist recht verschleißfest und der Widerstandswert bleibt lange stabil. Für höhere Leistungen drahtgewickelte Potentiometer[4] benutzt. Bei diesen Potentiometern ist ein Widerstandsdraht um einen ringförmigen Keramikträger gewickelt. Diese Wicklung wird durch Aufbringen einer Keramikschicht fixiert. Dieser Keramikmantel umschließt die gesamte Wicklung mit Ausnahme einer Kreisbahn, bei der der Läufer die Wicklung berühren muss. Diese Potentiometer haben kein Gehäuse, damit die zulässigen Ableitung ist maximal, weil die Hitzeverträglichkeit an die Umgebung minimal ist, kann die Wärme in der Wicklung direkt nach außen abgeführt werden.
Wenn sehr geringe Reibung und hohe Präzision erforderlich sind, werden oft Potentiometer aus leitfähigem Kunststoff verwendet.[5]Potentiometer gibt es in allen Formen und Größen. Singleturn-Potentiometer wurden bereits in der Einleitung beschrieben. Der Aufbau kleiner Singleturn-Potentiometer ist ähnlich, lediglich die Welle wurde durch ein Kunststoffteil mit Schlitz für einen Schraubendreher ersetzt, Schiebepotentiometer haben eine gerade statt kreisförmige Widerstandsbahn. Sie verfügen wie Drehpotentiometer über eine Leiterbahn und einen mit dem Läufer mitbewegten Schleifkontakt, damit die Spannung am beweglichen Läufer vom festen Anschlusskontakt abgenommen werden kann. Die leitfähige (schmalere) Bahn liegt neben der Widerstandsbahn. Multiturn-Typen haben in der Regel ein drahtgewickeltes Spiralelement. Dazu wird zunächst ein flexibler Träger mit Widerstandsdraht bewickelt. Der resultierende flexible Drahtwiderstand wird auf eine Trommel (Läufer muss außen sein) oder in einen (Läufer innen) gewickelt.[6][7] Auch diese Typen benötigen einen Schleifkontakt, der den Kontakt mit dem festen Anschluss im Gehäuse herstellt. Der Leiter, über den der Schleifkontakt gleitet, ist ein massiver, nicht isolierter Kupferdraht, der zusammen mit dem flexiblen Drahtwiderstand gewickelt wird und eine zwischen den Windungen der Drahtwiderstandsspule liegende Spule bildet. Zur Steuerung von Drehpotentiometern stehen spezielle Taster mit mechanischem dreistelligem Zähler (000-999) zur Verfügung.[8]
Es gibt auch Multiturn-Potentiometer, die den Läufer mit einem (Doppel-)Getriebe über einen Singleturn-Widerstandsweg bewegen, der mit einem gewöhnlichen Singleturn-Potentiometer identisch ist.Für Stereoanwendungen stehen Tandempotentiometer zur Verfügung, bei denen es sich um zwei Potentiometer hintereinander handelt mit Drehpotentiometer. Ein Potentiometer steuert den linken Kanal, das andere den rechten. Auch beide Tone Control Potentiometer, die in besseren Geräten zur Steuerung von High und Low verwendet werden als Tandempotentiometer. Bei Tandemschleifern kann eine Doppelwiderstandsbahn und eine Doppelleiterbahn verwendet werden. Dort muss lediglich eine mechanische, elektrisch isolierte Verbindung zwischen den beiden Kufen hergestellt werden, an der auch die Bedienleiste und letztendlich der Knauf befestigt werden.[9]
Anwendungen
Potentiometer sind weit verbreitet als Lautstärkeregler vor dem Verstärker, zum Beispiel in Radio- und Fernsehgeräte. Traditionell wurden diese Potentiometer mit einem Schalter: Wird das Potentiometer bis zum Anschlag gegen den Uhrzeigersinn gedreht, wird das Gerät ausgeschaltet.
im AudiobereichMischpulte und in AudioEqualizer Schiebepotentiometer werden oft verwendet.
In fest installierten Audio- und Videogeräten, heute a InfrarotFernbedienung verwendet und intern im Gerät Digital Techniken zum Einstellen der Einstellungen, zum Beispiel Lautstärke. Am Gerät selbst werden dann kleine Druckknöpfe angebracht, um die grundlegendsten Funktionen bedienen zu können. Somit können die Geräte auch bei defekter oder verlorener Fernbedienung verwendet werden, bis eine neue Fernbedienung eingetroffen ist.
Multiturn-Potentiometer wurden in teuren wissenschaftlichen Geräten verwendet. Präzisionseinstellungen werden jedoch zunehmend digital vorgenommen, zum Beispiel mit einem Touchscreen mit einer Dezimaltastatur auf dem Display. Das ist präziser und verschleißfester.
Siehe auch
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