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Potentiometer

elektrisches Widerstandsbauelement, dessen Widerstandswert mechanisch veränderbar ist

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. Erfunden wurde das Potentiometer 1841 vom deutschen Physiker Johann Christian Poggendorff.

v. l. n. r.: zwei Trimmpotentiometer und ein Schiebesteller
Schaltsymbole
Potentiometer symbol Europe.svg
Europa
Potentiometer symbol.svg
Asien, USA

Inhaltsverzeichnis

Prinzipieller Aufbau und FunktionBearbeiten

 
Potentiometer für einen Drehregler

Der Spannungsteiler besteht aus einem elektrisch nicht leitenden 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.

AnwendungBearbeiten

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 BeschaltungBearbeiten

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.

BauformenBearbeiten

 
Schiebepotentiometer, auch Fader genannt

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

DrahtpotentiometerBearbeiten

 
Zehngängiges Tandem-Wendelpotentiometer der Firma Gamma aus Budapest (zerlegt, vorn die beiden Schleifer, hinten die beiden Wendeln)

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 vor allem im englischen Sprachraum 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.

WendelpotentiometerBearbeiten

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.

SchichtpotentiometerBearbeiten

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.

TrimmpotentiometerBearbeiten

 
Verschiedene Trimmer

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.

MehrfachpotentiometerBearbeiten

Bei Mehrfachpotentiometer, auch Tandem- oder Stereopotentiometer, werden mehrere Potentiometer hintereinander auf einer Achse montiert.

Für die Regelung gibt es zwei Variationen. Mit einem Knopf der alle Einheiten gleichzeitig bewegt und mit zwei Knöpfen die eine getrennte Regelung ermöglichen. Diese sitzen übereinander, wobei sich oft ein kleinerer über einem Großen befindet. Der größere Kopf ist für 6 mm Achse vorgesehen und der kleinere für 4 mm.[1] Die dünnere Achse wird durch die dickere geführt. Auf dem Bild ist ein solcher Regler abgebildet. Bei dieser Bauart ist die Zahl der Potentiometer auf zwei beschränkt. Bei einem Knopf sind auch mehr als zwei Einheiten möglich.

 
Mehrfachpotentiometer auf einer Leiterplatte

Mehrfachpotentiometer werden beispielsweise zur gleichzeitigen Lautstärkeeinstellung der beiden Kanäle eines Stereoverstärkers eingesetzt.

Motorgesteuerte PotentiometerBearbeiten

Motorgesteuerte Potentiometer wurden erst in sehr teuren Studiomischpulten verwendet. In diesen Pulten hatte jeder Regler einen Motor. So konnte man die kompletten Einstellungen speichern. Derzeit befinden sich auch in weniger kostspieligen Digitalmischpulten Motorpotentiometer, allerdings in wesentlich geringerer Zahl.

HiFi-Verstärker besitzen oft ein Motorpotentiometer zur ferngesteuerten Lautstärkeeinstellung. Auch in Mischpulten werden meist motorgesteuerte Schieberegler, sogenannte Motorfader, verwendet, welche zuvor gespeicherte Einstellwerte reproduzierbar von selbst wieder anfahren können.

Elektronische PotentiometerBearbeiten

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“.

Weitere MerkmaleBearbeiten

 
Leistungspotentiometer 500 Ohm / 100 Watt; Schleifkontakt (unten) aus Graphit

Potentiometer gibt es als Bedienelement mit einer Welle für einen Drehregler 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.

WiderstandsverlaufBearbeiten

Die Funktion zwischen Winkel bzw. Strecke und Widerstand bei Potentiometern kann auch nichtlinear sein (positiv oder negativ logarithmisch, exponentiell, oder S-förmig).[2]

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.[3] Hier verläuft die Widerstandsbahn logarithmisch ansteigend. Teilweise sind jedoch auch logarithmische Potentiometer mit B gekennzeichnet, beispielsweise im Audiobereich.

Negativ logarithmische Potentiometer sind mit einem „−“ vor dem Wert oder mit F oder 3 hinter dem Wert gekennzeichnet.

KenngrößenBearbeiten

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

Abweichender Gebrauch der BezeichnungBearbeiten

Für die Steuerung von dimmbaren Leuchtstoffröhren wird manchmal ein sogenanntes „Aktiv-Potentiometer“ benötigt.[4] Es handelt sich dabei nicht um Potentiometer im eigentlichen Sinn, sondern um eine regelbare Spannungsquelle, die typischerweise auf Werte zwischen 0 V und 10 V eingestellt werden kann.

WeblinksBearbeiten

  Commons: Potentiometer – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
  Wiktionary: Potenziometer – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. Diese Werte gelten für Bauteile, die nach der metrischen Norm gefertigt werden.
  2. Abschnitt Widerstandsverlauf, elektronik-kompendium.de
  3. Abschnitt Beschriftung, elektronik-kompendium.de
  4. Flexotron Aktiv-Potentiometer, sauter-cumulus.de (PDF)