Was ist ein Potentiometer?
Potentiometer werden in elektrischen und elektronischen Schaltungen häufig als Basiselemente beim Schaltungsentwurf verwendet. Es besteht aus einem Widerstandselement und einem Gleitelement (Schleifer), das sich über die Oberfläche des Widerstandselements bewegt, und hat die Eigenschaft, dass der Widerstandswert durch Bewegen des Gleitelements frei variiert werden kann.
Potentiometer sind also eine Form des variablen Widerstands, weshalb variable Widerstände im englischen Sprachraum auch Potentiometer genannt werden.
Sie werden in einer Vielzahl von elektronischen Geräten verwendet, ein typisches Beispiel ist ihre Verwendung als Lautstärkeregler in Audiogeräten.
Sie werden gerne verwendet, weil sie einfach aufgebaut sind, eine recht gute Leistung haben und kostengünstig sind. Andererseits ändert sich der Widerstandswert mit der Abnutzung, da bewegliche Teile vorhanden sind.
Wenn diese Nachteile von Potentiometern nicht toleriert werden können, können digitale Lösungen gewählt werden, die allerdings teurer sind.
Anwendungen von Potentiometern
Potentiometer regulieren die Stromstärke und die Spannung.
Potentiometer erfüllen diese Funktionen in Schaltkreisen, da sie sich frei auf jeden gewünschten Widerstandswert einstellen lassen.
Diese Funktionen werden in Konsumgütern zur Lautstärkeregelung von Audiogeräten und in Steuerungen für Spielkonsolen usw. verwendet.
Eine weitere Funktion von Potentiometern ist die eines Wegsensors.
Ein Wegsensor ist ein Sensor, der Abstände und Dimensionen zu Messobjekten messen kann.
Wenn sich z. B. die Position eines Scheibenwischers an einem Auto ändert, wenn er bewegt wird, kann die Wegsensorfunktion verwendet werden, um den Abstand und die Abmessungen zu messen.
Potentiometer, die preiswert und relativ genau sind, werden nicht nur in Geräten und Anlagen verwendet, die wir häufig benutzen, sondern auch in industriellen Anwendungen, z. B. in der Schifffahrt und in medizinischen Geräten sowie in Baumaschinen und Werkzeugmaschinen.
Funktionsweise von Potentiometern
Wenn sich bei Potentiometern das Gleitelement (beweglicher Teil) über ein Widerstandselement bewegt, wird der Widerstandswert dadurch bestimmt, wo das Widerstandselement anhält. Aufgrund der Einfachheit des Aufbaus und des Mechanismus können Potentiometer ohne Produktionskosten hergestellt werden.
An die beiden Klemmen des Widerstandselements wird eine konstante Spannung angelegt, und an der dritten Klemme werden je nach der Position, in der sich das Gleitelement (Schleifer) bewegt, unterschiedliche Werte ausgegeben. Da das Widerstandselement auf seiner Oberfläche mit einem einheitlichen Widerstandsmaterial beschichtet ist, ist der Widerstand pro Länge gleich, so dass der Widerstandswert durch die Position des Gleitelements (Schleifer) bestimmt wird.
Mit Hilfe des oben beschriebenen Mechanismus wird die Verschiebung anhand der tatsächlichen Ausgangsspannung gemessen. Die Ergebnisse dieser Messung können als Wegsensor verwendet werden.
Außerdem wird es zur Eingabe eines analogen Betrags in eine Systemsteuerung zur Regelung oder zur Erfassung des Ausgangszustands eines Servomotors verwendet.
Potentiometer gibt es als Linearpotentiometer (linearer Typ) und als Drehpotentiometer (drehbarer Typ). Der erste Typ erfasst eine lineare Position, während der zweite Typ einen Drehwinkel erfasst.
Rotationspotentiometer (drehbare Potentiometer) gibt es in ein- und mehrgängigen Ausführungen. Dazu gehören auch solche aus leitfähigem Kunststoff.
Sie werden sorgfältig hergestellt, um sicherzustellen, dass die Widerstandsänderung linear mit der Bewegung erfolgt, um die Genauigkeit zu erhöhen.
Andere Klassifizierungen umfassen kontaktbehaftete und kontaktlose Typen.
Zu den kontaktbehafteten Typen gehören Cermet-Widerstandselemente, die aus einer Mischung von Keramik und Metall bestehen, drahtgewickelte Widerstandselemente und Widerstandselemente aus leitfähigem Kunststoff.
Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Potentiometern gibt es digitale Potentiometer, die diese Nachteile ausgleichen.
Digitale Potentiometer sind elektronische Bauteile, die die verschiebbaren Teile analoger Potentiometer auf der Seite des Reglers einstellen; die Kollektivwiderstände im Inneren des ICs werden unter der Kontrolle des Reglers geschaltet. Da es keine beweglichen Teile gibt, gibt es keine Abnutzung, und ein hochgenauer Widerstandswert kann stabil und ohne Rauschen erreicht werden. Er zeichnet sich durch eine lange Lebensdauer und hohe Leistung aus.
Analoge und digitale Potentiometer haben jeweils ihre eigenen Eigenschaften, so dass es notwendig ist, die für die zu verwendende Schaltung erforderlichen Spezifikationen und Kosten zu berücksichtigen und eine Entscheidung zu treffen, welches Potentiometer verwendet werden soll.