Potentiometer

Ein Potentiometer, kurz auch Poti genannt, ist ein mechanisch verstellbarer, ohmscher Widerstand. Stufenlose Einstellungen an elektrischen Geräten (z.B. Lautstärke, Temperatursollwert) werden oft durch die Verstellung eines eingebauten Potentiometers mittels eines Drehknopfes oder Schiebereglers erreicht.

Elektrische Funktion

Potentiometer sind überwiegend als veränderbare Spannungsteiler mit 3 Anschlüssen ausgeführt. Der mittlere Anschluss wird dabei durch Drehen oder Verschieben auf einen der beiden anderen Anschlüssen zu bewegt. Der ohmsche Widerstand zwischen dem mittleren und diesem Anschluss sinkt, während der Widerstand zum entfernten Anschluss ansteigt. Das Verhältnis von Bewegung zur Widerstandsänderung kann je nach Poti-Ausführung linear oder logarithmisch sein. Mit letzteren Typen können Anwendungen mit logarithmischer Regelcharakteristik (z.B. Lautstärke) unterstützt werden. Der Regelbereich eines Potentiometers reicht von 0 Ohm bis zum angegebenen Endwert. Der Verlustleistungsbereich des Potentiometers wird in Watt angegeben und darf nicht überschritten werden.

Ausführungen

Potentiometer sind mit verschiedenen Materialien die als Widerstand wirken verfügbar. So gibt es Drahtpotentiometer (Widerstandsdraht), Schichtpotentiometer (Schicht aus Kohle, Metall, Keramik oder Kunststoff) und Folienpotentiometer. Für spezielle Anwendungen sind Miniaturausführungen, gekapselte Potentiometer und besonders belastbare Ausführungen erhältlich. Wesentlich unterscheiden sich die Potentiometer nach der Art des Einstellvorgangs.

Drehpotentiometer

Drehpotentiometer sind mit einer Drehachse ausgestattet, die durch eine Geräteöffnung herausragt. Auf das Ende der Achse kann ein passender Stellknopf montiert werden. Damit sind gleichzeitig eine feinfühlige Einstellung des Stellwertes und die optische Gestaltung des Gerätes möglich.

Trimmpotentiometer

Trimmpotentiometer entsprechen funktional den Drehpotentiometern. Es wird jedoch keine Drehachse nach außen geführt, wodurch wesentlich kleinere Bauformen möglich sind. Die Verstellung des Trimmpotentiometers erfolgt mittels Werkzeug und ist üblicherweise nur bei Kalibrierarbeiten durch den Fachmann erforderlich.

Schiebepotentiometer

Bei einigen Anwendungen ist die Stellfunktion als Schieber besser geeignet, so dass beim Schiebepotentiometer der mittlere Anschluss mit einem Schiebesteller versehen wird. Dieser Steller wird längs in einer Nut über die Widerstandsbahn geführt.

Spezialfall Digitalpotentiometer

Potentiometer sind eigentlich ein typisches Element der analogen Schaltungstechnik und damit nicht ohne Weiteres in der digitalen Schaltungstechnik nutzbar. Um in der Digitaltechnik stufenlose Einstellvorgänge durch Drehen oder Schieben von Knöpfen zu ermöglichen, muss eine Analog/Digital-Wandlung erfolgen. Ist dieser Analog/Digital-Wandler bereits im Potentiometer integriert, so wird dieses Potentiometer als Digitalpotentiometer bezeichnet. Statt einer Änderung des ohmschen Widerstandes erzeugt dieses digitale Potentiometer abhängig vom Stellgrad verschiedene digitale Kodierungen.

Eine gegensätzliche Anwendung ist die Wandlung von Schaltstufen (z.B. "+/-" - Tasten) in einen Widerstandswert. Dies wird mit Schaltkreisen, die als elektronisches Potentiometer wirken, umgesetzt. Diese setzen die digitale Kodierung des Tastwertes in einen Widerstandswert um.

Kennwerte,

Die wesentlichen Kennwerte der Potentiometer sind Widerstand, Regelcharakteristik, Toleranz und Leistungsklasse.

Widerstand

Potentiometer gibt es für alle Widerstandsbereiche zwischen wenigen Ohm und hunderten Megaohm. Der Wert bei maximal aufgedrehtem Potentiometer wird auf dem Potentiometer angegeben. Dabei wird das Ohmzeichen meist weggelassen, so dass z.B. die Angabe "100" für 100 Ohm steht, "10k" für 10 Kiloohm und "1M" für 1 Megaohm. Die Potentiometer verändern je nach Stellung des Schleifers ihren Widerstandswert zwischen 0 und diesem angegebenen Endwert. Bei vielen Anwendungen kann für den Austausch eines Potentiometers auch ein etwas höherer Widerstandswert genommen werden, ohne dass die Funktion beeinträchtigt wird. Der Austausch gegen ein Potentiometer mit geringerem Widerstandswert ist dagegen meist nicht sinnvoll.

Regelcharakteristik

Die Charakteristik der Widerstandsänderung bei gleichmäßiger Bewegung der Potentiometerachse wird als Regelcharakteristik bezeichnet. Für viele Anwendungen ist ein lineares Verhältnis zwischen der Verschiebung der Potentiometerachse und dem Widerstandswert sinnvoll, so dass dafür lineare Potentiometer verwendet werden. Es gibt jedoch auch Anwendungen, für die eine logarithmische Regelcharakteristik günstiger ist. Daher werden auch logarithmische Potentiometer angeboten. Bei der Auswahl eines Austauschpotentiometers sollten Sie die Regelcharakteristik beachten. Die Regelcharakteristik wird meist auf dem Potentiometer mit "lin" für linear, "log" bzw. einer 2 nach dem Widerstandswert für logarithmisch angegeben.

Toleranz

Potentiometer haben je nach Bauart verschiedene Toleranzbereiche bezüglich dem Widerstands-Endwert und der Regelcharakteristik. Für sehr genau einzustellende Werte ist ein Potentiometer mit einer niedrigen Toleranz erforderlich. Auch bei Anwendungen mit mehreren parallelen Signalwegen sind hier nur geringe Toleranzen hinnehmbar. So genannte Tandempotentiometer erlauben die gleichzeitige und gleichmäßige Widerstandsänderung in voneinander unabhängigen Signalwegen. Für viele allgemeine Anwendungen von Potentiometern ist der Toleranzbereich jedoch unbedeutend.

Leistungsklassen

Abhängig von der Stromstärke, die durch das Potentiometer fließt, wird eine so genannte Verlustleistung in Wärme umgesetzt. Dieser eigentlich störende Effekt muss bei der Auswahl des Potentiometers beachtet werden. Die mögliche Verlustleistung ist direkt mit der Bauart und -größe des Potentiometers verbunden. Das heißt, je höher die Leistungsklasse desto größer das Potentiometer. Eine höhere Leistungsklasse ist also funktional kein Qualitätsmerkmal, sondern eine Notwendigkeit für Schaltungen mit hoher Verlustleistung. In leistungsarmen Schaltungen werden daher schon aus Platzgründen Potentiometer einer niedrigen Leistungsklasse (z.B. 1/10 Watt) eingesetzt. Bei Potentiometern für hohe Verlustleistung (z.B. 300 W) wird die Wärmeableitung über Kühlkörper oder Lüfter erreicht.

Anwendungen

Stufenlose Stellvorgänge

Hinter vielen Drehknöpfen und Schiebereglern an elektrischen Geräten verbergen sich Potentiometer, mit denen eine stufenlose Einstellung eines gewünschten Parameters möglich ist. Dies kann die Lautstärke, die Helligkeit oder ein Temperaturwert sein. Am Potentiometer direkt ändert sich jedoch immer nur der ohmsche Widerstand. Durch die elektrische Schaltung im Gerät wird dieser Widerstandswert als Stellreferenz für die eigentliche Regelgröße (z.B. die Lautstärke) genutzt. Für fernbedienbare Geräte sind auch motorgetriebende Potentiometer erhältlich, die stufenlos von Hand oder per Fernbedienung verstellt werden können.

Stufenlose Kalibrierung

Bei vielen elektronischen Schaltungen müssen an ausgewählten Schaltpunkten einmalig bestimmte Kennwerte mithilfe von Trimmpotentiometer eingestellt werden. Dieser Einstellvorgang wird als Kalibrierung oder auch Trimmen bezeichnet und wird nur von Fachpersonal ausgeführt. Nach der Kalibrierung soll die Einstellung möglichst nicht verändert werden. Daher sind diese Potentiometer meist nur durch Öffnen des Gerätes zugänglich. Sie sind direkt auf eine Leiterplatte aufgelötet und nur mit einem kleinen Schraubendreher zu verstellen. Als Alternative zu diesen mechanischen Trimmpotentiometern sind auch programmierbare Potentiometer als Schaltkreise verfügbar.

Weitere Links zum Thema

Mit diesem Thema in Beziehung stehen auch die Suchbegriffe Widerstand, Kondensator und Drossel aus unserer Kategorie Passive Bauelemente.