Funktionsprinzip eines Potentiometers: Eine aufschlussreiche Reise

Was sind Potentiometer?

Potentiometertypen

• Lineare Potentiometer: Diese weisen eine lineare Beziehung zwischen der Ausgangsspannung und der Schleiferposition auf, d. h. durch eine konstante Variation der Schleiferposition wird eine kontinuierliche Variation der Ausgangsspannung erzeugt.
• Drehpotentiometer: Diese werden häufig in Lautstärkereglern und anderen Umgebungen eingesetzt, in denen eine Drehwelle zum Ändern der Schleiferposition verwendet wird.
• Schiebepotentiometer: Mischpulte und Gitarrenlautstärkeregler sind zwei gängige Einsatzgebiete für Schiebepotentiometer, die über einen Schiebemechanismus zum Bewegen des Schleifers verfügen.
• Digitalpotentiometer: Diese integrierten Schaltkreise verwenden digitale Befehle und bieten durch die Kombination eines Widerstandselements und einer digitalen Schnittstelle präzise Steuerung und Flexibilität.

Können Potentiometer zur Strommessung verwendet werden?

Wofür werden Potentiometer verwendet?

• Lautstärkeregler: Um die Lautstärke zu ändern, werden Potentiometer häufig in Audiogeräten wie Stereoanlagen, Verstärkern und Gitarren verwendet.
• Rückkopplungsschaltungen: Durch die Bereitstellung eines variablen Eingangssignals werden Potentiometer in Rückkopplungsschaltungen verwendet, um eine Vielzahl von Parametern zu steuern, darunter Verstärkung, Geschwindigkeit und Temperatur.
• Positionserfassung: Um mechanische Bewegung in ein elektrisches Signal umzuwandeln, werden Potentiometer in positionserfassenden Anwendungen wie Joysticks, Potentiometern und Robotermanipulatoren verwendet.
• Spannungsteiler: Potentiometer dienen als Spannungsteiler in einer Vielzahl von Schaltkreisen und liefern eine variable Spannungsausgabe für Anwendungen wie Spannungsvorspannung und Konditionierung von Sensorsignalen.

Wie funktionieren Potentiometer?

1. Das Widerstandselement

• Stellen Sie sich eine Elektronen-„Autobahn“ vor, die aus einem langen, dünnen Draht oder einem anderen Widerstandsmaterial besteht.
• Der Gesamtbereich des Potentiometers wird durch den Widerstand dieses Elements bestimmt. Weniger Spannungsänderungen bei gleicher Wischerbewegung sind mit einem höheren Widerstand verbunden.

2. Terminals: Die Ein- und Austrittspunkte

• Der Elektronenfluss tritt durch zwei Terminals ein und aus, die ähnlich wie Mautstellen auf einer „Autobahn“ funktionieren.
• Die Elektronen werden durch einen „Druckunterschied“ hindurchgedrückt, der entsteht, wenn an diese Anschlüsse Spannung angelegt wird.

3. Der Wischer

• Das ist die Hauptattraktion! Ein rotierender oder gleitender Kontakt, der sich entlang des Widerstandselements bewegt, ähnlich wie ein Auto auf einer „Autobahn“ die Spur wechselt.
• Sie können die Position des Wischers und den Bereich, den er berührt, anpassen, indem Sie einen Knopf drehen oder einen Schieberegler verschieben.

4. Widerstand: Der Schlaglochfaktor

• Der Widerstand zwischen dem Wischer und seinem benachbarten Anschluss erhöht sich mit der Länge des „Autobahn“-Abschnitts, den der Wischer berührt. Stellen Sie sich vor, der Elektronenfluss würde durch mehr Schlaglöcher auf einer längeren Straße verlangsamt.
• Der unberührte Abschnitt weist einen geringeren Widerstand auf, ähnlich einer glatten Strecke, durch die Elektronen fließen können.

5. Spannungsteilung

• Indem die Gesamtspannung über dem Element entsprechend dem Widerstand jedes Abschnitts geteilt wird, fungiert der Schleifer als Spannungsteiler.
• Wegen des höheren Widerstands des Schleiferabschnitts gibt es einen größeren Spannungsabfall, ähnlich wie wenn ein Auto durch Schlaglöcher Energie verliert, was den "Druck" für den Rest der Fahrt reduziert.
• Im nicht betroffenen Bereich tritt ein kleinerer Spannungsabfall auf, ähnlich wie wenn ein Auto ruhiger fährt und auf weniger Widerstand stößt.

6. Ausgangsspannung

• Die Ausgangsspannung des Potentiometers wird durch die Spannung am Schleiferanschluss und den Widerstand bestimmt, auf den er trifft. Dies ist analog zur Überprüfung der Spannung (des Drucks) am Kontrollpunkt, nachdem das Fahrzeug durch den anspruchsvollen Bereich gefahren ist.
• Sie können diese Ausgangsspannung durch Einstellen des Wischers und des Widerstands zwischen 0 (der Wischer an einem Ende) und der vollen Eingangsspannung (der Wischer am anderen Ende) steuern. Erwägen Sie die Steuerung der Fahrzeuggeschwindigkeit durch Auswahl verschiedener, unterschiedlich harter Fahrspuroptionen.

7. Betriebsarten

• Rheostat-Modus: Verwenden Sie im Rheostat-Modus den Schleifer und nur einen Außenanschluss. Ähnlich wie ein variabler Widerstand reguliert der Schleifer den Gesamtwiderstand und den Stromfluss über die gesamte „Autobahn“. Stellen Sie sich vor, Sie könnten den Schwierigkeitsgrad für jedes Auto anpassen, indem Sie eine Mautstelle schließen und den gesamten Verkehr durch die andere leiten.
• Spannungsteiler-Modus: Verwenden Sie im Spannungsteiler-Modus sowohl den Schleifer als auch die Außenanschlüsse. Der Schleifer ist ein flexibles Werkzeug zum Regeln verschiedener Schaltungseigenschaften, da er die Eingangsspannung in zwei einstellbare Ausgänge aufteilt. Erwägen Sie, beide Mautstellen offen zu halten und den Fahrzeugfluss (Spannung) zu verschiedenen Standorten zu kontrollieren.

8. Anwendungen in der realen Welt

• Potentiometer sind kleine Spannungsregler, die alles regeln, von der Bildschirmhelligkeit Ihres Telefons bis zur Lautstärke des Radios.
• Sie übersetzen Ihre Handbewegungen in elektrische Signale, die das Spiel steuern, und dienen als stille Partner in Joysticks.
• Potentiometer werden auch von Robotern und Drohnen verwendet, um deren Position zu erfassen und ihre Bewegungen präzise anzupassen.

Video zum Thema „Funktionsweise von Potentiometern“

Wann wurden Potentiometer erfunden?

Was führt zum Ausfall eines Potentiometers?

• Mechanische Abnutzung: Der Schleifkontakt kann sich mit der Zeit verschlechtern, was zu Rauschen und Instabilität der Ausgangsspannung führt.
• Verunreinigung: Das Widerstandselement kann sich mit Staub, Schmutz und anderen Verunreinigungen ansammeln, was den Widerstand erhöhen und die Ausgangsspannung verändern würde.
• Hitzeschäden: Übermäßige Hitze kann den Schleifkontakt oder das Widerstandselement beschädigen, was zu einem Ausfall oder einer Leistungsminderung führen kann.

Wo befinden sich Potentiometer?

• Audiogeräte: Stereoanlagen, Verstärker und andere Audiogeräte verfügen über Lautstärke-, Ton- und Balanceregler, die aus Potentiometern bestehen. Normalerweise sind sie auf der Vorder- oder Rückseite des Geräts zu finden.
• Rückkopplungsschaltungen: In elektronischen Systemen werden Potentiometer in Rückkopplungsschaltungen integriert. Der genaue Schaltungsentwurf und der zu kontrollierende Parameter bestimmen, wo sie platziert werden sollten.
• Positionserfassung: Bei Anwendungen zur Positionserfassung werden Potentiometer normalerweise in unmittelbarer Nähe der mechanischen Komponente platziert, deren Bewegung überwacht wird. Beispielsweise sind Joystick-Potentiometer im Joystick-Gehäuse untergebracht.
• Spannungsteiler: Potentiometer, die als Spannungsteiler fungieren, werden häufig in bestimmte Schaltkreise auf Leiterplatten integriert. Ihre Platzierung wird durch das Schaltungsdesign und die jeweilige Anwendung bestimmt.

Fazit