Wie man ein Potentiometer als variablen Widerstand anschließt?

Das Anschließen eines Potentiometers als variabler Widerstand erfordert nur zwei seiner drei Anschlüsse: den Schleifer und einen der beiden äußeren Anschlüsse. Lassen Sie den verbleibenden äußeren Anschluss unverbunden oder verbinden Sie ihn als Schutzmaßnahme mit dem Schleifer. Das Bauteil verhält sich dann wie ein einfacher, einstellbarer Widerstand in Reihe mit Ihrer Last und nicht mehr wie ein Spannungsteiler. Es ist eine kleine Verdrahtungsänderung mit einem echten funktionalen Unterschied, und wenn man es richtig macht, vermeidet man eine Reihe von Fehlern, die viele Leute beim ersten Versuch machen.

Zwei Anschlüsse statt drei: Was sich ändert

Ein Standard-Potentiometer hat aus gutem Grund drei Anschlüsse: zwei feste Enden der Widerstandsbahn plus einen dritten, der mit dem darauf gleitenden Schleifer verbunden ist. Wenn alle drei Anschlüsse verdrahtet sind, bildet es einen Spannungsteiler, der eine angelegte Spannung proportional zur Schleiferposition aufteilt. Wenn Sie jedoch einen der beiden Endanschlüsse aus dem Stromkreis entfernen, bleiben nur der Schleifer und ein einzelnes festes Ende übrig, was genau das ist, was dasselbe physikalische Bauteil in einen variablen Widerstand, technisch Rheostat genannt, verwandelt.

Das Bauteil selbst hat sich überhaupt nicht verändert. Was sich ändert, ist seine Funktion. Ein Spannungsteiler gibt eine proportionale Spannung aus. Ein Rheostat passt die Stromstärke in einem Stromkreis an, indem er den Widerstand direkt im Strompfad variiert. Dasselbe Bauteil, zwei völlig unterschiedliche Schaltungsrollen, die ausschließlich davon abhängen, wie viele Anschlüsse Sie verbinden.

Schritt-für-Schritt-Verdrahtung für eine Zwei-Anschluss-Rheostat-Verbindung

Die korrekte physische Verdrahtung ist unkompliziert, sobald Sie wissen, welche Anschlüsse zu verwenden sind.

1. Identifizieren Sie Ihre drei Anschlüsse. Die meisten Datenblätter bezeichnen sie mit 1, 2 und 3, wobei Anschluss 2 der Schleifer in der Mitte ist.
2. Verbinden Sie Anschluss 1 (oder Anschluss 3) mit einer Seite Ihres Stromkreises, typischerweise der Versorgung oder dem Punkt, an dem der Strom eintritt.
3. Verbinden Sie den Schleiferanschluss (Anschluss 2) mit der anderen Seite des Stromkreises, normalerweise der Last oder Masse, je nach Ihrer spezifischen Anordnung.
4. Lassen Sie den verbleibenden äußeren Anschluss unverbunden, oder verbinden Sie ihn mit dem Schleiferanschluss als Schutzmaßnahme, die weiter unten ausführlicher behandelt wird.
5. Drehen Sie den Knopf oder verschieben Sie den Schleifer und bestätigen Sie, dass sich der Widerstand zwischen den beiden verbundenen Anschlüssen wie erwartet ändert.

Einmal so verdrahtet, verhält sich das Potentiometer wie ein einzelner einstellbarer Widerstand, dessen Wert von nahezu 0 Ω bis zu seinem vollen Nennwiderstand reicht, abhängig ausschließlich von der Schleiferposition.

Warum der ungenutzte Anschluss mit dem Schleifer verbunden werden sollte

Den dritten Anschluss vollständig unverbunden zu lassen, funktioniert, ist aber nicht die sicherere Wahl. Das Verbinden des ungenutzten äußeren Anschlusses direkt mit dem Schleiferanschluss bietet einen echten Schutz gegen einen spezifischen Fehlerfall: Wenn der Schleifer jemals den momentanen Kontakt mit der Widerstandsbahn verliert, was mit zunehmendem Alter eines Potentiometers häufiger vorkommt, würde eine offene Verbindung den Stromkreis vollständig unterbrechen und einen unendlichen Widerstand erzeugen, wo Ihre Last Kontinuität erwartet.

Wenn der ungenutzte Anschluss mit dem Schleifer verbunden ist, bleibt bei demselben momentanen Kontaktverlust immer noch ein Widerstandspfad durch den Rest der Bahn bestehen, sodass der Strom weiterfließt, anstatt unvorhersehbar abzubrechen. Auf den ersten Blick scheint es keine Rolle zu spielen, da die Verbindung die Widerstandswerte im Normalbetrieb nicht zu ändern scheint. Ihr Wert zeigt sich nur in diesem seltenen Moment intermittierenden Kontakts, aber für alles, was kontinuierlich läuft – eine Motordrehzahlregelung, ein LED-Dimmer oder Industrieanlagen, die einen plötzlichen Ausfall nicht tolerieren können – ist dieser zusätzliche Draht eine günstige Versicherung, die man immer hinzufügen sollte.

Welche Richtung erhöht oder verringert den Widerstand

Einmal verdrahtet, verringert das Bewegen des Schleifers zum verbundenen äußeren Anschluss den Widerstand zwischen den beiden aktiven Verbindungen, während das Bewegen weg, zum unverbundenen Ende hin, den Widerstand erhöht. Diese Beziehung kehrt sich um, je nachdem, welchen äußeren Anschluss Sie im Stromkreis belassen. Wenn Ihr variabler Widerstand also rückwärts zu dem zu funktionieren scheint, was Sie erwartet haben, ist die Lösung normalerweise so einfach wie der Wechsel zum gegenüberliegenden äußeren Anschluss, anstatt etwas anderes neu zu verdrahten.

Belastbarkeit: Warum ein Potentiometer nicht immer der richtige Rheostat ist

Hier stoßen viele Designs später auf Probleme. Ein Standard-Potentiometer, das streng als Spannungsteiler verwendet wird, führt nur einen kleinen Signalstrom durch den Schleifer, da die volle angelegte Spannung gleichzeitig über beide Segmente der Bahn aufgeteilt wird. Verdrahten Sie dasselbe Bauteil als Zwei-Anschluss-Rheostat, fließt nun der gesamte Strom des Stromkreises durch den Teil der Bahn, der sich zwischen Ihren beiden verbundenen Anschlüssen befindet, und wird dabei ständig als Wärme abgeführt.

Kleine signalstarke Potentiometer sind normalerweise nicht für diese Art von kontinuierlicher Strombelastung ausgelegt. Wenn mehr Strom durch sie fließt, als sie vertragen, erwärmt sich die Widerstandsbahn schneller als beabsichtigt, was die Leistung beeinträchtigt und die Nutzungsdauer des Bauteils erheblich verkürzt. Für echte Hochstrom-Rheostat-Anwendungen, wobei die Motordrehzahlregelung ein häufiges Beispiel ist, ist ein spezieller Drahtwickel-Rheostat, der speziell für eine höhere Verlustleistung gebaut wurde, die sicherere und langlebigere Wahl. Verwenden Sie ein umfunktioniertes Potentiometer als Rheostat-Ersatz nur in Situationen mit geringerer Leistung und überprüfen Sie immer zuerst die Wattzahl des Bauteils, oder fügen Sie einen festen Widerstand in Reihe hinzu, um einen Teil der Last aufzunehmen und das Potentiometer davor zu schützen, mehr Strom zu führen, als es ausgelegt ist. Wie Potentiometer als variable Widerstände funktionieren behandelt diesen Unterschied ausführlicher, einschließlich der Frage, wie das zugrunde liegende Spannungsteilerprinzip mit dieser einfacheren Zwei-Anschluss-Konfiguration zusammenhängt.

Häufige Verdrahtungsfehler und wie man sie vermeidet

Eine kurze Liste wiederkehrender Fehler deckt die meisten Probleme ab, die auftreten, wenn jemand zum ersten Mal ein Potentiometer auf diese Weise verdrahtet.

• Versehentliches Offenlassen des ungenutzten Anschlusses in einer Spannungsteiler-Konfiguration, was eine undefinierte, schwebende Spannung erzeugen kann, wenn der Schleifer den Kontakt verliert; erden Sie immer das untere Ende in einer echten Teilerkonfiguration und verwenden Sie alle drei Anschlüsse, wenn dies tatsächlich das Ziel ist
• Unterschätzung der Stromaufnahme, wodurch mehr Strom durch die Rheostat-Verbindung fließt, als die Wattzahl des Bauteils zulässt
• Verdrahtung des falschen äußeren Anschlusses für die gewünschte Einstellrichtung, eine einfache Korrektur, sobald Sie verstehen, welcher Anschluss welche Richtung steuert
• Weglassen der Rückverbindung zum ungenutzten Anschluss, wodurch der Stromkreis anfällig für einen vollständigen Ausfall durch momentanen Schleiferkontaktverlust wird
• Annahme einer linearen Kennlinie, obwohl das Bauteil tatsächlich logarithmisch ist, was das Widerstandsverhalten über den Einstellbereich hinweg verändert, auch wenn die Verdrahtung selbst korrekt ist

Testen des Stromkreises vor der endgültigen Installation

Bevor Sie ein Potentiometer endgültig in einem Gehäuse oder einer Platte befestigen, nehmen Sie sich einen Moment Zeit, um zu überprüfen, ob die Verdrahtung tatsächlich wie erwartet funktioniert. Messen Sie den Widerstand direkt über die beiden verbundenen Anschlüsse mit einem Multimeter und bewegen Sie dann den Schleifer über seinen gesamten Bereich, während Sie beobachten, wie sich der Wert reibungslos und vorhersehbar von nahezu Null bis zum vollen Nennwert des Bauteils ändert.

Wenn Sie mit etwas wie einem Motor oder einer LED-Schaltung arbeiten, beobachten Sie auch die tatsächliche Verhaltensänderung, während Sie den Schleifer einstellen – Motor dreht schneller, LED-Helligkeit nimmt zu – und bestätigen Sie, dass die Richtung den Anforderungen Ihrer Anwendung entspricht, bevor Sie die Installation abschließen. Für Anwendungen, die eine präzise lineare Beziehung zwischen Schleiferposition und Widerstandsänderung erfordern, anstatt einer Kurve oder Kennlinie, erklärt Welcher Typ von variablem Widerstand ändert den Widerstand proportional über seinen gesamten Bereich? genau, welcher Kennlinientyp zu spezifizieren ist. Ingenieure, die ein bestimmtes Potentiometer für einen Aufbau beschaffen, überprüfen oft die Wattzahl, den Kennlinientyp und den Widerstandswert über Distributoren wie DigiKey, bevor sie eine Teilenummer festlegen, insbesondere für Designs, bei denen die Strombelastung mehr als trivial ist.

Häufig gestellte Fragen