Potentiometer bieten mehrere Vorteile, darunter ein einfaches Design, niedrige Kosten, einen großen Widerstandsbereich, eine einfache Bedienung und ausgereifte Technologie. Als zuverlässige Geräte steuern, messen und erfassen sie Spannungen in elektronischen und elektrischen Systemen durch lineare oder rotierende Bewegungen. In der Praxis ist es wichtig, die technischen Parameter von Potentiometern zu verstehen, um sie richtig auszuwählen und zu verwenden und so einen reibungslosen Betrieb der Schaltung zu gewährleisten.
Was ist ein Potentiometer?
Ein Potentiometer besteht in der Regel aus einem Widerstandselement und einem beweglichen Schleifer. Wenn sich der Schleifer entlang des Widerstandselements bewegt, erzeugt er am Ausgang einen Widerstandswert oder eine Spannung, die proportional zur Verschiebung ist. Potentiometer können als Geräte mit drei oder zwei Anschlüssen fungieren. Letztere können als variable Widerstände betrachtet werden, da ihre Aufgabe in einem Stromkreis darin besteht, eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die mit der Eingangsspannung (angewandte Spannung) in Zusammenhang steht, daher auch der Name „Potentiometer”.
Potentiometer Symbol
Das Schaltzeichen für ein Potentiometer lautet „RP“, wobei „r“ für Widerstand steht und „p“ darauf hinweist, dass es eine Einstellfunktion hat.
Funktionsprinzip eines Potentiometers
Ein Potentiometer ist ein einstellbares elektronisches Bauteil. Wenn eine Spannung an die beiden festen Kontakte des Widerstandselements angelegt wird, ändert sich durch Drehen oder Schieben des Schleifers dessen Position entlang des Widerstandselements, was zu einer Spannung führt, die sich auf die Position des Schleifers bezieht. Es wird in erster Linie als Spannungsteiler verwendet, wodurch es zu einem Bauteil mit vier Anschlüssen wird. Im Wesentlichen ist ein Potentiometer eine Art Schieberegler, der häufig zur Lautstärkeregelung in Lautsprechern und zur Leistungsanpassung in Lasergeräten verwendet wird.
Wie schließt man ein Potentiometer an?
Ein Standardpotentiometer hat drei Anschlüsse; der Widerstand zwischen den äußeren Anschlüssen ist fest, während der Widerstand zwischen dem mittleren Anschluss und einem der äußeren Anschlüsse variabel ist. Mit anderen Worten: Das Potentiometer teilt sich vom mittleren Anschluss aus in zwei Reihenschaltungen mit einem festen Gesamtwiderstand. Bei Verwendung als variabler Spannungsteiler wird ein äußerer Anschluss mit der Eingangsspannung verbunden, der mittlere Anschluss mit dem Ausgang und der andere äußere Anschluss mit Masse. Als variabler Widerstand wird ein äußerer Anschluss mit der Eingangsspannung verbunden, der mittlere Anschluss mit dem Ausgang und der verbleibende Anschluss kann unverbunden bleiben oder mit dem mittleren Anschluss verbunden werden.
Beispiel für die Verwendung eines Potentiometers
Potentiometerwerte lesen
Zielsetzung:
Zeigen Sie die Eingangswerte des Potentiometers mithilfe des seriellen Monitors an. Das Potentiometer fungiert als analoges Eingabegerät, das den Anschlüssen A0–A5 entspricht. In diesem Experiment habe ich die Schnittstelle A0 verwendet.
Schaltungsaufbau:
Code:
int sensorValue = 0; // Potentiometer voltage value
void setup() {
Serial.begin(9600); // Open the serial port and set baud rate
}
void loop() {
sensorValue = analogRead(A0); // Read analog value from A0
Serial.print("Value= ");
Serial.println(sensorValue); // Output value to the serial monitor
Serial.println(sensorValue, HEX); // Output value in hexadecimal to the serial monitor
delay(100);
}
Ergebnisse:
Beim Drehen des Potentiometerknopfs zeigt der serielle Monitor Werte zwischen 0 und 1024 an.
Erläuterung des Codes:
(1) Serieller Monitor: Mit diesem Tool können wir Datenänderungen während der Experimente beobachten. In diesem Experiment überwachen wir beispielsweise Änderungen am analogen Pin A0.
(2) Befehle des seriellen Monitors:
- Serial.begin(baudRate): Legt die Baudrate für die serielle Datenkommunikation fest. Die Standard-Baudrate für Arduino beträgt 9600 bps, es können jedoch auch andere Raten entsprechend den Geräteanforderungen festgelegt werden.
- Serial.print vs. Serial.println: Der Unterschied besteht darin, dass ln eine neue Zeile anzeigt.
- Serial.println(b) gibt den ASCII-Code von b in Dezimalform aus, gefolgt von einem Wagenrücklauf und einem Zeilenvorschub.
Andere Formate sind Binär, Oktal, Dezimal und Hexadezimal.
(3) analogRead(): Liest analoge Werte. In diesem Experiment liest es den Wert vom analogen Pin A0.
Steuerung der LED-Helligkeit mit einem Potentiometer
Zielsetzung:
Ändern Sie die LED-Helligkeit, indem Sie das Potentiometer drehen.
Schaltungsaufbau:
- Potentiometer: OUT wird mit A0 verbunden, VCC mit der 5-V-Spannung der Entwicklungsplatine, GND mit GND.
- LED: Der Pluspol wird mit dem digitalen Pin 10 verbunden, der Minuspol mit GND.
Code:
int sensorValue = 0; // Potentiometer voltage value
int outputValue = 0; // Analog output (PWM) value
void setup() {
pinMode(10, OUTPUT);
Serial.begin(9600); // Initialize serial port at 9600 baud
}
void loop() {
sensorValue = analogRead(A0); // Read analog value
outputValue = map(sensorValue, 0, 1023, 0, 255); // Map value range
analogWrite(9, outputValue); // Output PWM value to control LED brightness
Serial.print("sensor = ");
Serial.print(sensorValue);
Serial.print("\t output = ");
Serial.println(outputValue);
delay(10);
}
Erläuterung des Codes:
(1) map-Funktion: Diese Funktion wandelt eine Variable proportional von einem Bereich in einen anderen um. Um beispielsweise Potentiometer-Widerstandswerte (0–1023) in PWM-Signalausgänge (0–255) umzuwandeln, können wir diese Funktion effektiv nutzen.
(2) analogRead(): Liest den Analogwert von der angeschlossenen Schnittstelle.
Anwendungen von Potentiometern
Potentiometer werden in der Elektronik hauptsächlich in zwei Formen verwendet: zur Stromregelung und zur Spannungsregelung.
Als Stromregler: Wird in Generatoren zur Erzeugung von Wechselstrom verwendet, dann von Niederspannung in Hochspannung umgewandelt und an Transformatoren zur Verteilung an Verbraucher geliefert.
Als Spannungsteiler: Wird ähnlich verwendet, um die Lastspannung anzupassen.
Vorsichtsmaßnahmen bei der Verwendung von Potentiometern
Wählen Sie je nach Anwendungsszenario unterschiedliche Potentiometertypen. Verwenden Sie für Hochleistungsschaltungen Potentiometer vom Typ „Power-Wire-Wound“ und für Leistungsschaltungen, die eine präzise Spannungsanpassung erfordern, Trimmer-Potentiometer. Es ist wichtig, Materialien, Strukturen, Typen, Spezifikationen und Einstellmethoden entsprechend den spezifischen Anforderungen der Schaltung auszuwählen.
- Ziehen Sie die Befestigungsmutter bei der Installation nicht zu fest an, da eine zu hohe Kraft die Drehung der Potentiometerwelle verhindern kann.
- Vermeiden Sie Feuchtigkeit, Kondensation und Verschmutzungen auf der Oberfläche des Potentiometers, um interne Schäden zu verhindern.
- Vermeiden Sie unnötige Einstellungen am Potentiometer, wenn es nicht in Gebrauch ist, da jede Drehung die interne Welle abnutzen und schließlich zu einem Ausfall führen kann.
