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Elektromechanische und digitale Potentiometer: Ein Vergleich

Ein Potentiometer (kurz Poti) ist ein elektrisches Widerstandsbauelement, dessen Widerstandswerte mechanisch (durch Drehen oder Verschieben) veränderbar sind. Es hat mindestens zwei Anschlüsse und wird vorwiegend als stetig einstellbarer Spannungsteiler eingesetzt. Der Spannungsteiler besteht aus einem elektrisch nicht leitenden Träger, auf dem ein Widerstandsmaterial aufgebracht ist, zwei Anschlüssen an den beiden Enden des Widerstandselements und einem beweglichen Gleitkontakt (auch als Schleifer bezeichnet), der den festen Gesamtwiderstand elektrisch in zwei entgegen gesetzte Teilwiderstände aufteilt. Je nach äußerer Beschaltung ergibt sich entweder ein verstellbarer Widerstand, ein verstellbarer Spannungsabgriff (Spannungsteiler) oder – bei nennenswerter Belastung am Ausgang – ein so genannter belasteter Spannungsteiler. Nur bei der Schaltung als Spannungsteiler liegt jedoch die namens gebende Potentiometerschaltung vor; dabei wird eine Spannung (Potentialdifferenz) durch den Drehwinkel eines (Präzisions-) Potentiometers dargestellt.

Drahtdrehpotentiometer haben eine toroidförmige, Drahtschiebewiderstände eine schraubenförmige Wicklung aus Widerstandsdraht auf einem Isolierkörper (meist aus Keramik). Diese Bauform wird bevorzugt eingesetzt, wenn eine hohe Verlustleistung im Bauteil umgesetzt werden muss. Beim Wendelpotentiometer ist der Draht in Form einer Doppelwendel auf einem gewendelten Isolierkörper untergebracht. Deren Schleifer erlaubt z. B. fünf oder zehn Umdrehungen, indem er bei Drehung auch lateral dem Verlauf der Wendel folgt. Bei Schichtpotentiometern besteht das Widerstandsmaterial aus einer Kohleschicht, einer Metallschicht, einer Cermet-Schicht oder einem leitenden Kunststoff (Leitplastik).

Der Widerstandsträger von Schichtpotentiometern ist meist kreissegmentförmig, kann jedoch bei Schiebepotentiometern (Schiebereglern) auch gestreckt sein. Es gibt Schichtpotentiometer mit linear vom Drehwinkel abhängigem Widerstandsverhältnis und solche mit logarithmischer Kennlinie. Letztere sind besonders vorteilhaft, wenn der Einstellbereich mehrere Größenordnungen überstreicht (z.B. Lautstärkeregler). Potentiometer mit umgekehrt logarithmischer Kennlinie sind ebenfalls erhältlich und eignen sich beispielsweise zur Frequenzeinstellung eines astabilen Multivibrators. Trimmpotentiometer sind für den Abgleich einer Schaltung gedacht und haben meist nur einen Schraubendreherschlitz. Sie werden einmal eingestellt und gegebenenfalls mit Lack fixiert. Im industriellen Bereich und in der Messtechnik finden auch mehrgängige Trimmpotentiometer (so genannte Spindeltrimmer) Einsatz. Bei diesen wird entweder eine Linearbewegung mit einem Spindeltrieb oder eine Drehbewegung mit einem Schneckentrieb erzeugt. Mehrfachpotentiometer, meist zweifach (Tandem- oder Stereopotentiometer), werden beispielsweise zur Lautstärkeeinstellung der beiden Kanäle eines Stereoverstärkers eingesetzt. Höherwertige Verstärker besitzen oft ein Motorpotentiometer (Potentiometer mit Antrieb) zur ferngesteuerten Lautstärkeeinstellung.

Allgemein verdrängt worden sind die elektromechanischen Potentiometer durch so genannte Drehimpulsgeber, auch Inkrementalgeber genannt. Digitale bzw. elektronische Potentiometer bestehen aus  hintereinander geschalteten einzelnen Widerständen (z.B. 100) sowie aus , aus FETs (Feldeffekttransistoren  bestehenden, elektronischen Schaltern. Diese Anordnung ist zusammen mit einer digitalen Steuerschaltung zu einer integrierten Schaltung zusammengefasst. Solche digitalen Potentiometer werden sowohl als Trimmpotentiometer (sie behalten ihren eingestellten Wert lebenslang) oder zur Einstellung über Taster, einen Inkrementalgeber oder einen Mikrocontroller verwendet. Sie haben dementsprechend einen flüchtigen und/oder einen nichtflüchtigen Speicher für die „Schleiferstellung“.

Bei Betätigung solcher Bedienelemente werden bei jeder Drehbewegung Impulse erzeugt, die dann in der Regel von einem Mikrocontroller ausgewertet und an die elektronischen Bausteine, die z. B. für die Lautstärkeneinstellung zuständig sind, weitergeleitet werden. Der Mikrokontroller erkennt, in welche Richtung und wie weit gedreht wurde. Mit dieser Information kann man nicht nur die Lautstärke verändern, sondern auch andere Funktionen, wie z. B. die Titelauswahl bei einem CD-Player oder die Frequenz eines Tuners, realisieren. Bei einigen Geräten erfolgt die komplette Menüsteuerung über multifunktionale Drehimpulsgeber, die zusätzlich über weitere Schaltfunktionen verfügen, die über das „Drücken“ oder „Bewegen“ (Schwenken in eine seitliche Richtung) des Drehknopfes erfolgen. Besitzer einiger Haustechnik- oder Messgeräte, Werkzeugmacher/Dreher oder Besitzer von neueren Audi- oder BMW-Fahrzeugen oder Fahrzeug-Navigationsgeräten kennen solche „Dreh-/Drück-Geber“ schon lange.

Die Vorteile solcher Bedienelemente liegen auf der Hand. Als Potentiometerersatz arbeiten sie je nach Ausführung nahezu oder völlig verschleißfrei, während Potentiometer-Kohlebahnen sich recht schnell abnutzen und dann durch Aussetzer, Knacken und Kratzen auffallen. Drehimpulsgeber sind nahezu ohne Rücksicht auf Konventionen bei der Leitungsführung von NF-Leitungen auf der Frontplatte platzierbar. Ihre Daten sind direkt und definiert digital auswertbar und schließlich reduzieren sie die nötige Anzahl von Bedienelementen, erlauben so kostengünstigere und einfach bedienbare Lösungen. Und eine Kostenfrage sind die Drehimpulsgeber auch nicht mehr – schon ein guter Taster oder ein hochwertigeres Potentiometer kosten mehr als ein solches Bauteil. Das klassische Lautstärkepoti findet man deshalb nur noch in Konsumgeräten der unteren Preisklasse, oder bei Highend-Geräten, wobei hier natürlich auch nur sehr hochwertige Potis verwendet werden.

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