Potentiometer

Dreh am Lautstärkeknopf einer Stereoanlage, schieb einen Regler am Mischpult hoch, stell die Helligkeit einer Schreibtischlampe mit einem Drehknopf ein: In all diesen Fällen bewegst du vermutlich den Schleifer eines Potentiometers. Kurz Poti genannt, ist es der Klassiker unter den veränderbaren Widerständen – billig, einfach und ohne jede Software verständlich. In Mikrocontroller-Projekten ist es oft die schnellste Art, einen Sollwert einzulesen.

Aufbau und Funktionsweise

Ein Potentiometer hat drei Anschlüsse. Zwei sitzen an den Enden einer Widerstandsbahn, der dritte am Schleifer, einer federnden Kontaktbürste, die über die Bahn gleitet. Beim Drehpotentiometer ist die Bahn ein Ringstück von etwa 270 bis 300 Grad, beim Schiebepotentiometer ein gerader Streifen. Der Schleifer teilt die Bahn in zwei Teilwiderstände, die zusammen immer den Gesamtwiderstand ergeben:

Die Bahn besteht aus Kohleschicht, Cermet, Leitplastik oder gewickeltem Draht – mit den Eigenschaften, die unter veränderbare Widerstände beschrieben sind. Bei gängigen Potis liegt der Mittelanschluss 2 am Schleifer. Schaust du von der Achse aus mit den Anschlüssen nach unten, ist Anschluss 1 links und 3 rechts; drehst du im Uhrzeigersinn, wandert der Schleifer zu Anschluss 3, und der Widerstand zwischen 1 und 2 wächst. Verlass dich bei einem neuen Typ aber auf das Datenblatt.

Im Schaltplan zeichnest du ein Poti als Widerstandsrechteck mit einem Pfeil von der Seite, der den Schleifer darstellt (siehe Schaltzeichen).

Kennlinien: linear und logarithmisch

Wie sich der Teilwiderstand über den Drehweg ändert, beschreibt die Kennlinie:

• Linear (lin, Kennbuchstabe meist B): Der Widerstand wächst gleichmäßig mit dem Drehwinkel. In Mittelstellung sind es 50 %. Richtig für Spannungsteiler, Sollwerte und alles, was ein Mikrocontroller einliest.
• Logarithmisch (log, Kennbuchstabe meist A): Der Widerstand steigt erst langsam, dann schnell. In Mittelstellung sind es nur etwa 10 bis 20 %. Gedacht für Lautstärkeregler.
• Negativ logarithmisch (Kennbuchstabe meist C): spiegelbildlich, heute selten.

Warum logarithmisch? Das Gehör empfindet Lautstärke nicht proportional zur Leistung, sondern etwa logarithmisch – zehnmal mehr Leistung klingt nur ungefähr doppelt so laut (siehe Schallpegel und Dezibel). Mit einem linearen Poti passiert die ganze hörbare Änderung im ersten Viertel des Drehwegs; ein logarithmisches Poti verteilt sie gleichmäßiger. Echte Logarithmen bildet die Bahn allerdings nicht nach: Meist besteht sie aus zwei oder drei Abschnitten mit unterschiedlichem Schichtwiderstand, die Kurve ist also aus Geradenstücken zusammengesetzt. Was ein Logarithmus genau ist, erklärt Logarithmus.

Kennwerte

Die große Toleranz des Gesamtwiderstands klingt schlimm, stört als Spannungsteiler aber kaum: Dort zählt nur das Verhältnis R₁₂ / R₁₃, und das hängt allein von der Schleiferstellung ab.

Das Poti als Spannungsteiler

Liegt Anschluss 1 an Masse und Anschluss 3 an der Spannung U, liefert der Schleifer im Leerlauf

Sobald eine Last am Schleifer hängt, liegt sie parallel zu R₁₂, und die Spannung sinkt. Am stärksten in der Mitte des Drehwegs, wo der Innenwiderstand des Teilers am größten ist: R₁₂ ∥ R₂₃ = R₁₃ / 4.

Die Faustregel daraus: Die Last am Schleifer sollte mindestens zehnmal so groß sein wie der Potiwert. Ein Operationsverstärker als Spannungsfolger entkoppelt das Poti vollständig.

Für Mikrocontroller sind 10 kΩ ein guter Wert: niederohmig genug für den Wandlereingang, hochohmig genug, dass kaum Strom fließt (0,5 mA an 5 V). Wie fein der Wandler die Schleiferspannung auflöst, rechnet der ADC-Rechner.

Bauformen und Sonderformen

• Drehpotentiometer mit 6- oder 6,35-mm-Achse für die Frontplatte, oder kleine 9-mm-Typen zum Einlöten auf die Platine.
• Schiebepotentiometer mit 20 bis 100 mm Weg, typisch für Mischpulte.
• Tandempotentiometer: zwei Bahnen auf einer Achse, etwa für die Lautstärke beider Stereokanäle.
• Potis mit Schalter: Am Linksanschlag öffnet ein Schalter, das klassische Ein-Lautstärke-Poti.
• Wendelpotentiometer: zehn Umdrehungen für feinfühliges Einstellen, etwa an Labornetzteilen.
• Motorpotis: mit eingebautem Motor, damit eine Fernbedienung den Knopf mitdreht.

Wo kein Kontakt verschleißen darf, ersetzen Drehgeber oder Sensoren mit Hallsensor das Poti. Soll ein Mikrocontroller den Wert selbst einstellen, nimmst du ein Digitalpotentiometer.

Auswahl und Praxistipps

Wähle zuerst die Kennlinie (lin für fast alles, log für Audio), dann den Wert passend zur Last, danach Bauform, Achse und Lebensdauer. Für Bedienelemente, die oft gedreht werden, lohnen sich Leitplastik oder Cermet.

Häufige Fehler:

• Log-Poti am Mikrocontroller: Der Messwert ändert sich über den Drehweg sehr ungleichmäßig.
• Zu hochohmiger Wert am Wandler: 1 MΩ macht die Messung störanfällig und langsam; nimm 1 bis 10 kΩ, eventuell mit einem kleinen Kondensator am Eingang.
• Kratzen im Audiosignal: Liegt Gleichspannung über dem Poti, erzeugt jede Bewegung Knackgeräusche. Ein Koppelkondensator vor dem Poti hält sie fern.
• Drehrichtung verkehrt: Anschluss 1 und 3 vertauscht – der Regler arbeitet rückwärts.
• Poti als Rheostat überlastet: Fließt der Laststrom über den Schleifer, gilt eine Stromgrenze, siehe veränderbare Widerstände.

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