Veränderbare und einstellbare Widerstände

Der Lautstärkeregler am Verstärker, das Schräubchen zum Abgleich eines Netzteils, der Fühler im Backofen, der die Temperatur meldet: Überall ändert sich ein Widerstandswert – mal, weil du an einem Knopf drehst, mal, weil sich Temperatur, Licht oder Spannung ändern. Dieser Artikel gibt dir den Überblick über diese Familie, zeigt die Schaltzeichen und erklärt die zwei Arten, wie man einen einstellbaren Widerstand anschließt. Die einzelnen Bauteile haben jeweils einen eigenen Artikel.

Zwei große Gruppen

Mechanisch einstellbare Widerstände besitzen eine Widerstandsbahn und einen beweglichen Kontakt, den Schleifer. Je nachdem, wo der Schleifer auf der Bahn sitzt, ist der Widerstand zwischen ihm und den Enden größer oder kleiner. Hierher gehören:

• Potentiometer: zum häufigen Verstellen durch den Benutzer, mit Achse oder Schieber.
• Trimmer (Trimmpotentiometer): zum einmaligen Abgleich in der Fertigung oder Werkstatt, verstellt mit einem Schraubendreher. Als Spindeltrimmer mit 15 oder 25 Umdrehungen besonders fein.
• Stellwiderstände (Rheostate): Draht auf einem Keramikrohr oder -ring, oft mit mehreren Watt. Der Schiebewiderstand im Physikraum ist der bekannteste Vertreter.

Eine Sonderform ist das Digitalpotentiometer: ein IC, das den Schleifer durch eine Kette von Schaltern ersetzt und per Mikrocontroller eingestellt wird.

Abhängige Widerstände haben keinen Schleifer. Ihr Wert ändert sich mit einer physikalischen Größe, und genau dafür werden sie gebaut:

Ein normaler Festwiderstand soll von all dem möglichst unbeeindruckt bleiben. Warum Halbleiterwerkstoffe so stark auf Temperatur reagieren, erklärt Temperaturverhalten von Halbleitern.

Aufbau der Widerstandsbahn

Die Bahn eines Potentiometers oder Trimmers besteht meist aus einer der folgenden Schichten:

• Kohleschicht: billig, für Bedienelemente in Geräten der Unterhaltungselektronik; nutzt sich mit der Zeit ab und kratzt dann.
• Cermet (Keramik-Metall): stabil, temperaturfest, Standard bei Trimmern.
• Leitplastik: sehr gleichmäßig und langlebig, in Studio-Mischpulten und als Positionsgeber in der Industrie.
• Draht: auf einen Träger gewickelt, für hohe Leistungen. Der Schleifer springt dabei von Windung zu Windung; der Wert ändert sich in kleinen Stufen, die Auflösung ist durch den Widerstand einer Windung begrenzt.

Wie sich der Wert über den Drehwinkel ändert – linear oder logarithmisch –, beschreibt die Kennlinie. Sie wird im Artikel Potentiometer ausführlich behandelt.

Schaltzeichen

Alle Schaltzeichen gehen vom Rechteck des Widerstands aus. Ein schräger Pfeil quer durch das Rechteck bedeutet „einstellbar“, ein schräger Strich mit Querbalken „voreinstellbar“ – also ein Trimmer, den man nur selten anfasst. Beim Potentiometer zeigt ein Pfeil von der Seite auf das Rechteck: Das ist der Schleifer mit seinem dritten Anschluss. Abhängige Widerstände tragen einen schrägen Strich mit kurzem Knick und daneben die Größe, auf die sie reagieren, etwa ϑ für Temperatur. Eine Übersicht weiterer Symbole findest du unter Schaltzeichen.

Zwei Arten der Beschaltung

Ein einstellbarer Widerstand mit drei Anschlüssen lässt sich auf zwei Arten nutzen – und der Unterschied ist für die Auslegung entscheidend.

Als Spannungsteiler liegen beide Enden der Bahn an einer Spannung, der Schleifer greift einen Teil davon ab. Die Bahn wird immer vom selben, kleinen Strom durchflossen, egal wo der Schleifer steht; der Schleifer selbst führt nur den Strom der angeschlossenen Last, idealerweise fast nichts. Diese Schaltung ist der Normalfall für Potentiometer, siehe Spannungsteiler.

Als veränderbarer Widerstand (Rheostat) nutzt du nur ein Ende und den Schleifer. Der ganze Laststrom fließt durch den Schleifer und den genutzten Teil der Bahn. Das freie Ende verbindet man meist mit dem Schleifer, damit bei einem Kontaktaussetzer nicht plötzlich der volle Wert wirkt.

Den Spannungsteiler rechnest du wie mit zwei Festwiderständen:

Leistung und Schleiferstrom

Die Nennleistung eines Potentiometers gilt für die ganze Bahn, gleichmäßig belastet. Als Rheostat wird nur ein Teil der Bahn genutzt – und dieser Teil darf nur seinen Anteil der Leistung aufnehmen. Daraus folgt eine einfache Grenze für den Strom, die in jeder Stellung gilt:

Viele Datenblätter nennen zusätzlich einen höchsten Schleiferstrom, bei kleinen Trimmern oft nur einige zehn Milliampere. Die Leistung rechnest du wie gewohnt mit P = I² · R.

Auswahl und Praxistipps

Für Bedienelemente nimmst du Potentiometer mit Achse, für den einmaligen Abgleich Trimmer, für Ströme über einige zehn Milliampere Drahtpotentiometer oder besser eine elektronische Lösung. Soll ein Mikrocontroller den Wert einstellen, ist ein Digitalpotentiometer oder ein PWM-Signal die moderne Wahl.

Häufige Fehler:

• Rheostat ohne Mindestwiderstand: Am Anschlag ist der Widerstand null, die Last bekommt die volle Spannung.
• Trimmer als Bedienelement: Trimmer sind für wenige hundert Verstellungen gebaut, nicht für den täglichen Gebrauch.
• Hochohmiger Spannungsteiler am ADC-Eingang: Ein 100-kΩ-Poti hat in Mittelstellung einen Innenwiderstand von 25 kΩ. Manche Wandler brauchen eine niederohmigere Quelle oder einen Kondensator am Eingang.
• Schleifer als einziger Kontakt: Kratzende oder oxidierte Bahnen unterbrechen kurz. Dann hängt ein Verstärkereingang in der Luft und brummt; ein hochohmiger Widerstand vom Schleifer zu einem Ende verhindert das.

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