ポテンショメータ：定義、種類、および動作原理

ポテンショメータとは

ポテンショメータ（またはポットまたはポットメーターとも呼ばれる）は、抵抗値が手動で調整され、電流の流れを制御する3端子の可変抵抗です。ポテンショメータは、可変電圧分配器として機能します。

ポテンショメータの仕組み

ポテンショメータはパッシブ電子部品です。ポテンショメータは、スライド接触部の位置を均一な抵抗に沿って変えることで動作します。ポテンショメータでは、入力電圧が抵抗全体に適用され、出力電圧は固定接触部とスライド接触部間の電圧降下となります。

ポテンショメータには、入力源の両端子が抵抗の端に固定されています。出力電圧を調整するためには、スライド接触部を抵抗の出力側に沿って移動させます。

これは、一方の端が固定され、スライド端子が回路に接続されるレジスタとは異なります。

これは、セルの電動力を比較し、アマメータ、ボルトメータ、ワットメータを校正するために使用される非常に基本的な計測器です。ポテンショメータの基本的な動作原理は非常に単純です。例えば、二つのバッテリーをガルバノメータを通じて並列に接続するとします。負極のバッテリーターミナルは一緒に接続され、正極のバッテリーターミナルもガルバノメータを通じて一緒に接続されます。

ここで、両方のバッテリーセルの電位が完全に同じであれば、回路には循環電流が発生せず、ガルバノメータはゼロの偏角を示します。ポテンショメータの動作原理はこの現象に基づいています。

次に、スイッチとレジスタを介してバッテリーが接続された別の回路について考えてみましょう。

抵抗はその長さ全体で均一な電気抵抗を持っています。したがって、抵抗の長さあたりの電圧降下は一定です。レジスタを調整することで、抵抗の長さあたりにvボルトの電圧降下を得ることができます。

次に、標準セルの正極を抵抗の点Aに接続し、同様に負極をガルバノメータに接続します。ガルバノメータの他の端は抵抗とのスライド接触部を通じて接続されています。スライド接触部を調整することで、ガルバノメータに電流が流れず、ガルバノメータに偏角が生じない点Bを見つけることができます。

つまり、標準セルの電動力は、抵抗の点AとB間の電圧によってバランスが取られます。ここで、点AとB間の距離がLであれば、標準セルの電動力E = Lvボルトと書くことができます。

これがポテンショメータが電流成分を回路から取り出すことなく、二点間（ここではAとB間）の電圧を測定する方法です。これがポテンショメータの特徴であり、最も正確に電圧を測定することができます。

ポテンショメータの種類

ポテンショメータには主に以下の2つの種類があります：

• 回転式ポテンショメータ

• 直線式ポテンショメータ

これらのポテンショメータの基本的な構造は異なりますが、両方のタイプのポテンショメータの動作原理は同じです。

これらはDCポテンショメータのタイプであり、ACポテンショメータのタイプは少し異なります。

回転式ポテンショメータ

回転式ポテンショメータは主に電子回路や電気回路の一部への調整可能な供給電圧を得るために使用されます。ラジオトランジスタの音量コントロールは、回転式ポテンショメータの一般的な例であり、ポテンショメータの回転ノブがアンプへの供給を制御します。

このタイプのポテンショメータには、半円形のパターンで配置された均一な抵抗を持つ2つの端子があります。装置にはまた、回転ノブに接続されたスライド接触部を通じて抵抗に接続された中間端子があります。ノブを回転させることで、スライド接触部を半円形の抵抗上に移動させることができます。電圧は抵抗端子とスライド接触部間で取得されます。ポテンショメータは短縮してPOTとも呼ばれます。POTはまた、サブステーションのバッテリーチャージャーでバッテリーの充電電圧を調整するためにも使用されます。滑らかな電圧制御が必要な多くの用途で回転式ポテンショメータが使用されています。

直線式ポテンショメータ

直線式ポテンショメータは基本的に同じですが、唯一の違いは、ここでは回転運動ではなく、スライド接触部が抵抗上で線形に移動することです。直線の抵抗の両端が電源電圧に接続されます。スライド接触部は抵抗に沿って付属のトラックを通じて抵抗上でスライドできます。スライド接触部に接続された端子は出力回路の一端に接続され、抵抗の端子の一方が出力回路の他端に接続されます。

このタイプのポテンショメータは主に、回路の枝の電圧を測定する、バッテリーセルの内部抵抗を測定する、バッテリーセルを標準セルと比較する、そして日常的に音楽やサウンドミキシングシステムのイコライザーで使用されます。

デジタルポテンショメータ

デジタルポテンショメータは3端子デバイスであり、2つの固定端子と出力電圧を変化させるために使用されるワイパー端子があります。

デジタルポテンショメータには、システムのキャリブレーション、オフセット電圧の調整、フィルタのチューニング、画面明るさの制御、音量制御など、さまざまな応用があります。

しかし、機械式ポテンショメータは精度が要求されるアプリケーションにはいくつかの重大な欠点があります。サイズ、ワイパーページ、機械的摩耗、抵抗の漂移、振動や湿度に対する感度などが主な欠点です。そのため、これらの欠点を克服するために、デジタルポテンショメータの方が高精度を提供するため、より一般的に使用されています。

デジタルポテンショメータ回路

デジタルポテンショメータの回路は2つの部分から成り立ちます。まず、電子スイッチ付きの抵抗要素と、次にワイパーの制御回路です。下図はそれぞれの部分を示しています。

第一部分は抵抗の配列であり、各ノードは共通点Wに接続されており、エンドポイントAとBを除いて、双方向電子スイッチを介して接続されています。W端子はワイパー端子です。各スイッチはCMOS技術を使用して設計されており、ポテンショメータ動作中の任意の時点で一つのスイッチだけがON状態になっています。

どのスイッチをONにするかは制御回路によって制御されます。制御回路にはRDACレジスタがあり、SPI、I2C、上下またはプッシュボタンやデジタルエンコーダを介してデジタルで書き込むことができます。上記の図はプッシュボタン制御のデジタルポテンショメータを示しています。「UP」ボタンは抵抗