Potentiometer vs. Rheostat: Welches sollten Sie verwenden?

Ich erinnere mich, wie ich als junger Studienanfänger zum ersten Mal in meinem Einführungskurs in die Elektronik mit Potentiometern spielte. Plötzlich beginnt man zu realisieren, wo diese Komponenten in alltäglichen Geräten verwendet werden, ohne dass man es wusste. Potentiometer und Rheostate sind zwei Versionen eines variablen Widerstands, die eine einfache Möglichkeit bieten, den Stromfluss und den Spannungsabfall in verschiedenen Zweigen eines Systems zu steuern.

Obwohl diese Komponenten dieselbe grundlegende Funktion bieten, sind sie ziemlich unterschiedlich und nicht immer perfekte Ersatzteile füreinander. Was macht diese Komponenten so unterschiedlich, und warum werden sie in verschiedenen Anwendungen bevorzugt? Hier erfahren Sie, wann Sie ein Potentiometer im Vergleich zu einem Rheostat verwenden sollten und worauf Sie in den Datenblattspezifikationen achten sollten, um die richtige Komponente auszuwählen.

Potentiometer vs. Rheostat Konstruktion

Potentiometer und Rheostate haben eine ähnliche Konstruktion und funktionieren auf ähnliche Weise: Durch Drehen eines Knopfes können Sie die Strom- und Spannungsverteilung in einem Schaltkreis steuern. Klingt einfach genug, aber die Art und Weise, wie diese Komponenten gebaut sind, macht sie zu besseren Optionen für verschiedene Anwendungen.

Der offensichtlichste Unterschied zwischen einem Potentiometer und einem Rheostat ist die Anzahl der Anschlüsse; Potentiometer haben drei (Eingang und 2 Ausgänge), während Rheostate zwei haben (1 Eingang, 1 Ausgang). Dank der drei Anschlüsse des Potentiometers kann es als Rheostat verwendet werden, wenn einer der Anschlüsse nicht verbunden ist. Das Gegenteil ist jedoch nicht ganz zutreffend; ein Rheostat kann nicht als Potentiometer verwendet werden, es sei denn, Sie fügen mindestens einen weiteren Widerstand hinzu und erden den Ausgang des Rheostats.

Ein Potentiometer ist im Grunde ein variabler Spannungsteiler; wenn der Knopf am Gerät gedreht wird, erstellt ein gleitender Kontakt einen Spannungsteiler zwischen dem Eingang und den beiden Ausgängen. Mit anderen Worten, ein Potentiometer dient einfach der Spannungsteilung. Mit einem Rheostat, der einfach ein Potentiometer mit unendlichem Widerstand am zweiten Ausgang ist, wird die gesamte vom Lastwiderstand empfangene Leistung moduliert. Wenn der Rheostat und der Lastwiderstand gleich sind, wird die maximale Leistung an die Lastkomponente übertragen.

Es gibt digitale Potentiometer-ICs, die eine digitale Steuerung über die Spannung bieten, die zwischen einem Spannungsteiler aufgeteilt wird. Diese ICs bieten eine Spannungsausgabe über die untere Hälfte eines Spannungsteilers in diskreten Schritten (definiert durch eine bestimmte Anzahl von Bits). Diese ICs können so eingestellt werden, dass sie im Rheostat-Modus arbeiten, wodurch eine digitalisierte Spannungsausgabe anstelle einer kontinuierlichen erfolgt. Ein großartiges Beispiel ist der MCP40D19T-503E/LT von Microchip, der eine 7-Bit-Ausgabe über ein integriertes Widerstandsnetzwerk über eine I2C-Schnittstelle bietet.

Heutzutage wird der Begriff „Rheostat“ manchmal synonym mit „2-Terminal-Potentiometer“ oder Ähnlichem verwendet, aber einige Komponentenhersteller machen immer noch eine spezifische Unterscheidung zwischen diesen Komponenten. Ein Beispiel ist der RT025AS1501KB von Vishay, der die Art von präziser mechanischer Widerstandseinstellung bietet, die ein Designer von einem typischen Potentiometer erwarten würde.

Auswahl eines mechanischen Potentiometers vs. Rheostat

Bei der Auswahl dieser Komponenten ist es wichtig zu beachten, dass sie leicht unterschiedliche Spezifikationen haben, obwohl ein Potentiometer so konfiguriert werden kann, dass es die gleichen Funktionen wie ein Rheostat bietet. Hier sind einige der wichtigen Spezifikationen:

• Maximaler Widerstand. Achten Sie auf den maximalen Widerstand des Geräts, da dieser Ihr Spannungs-/Stromlimit bestimmt, das an die Last geliefert wird. Typische Werte reichen von 10er Ohm bis kOhm. Dies sollte sorgfältig mit Ihrer Stromquelle und den Stromanforderungen abgestimmt werden. 

• Wischerwiderstand. Der Wischerwiderstand ist bei einem Rheostat sehr wichtig und sollte sehr klein sein, um eine genaue Menge an Strom an die Last zu liefern. Bei einem Potentiometer, wenn wir im Allgemeinen eine Spannung an eine Last mit hoher Impedanz liefern, ist der Wischerwiderstand nicht so wichtig, da er immer viel kleiner als der Lastwiderstand sein wird. In jedem Fall müssen Sie sorgfältig analysieren, wie groß ein Wischerwiderstand toleriert werden kann, da der Wischerwiderstand in Serie mit dem Lastwiderstand erscheint. 

• Verlaufsstil. Der Verlauf gibt an, wie sich der Widerstand des Geräts oder vielmehr die Widerstandsteilung über den Schieber verändert, wenn der Wischer bewegt wird. Ein linearer Verlauf ist großartig, wenn Sie Steuerfunktionen benötigen, die lineare Funktionen der an die Last gelieferten Spannung/Strom sind. Ein Beispiel könnte ein Operationsverstärker sein, bei dem die Komponente in der Rückkopplungsschleife platziert ist. Andere Verlaufsstile sind logarithmisch und ein Audioverlauf, der speziell für Audiosysteme definiert ist. 

• Leistungsbewertung. Genau wie normale Widerstände haben auch Potentiometer und Rheostate eine Leistungsbewertung. Das Überschreiten der Leistungsbewertung kann die Komponente beschädigen. 

• Toleranz und Hysterese. Da Potentiometer und Rheostate elektromechanische Komponenten sind, kann die Widerstandstoleranz in einigen Fällen aufgrund der Wicklungskonstruktion und der Hysterese um 10-20% variieren. Präzisionskomponenten haben kleinere Toleranzen und eine höhere Reproduzierbarkeit (niedrigere Hysterese).

Jedes Elektroniklabor sollte einige Potentiometer oder Rheostate für das Prototyping oder Breadboarding bereithalten. Sie sind sehr nützlich für das Entwerfen einfacher Schaltungen, bevor Sie mit dem Erstellen von Schaltplänen oder einem PCB-Layout beginnen. Sobald Sie eine grundlegende Schaltung mit dem gewünschten Potentiometer-/Rheostat-Widerstandswert entworfen haben, nehmen Sie ein Ohmmeter und messen Sie über die Anschlüsse; dies teilt Ihnen die Widerstandswerte mit, die Sie in Ihrer Schaltung benötigen.

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