ポテンショメーター対リオスタット：どちらを使用すべきか？

大学1年生の頃、初めての電子工学の授業でポテンショメータを触ったことを覚えています。突然、これらのコンポーネントが日常のデバイスでどのように使用されているか、そしてそれを知らなかったことに気づきます。ポテンショメータとリオスタットは、システムの異なる部分で電流の流れと電圧降下を簡単に制御するための可変抵抗器の2つのバージョンです。

これらのコンポーネントは基本的な機能を提供しますが、かなり異なっており、常にお互いの完璧な代替品ではありません。では、これらのコンポーネントがどのように異なり、なぜ異なるアプリケーションで好まれるのでしょうか？ポテンショメータとリオスタットをいつ使用すべきか、そして適切なコンポーネントを選択するためにデータシートの仕様で何を探すべきかについてです。

ポテンショメータとリオスタットの構造

ポテンショメータとリオスタットは類似した構造を持ち、類似した方法で機能します：ノブを回すことで回路内の電流と電圧分布を制御できます。十分にシンプルですが、これらのコンポーネントの構造方法が異なるアプリケーションに適している理由です。

ポテンショメータとリオスタットの最も明白な違いは端子の数です。ポテンショメータには3つ（入力と2つの出力）がありますが、リオスタットには2つ（1つの入力、1つの出力）があります。ポテンショメータの3つの端子のおかげで、端子の1つを浮かせた状態でリオスタットとして使用できます。しかし、逆は完全には真実ではありません。リオスタットをポテンショメータとして使用するには、少なくとも1つの他の抵抗器を追加し、リオスタットの出力を接地する必要があります。

ポテンショメータは基本的に可変電圧分割器です。デバイスのノブを回すと、入力と2つの出力の間にスライディングコンタクトによる電圧分割器が作成されます。言い換えれば、ポテンショメータは単に電圧分割のためのものです。リオスタットは、第2の出力で無限の抵抗を持つポテンショメータであり、出力に接続された負荷に受け取られる全電力を調整します。リオスタットと負荷抵抗が等しい場合、最大の電力が負荷コンポーネントに伝達されます。

デジタルポテンショメータICは、電圧分割器の間で分割される電圧をデジタル制御することができます。これらのICは、電圧分割器の下半分にわたって電圧出力をビット数で定義された離散ステップで提供します。これらのICはリオスタットモードで動作するように設定でき、連続ではなくデジタル化された電圧出力を提供します。素晴らしい例は、I2Cインターフェースを介して統合された抵抗ネットワーク上で7ビット出力を提供するMicrochipのMCP40D19T-503E/LTです。

近年、「レオスタット」という用語は、「2端子ポテンショメーター」や類似のものと交換可能に使用されることがありますが、一部のコンポーネントメーカーはこれらのコンポーネント間に特定の区別をまだ行っています。例えば、VishayのRT025AS1501KBは、典型的なポテンショメーターから期待される精密な機械的抵抗調整を提供します。

機械式ポテンショメーターとレオスタットの選択

これらのコンポーネントを選択する際には、ポテンショメーターがレオスタットとして同じ機能を提供できるように設定できるにもかかわらず、わずかに異なる仕様を持っていることに注意することが重要です。ここにいくつかの重要な仕様があります：

• 最大抵抗。 デバイスの最大抵抗に注意してください。これは、負荷に供給される電圧/電流の限界を決定します。典型的な値は数十オームからkオームの範囲です。これは、電源と電流要件と慎重に組み合わせる必要があります。

• ワイパー抵抗。 レオスタットではワイパー抵抗が非常に重要であり、負荷に正確な電流量を提供するために非常に小さくなければなりません。ポテンショメーターの場合、一般的に高インピーダンス負荷にある程度の電圧を供給している場合、ワイパー抵抗は負荷抵抗よりも常にはるかに小さいため、それほど重要ではありません。いずれにせよ、ワイパー抵抗が負荷抵抗と直列に現れるため、どれだけのワイパー抵抗を許容できるかを慎重に分析する必要があります。

• テーパースタイル。 テーパーは、ワイパーが移動するにつれてデバイスの抵抗、あるいはスライドを通じた抵抗分割がどのように変化するかを教えてくれます。リニアテーパーは、負荷に供給される電圧/電流の線形関数としての制御機能が必要な場合に適しています。例としては、コンポーネントがフィードバックループ内に配置されたオペレーショナルアンプがあります。他のテーパースタイルには、対数的なものや、オーディオシステム用に特別に定義されたオーディオテーパーがあります。

• 定格電力。 通常の抵抗器が定格電力を持っているように、ポテンショメーターとレオスタットも持っています。定格電力を超えると、コンポーネントが損傷する可能性があります。

• 許容差とヒステリシス。 ポテンショメーターとレオスタットは電気機械コンポーネントであるため、巻き構造とヒステリシスにより、場合によっては10-20%の抵抗許容差が生じることがあります。精密コンポーネントは、より小さな許容差とより高い再現性（低ヒステリシス）を持ちます。

あらゆる電子工作室では、プロトタイピングやブレッドボーディング用にポテンショメーターやリオスタットをいくつか用意しておくべきです。これらは、回路図やPCBレイアウトを作成する前に、シンプルな回路を設計する際に非常に役立ちます。望ましいポテンショメーター/リオスタットの抵抗値で基本的な回路を設計したら、端子間でオームメーターを使って測定し、回路に必要な抵抗値を確認します。

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