6. Charakteristik und Drehrichtung von Potentiometern
Ursprünglich hatten Potentiometer nur einen linearen Widerstandsverlauf. Das heißt, wenn man das Poti in seine Mittelstellung brachte, hatte man zwischen Schleifer und einer Endstellung den halben Widerstand. Man fand jedoch schnell heraus, dass diese Charakteristik in vielen Fällen unzulänglich war. Hiervon ist besonders die Lautstärkeeinstellung (engl. Volume) betroffen. Da die Empfindlichkeit des menschlichen Gehörs logarithmisch ausgeprägt ist, führt ein linearer Widerstandsverlauf zu einer ungleichmäßigen Lautstärkeänderung. Aus diesem Grund wurden verschiedene Widerstandsverläufe, die man auch als Charakteristik (engl. Taper) bezeichnet, entwickelt.
Um das logarithmische Verhalten des Gehörs zu kompensieren, benötigt man einen Widerstandsverlauf, der aus mathematischer Sicht, der Umkehrfunktion des Logarithmus entspricht. Also muss der Widerstandsverlauf einer Potenzfunktion folgen. Fälschlicherweise werden Potentiometer mit einer solchen Charakteristik jedoch als "logarithmisch" bezeichnet. Um Verwirrungen zu vermeiden, werden wir diesem Fehler im weiteren Verlauf, wider besseres Wissen, auch treu bleiben. Sehen wir uns zunächst die wichtigsten Widerstandsverläufe oder Charakteristiken an.
Grundsätzlich kann man zwei Verläufe angeben, da das Potentiometer ja aus zwei Teilwiderständen besteht. Wir beschränken uns jedoch auf den Widerstand, der zwischen Schleifer und Anfang existiert. Dreht man den Schleifer dann im Uhrzeigersinn bis zum Anschlag, so wird der Widerstand mit steigendem Winkel immer größer (für den anderen Widerstand gilt dann das umgekehrte Verhalten).
Wer diesen Widerstand und seinen Verlauf in Abhängigkeit des Drehwinkels bestimmen will, der benötigt dazu nur eine handelsübliches Multimeter. Das Messgerät wird dann mit dem Potentiometer verbunden. Dann stellt man verschiedene Winkel ein und misst den dazu gehörenden Widerstand. Ein normales Potentiometer mit einem Kennwiderstand von 500kOhm aus einer Elektrogitarre ergab dann das folgende Ergebnis:
Messung des Widerstandsverlaufes eines Poti
Man erkennt jetzt hier mehrere Dinge:
1. Der mechanische Drehwinkel beträgt 300°.
2. Der Kennwiderstand beträgt tatsächlich 570 kOhm, was einer Abweichung von 14% entspricht.
3. Der Widerstand verändert sich nicht gleichmäßig mit dem Drehwinkel. Der Verlauf ist also nichtlinear.
4. Der Widerstand verändert sich nicht über den gesamten Drehwinkel. Die Änderung beginnt bei ca. 50° und endet bei rund 260°. Damit beträgt der elektrisch wirksame Drehwinkel lediglich 210°.
Tatsächlich unterscheiden die Hersteller zwischen dem mechanischen und dem elektrischen Drehwinkel. Dieser Unterschied ist in der Regel konstruktionsbedingt und lässt sich nicht vollständig vermeiden. Da hätten wir also wieder eine Erkenntnis:
Ein Potentiometer ändert seinen elektrischen Wert nur auf einem Teil des mechanischen Drehwinkels. An beiden Enden sind rund 15% des Drehwinkels elektrisch wirkungslos.
Betrachtet man nur den elektrischen Drehwinkel, also den Bereich von 50° bis 260°, so erhalten wir hier die Widerstandsänderung von 0% bis 100% des Kennwiderstandes. Der im vorhergehenden Bild gezeigt Verlauf wird allgemein als "logarithmisch" bezeichnet. Das Gegenstück dazu heißt "antilogarithmisch" (engl. reverse log). Das nächste Bild zeigt die drei gängigsten Verläufe:
Grafische Darstellung verschiedener Potentiometercharakteristiken
Der logarithmische Widerstandsverlauf wurde dabei so festgelegt, dass ein Rechtshänder eine Lautstärkeerhöhung wahrnimmt, wenn er das Poti im Uhrzeigersinn dreht. Für einen Linkshänder ist das dann sehr ungewohnt, denn er erwartet gerade das umgekehrte Verhalten. Aus diesem Grunde gibt es spezielle Linkshänderpotis. Hier hat der Widerstand bei 0% des Drehwinkels seinen maximalen Wert und verringert sich dann. Effektiv handelt es sich dabei um ein Potentiometer mit antilogarithmischer Charakteristik, bei dem man lediglich die Anschlüsse A und E vertauscht.
Bei einer linearen Charakteristik wird nicht zwischen Links- und Rechtshänder unterschieden. Hier werden einfach nur die Anschlüsse A und E vertauscht. Das führt zur nächsten Erkenntnis:
Logarithmische Potentiometer haben eine Drehrichtung; lineare Potentiometer nicht.
Die beiden gezeigten logarithmischen Verläufe gibt es in einer großen Anzahl von Variationen. Wie stark die Kurve gekrümmt ist, wird dabei vom Widerstand bei einem Drehwinkel von 50° festgelegt. Die gängigsten Potis haben hier Widerstände zwischen 10% und 20% für logarithmische Verläufe und 80% bis 90% für antilogarithmische Verläufe.
Eine Spezialform stellen Potentiometer mit einer s-förmigen Charakteristik dar. Das folgende Bild zeigt zwei beispielhafte Verläufe:
Grafische Darstellung verschiedener Potentiometercharakteristiken
Hier wird die Widerstandsbahn mit einem logarithmischen und einem antilogarithmischen Teil produziert. Solche Verläufe werden jedoch nur selten benötigt. In so fern sind diese Bauteile schwer zu beschaffen und teuer.
