ポテンショメーターガイド
ポテンショメーターの用途や仕組み、様々な種類や特性について紹介しています。
ポテンショメーターとは？
ポテンショメータは、可変抵抗器の一種です。これらは受動部品と呼ばれ、回路内の電気抵抗を制御するために設計されています。トリマーポテンショメーターやロータリーポテンショメーターなど、さまざまな種類がありますが、原理は基本的に同じです。
ポテンショメーターは、入力電圧を、異なる量に変えて回路に転送するができます。この量は、抵抗上のワイパー（スライドとも呼ばれる）の位置によって決定されます。ここでは、ポテンショメーターを電圧制御として使用する方法を簡単に説明しました。このほかにも、異なる抵抗を導入したり、2つのセルの起電力（EMF）を比較したり、回路の電力を調整するために使用することもできます。後者の場合は、レオスタットとなります。
ポテンショメーターの代表的な用途としては、ラジオやステレオの音量調節が挙げられます。今でもアナログのロータリーポテンショメーターが取り付けられているものもあり、デジタル化が進んでいても、このような電子機器にはポテンショメーターがよく使われます。
ポテンショメーターは、バリメーターやボリュームと呼ばれることもあります。
ポテンショメーターの用途
ポテンショメーターは、産業用、民生用を問わず、さまざまな機器に使われています。ポテンショメーターの一般的な用途としては、以下のようなものがあります。
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機械式ロータリーエンコーダの簡易的な速度調整
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電池同士の起電力比較
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発振器など、さまざまなデバイスの電気特性の制御。
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オーディオ機器の音量調整
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抵抗値の調整、望ましくない変化を避ける為、何度も再調整可能
ポテンショメーターは、単に抵抗値を調整するだけではありません。例えば、極性変換器として使用することができます。この用途では、2つの異なる直流電源に接続されています。ポテンショメーターの片側にはプラスとマイナスの端子が＋/-のパターンで接続され、反対側にはその逆が接続されている。つまり、ゼロ点はちょうど真ん中になります。この機能を利用したものとして、オーディオのバランスコントロールがあります。
また、ボリュームは高精度の抵抗値を必要とする調整機器に最適である。
ポテンショメーターの仕組み
ポテンショメーターは、基本的に抵抗体、ワイパー、3本の端子の3つの主要部品から構成されています。端子のうち2つは抵抗体片とワイパー（真ん中のピン）用です。内部では、一番外側の2つの接続端子が、抵抗体に配線されています。これは通常、巻線されており、導電性プラスチック、カーボン、サーメットといった材料で作られています。
ワイパーは、端子を介してオーミック部品に接触する。ワイパーは摺動接点であり、移動させると回路を流れる電流が変化します。機械式トリマーポテンショメーターでは、これを実現するためにロータリースイッチやスライド、ネジを使っています。
分圧された電圧は3番目の接続端子に発生します。例えば、16Vを印加し、ポテンショメーターをプラス側に完全に動かした場合、3番目の接点はすべての電圧を供給します。しかし、ポテンショメーターをプラスとマイナスのラインの間に正確にセットした場合、3番目の接続端子には8Vしかなく、電圧の半分の電位になります。また、ポテンショメーターをマイナスの接続端子に合わせると、出力電位はゼロになります。なお、これらの特徴は、直線的なテーパーを持つポテンショメータにのみ適用されるため、すべての製品に適用されるわけではありません。
デジタルポテンショメーター
デジタルポテンショメーターは、電流の流れを制御するためにFET（電界トランジスタ）を使用しています。抵抗にはいくつかの独立した段階があり、トランジスタの数によって決まる。アナログ式や機械式のポテンショメーターとは対照的に、機械的な抵抗を使用している。
デジタルポテンショメーターは、アナログポテンショメーターに比べ、より多くの利点を備えています。例えば、手動でスライドを調整する必要がなく、デジタル入力で制御することができます。デジタルポテンショメーターには揮発性のものがあり、その場合電源を切ったり、主電源を外したりするとすぐに特定の位置に戻ってしまいます。また、機械式ポテンショメーターのように動くとワイパー位置が変わってしまうようなことはなく、衝撃や振動に強い。さらに、デジタル式は、機器とプログラミング・インターフェースの両方にアクセスできるユーザーだけが設定できるという利点もあります。
ポテンショメーターの記号
左の図は、回路図に表示されるポテンショメーターの標準的なシンボルを示しています。
デザインは簡単で、標準的な抵抗器の記号を単純に増やしただけです。ポテンショメーターには3つの端子があるので、矢印は3番目の端子（ワイパー）を表しています。
ポテンショメーター図
右の図は、回路におけるポテンショメーターの役割を示しています。
ポテンショメーターは、ワイパーの位置を変化させることで、可変分圧器として機能します。全入力電圧は、抵抗の長さに渡って印加されます。回路図に示すように、出力電圧は、固定接点と摺動接点の間の電圧降下（もしあれば）です。
ポテンショメーターの種類
ポテンショメーターには、用途や使用環境に応じてさまざまなタイプがあります。例えば、産業用のヘビーデューティーモデルには、150℃までの極端な温度への耐性が求められるものもあります。
代表的なポテンショメーターの種類を以下に概説します。
リニアポテンショメータ
リニアポテンショメータは、制御部の回転と抵抗体上のワイパーの位置によって、電圧が一定のステップで直線的に変化します。このタイプは調光スイッチといった用途でよく使われています。
ロータリーポテンショメーター
回転式ポテンショメーターは、ノブやスピンドルを回すことで簡単に制御できるように設計されています。製品によって単回転式と多回転式があります。単純な音量調整であれば1回転を使用し、細かい調整が必要な場合は多回転式が使われます。
ストリングポテンショメーター
動作を電気信号に変換する部品です。ストリングポットとも呼ばれます。
対数ポテンショメーター
対数ポテンショメータは、対数単位で電位を変化させるように設計されています。人間の音量の感じ方が非線形であることから、オーディオ機器で減衰量を変えるためによく使われるタイプです。
レオスタットポテンショメーター
ポテンショメーターとレオスタットは、どちらも可変抵抗器であり、いくつかの共通点があります。主な違いは端子の数です。レオスタットは2つの端子を持っていますが、ポテンショメーターは3つの端子を持っています。
スライドポテンショメーター
ワイパーを直線状の軌道に沿って滑らせ、抵抗値を変化させるポテンショメータです。フェーダーポテンショメーター、スライダーポテンショメーターとも呼ばれます。
ポテンショメーターの値
ポテンショメーターの最大抵抗値を確認することは、最適なデバイスを選択するために不可欠です。ポテンショメーターの値は機種によって大きく異なるので、用途に合ったものを選ぶことが大切です。
例えば、最大抵抗値1,000オームまで動作させる必要がある場合、最大抵抗値100オームまでしかカバーしないデバイスは選択すべきではありません。 同様に非常に小さな、10オームといった細かく正確な調整を行う場合は、1,000オームまでのレンジを持つポットは必要ないことが多いです。また、標準的なポテンショメーターは、ほとんどが0オームから始まっていることも知っておく必要があります。
ポテンショメーターの特性
用途や使用環境に適したポテンショメーターを選ぶことは重要です。
検討要素としては、設置場所、必要なサイズ、必要な接続タイプなどがあります。これらの特性がすべてデバイスの電気的パラメーターに影響を与えるわけではありませんが、それでも、ポットが簡単にアクセスでき、必要に応じて調整できるように、検討する必要があります。
もうひとつのポイントは、調整機構の種類です。機械式の場合、スライド式か回転式かを選択することになります。用途によっては、特定のタイプやデザインを採用することで、使い勝手が向上する場合もあります。
テーパー
テーパーの種類には、対数テーパーと直線テーパーの2種類があります。用途によって、必要なテーパーのタイプが決まります。
リニアテーパーを用いると、ワイパーと軌道の間の抵抗は一定の割合で変化します。ワイパーがトラックの半分まで滑ると、抵抗は全抵抗の半分になります。
逆に対数テーパーは抵抗値が一定の割合で変化せずは指数関数的に下がったり上がったりします。従って、ワイパーが軌道の半分をスライドしても、全体の半分の抵抗にはなりません。
