ポテンショメータで精密分圧回路を構築する
部品と材料
- 6ボルト電池 2個
- カーボン鉛筆「芯」（グラファイト・クレイロッド）機械式鉛筆用
- 単回転、5 kΩ〜50 kΩ、リニアテーパーポテンショメータ（Radio Shack #271-1714〜271-1716）
- 多回転、1 kΩ〜20 kΩ、リニアテーパーポテンショメータ（Radio Shack #271-342、271-343、900-8583、900-8587〜900-8590）
導入
ポテンショメータは可変分圧器として機能します。シャフトを回すかスライドコントロールを動かすことで、2つの出力電圧の比を設定します。
ポテンショメータにはパネルマウントとブレッドボード（PCB）タイプがあります。この実験ではどのスタイルでも動作しますが、抵抗変化が位置に比例するリニアタイプが好まれます。ラジオからサルベージされるオーディオテーパー（対数）ポテンショメータは非線形関係を示し、精密分圧には不向きです。
相互参照
Lessons In Electric Circuits, Volume 1, Chapter 6: “Divider Circuits and Kirchhoff’s Laws.”
学習目標
- 抵抗ネットワーク両端の電圧をボルトメーターで読み取る。
- オームメーターで抵抗値を検証。
- 分圧回路の設計と解析。
- 直列での電圧加算を実証。
回路図
図解
手順
グラファイト鉛筆「芯」を簡易抵抗器として開始。ロッド両端をワニ口クリップで6ボルト電池に接続。ボルトメーターをロッド両端に接続し、赤プローブをロッドに沿って移動。読みの変化を観察。最大値はプローブが中央（ロッドを等抵抗に二分）にあるとき。
次に、ボルトメーターをロッドの上部セグメントのみを測定するよう再配線。黒プローブをロッドに沿って動かし電圧降下を観察。最高読みはプローブがプラス端子近く（最長セグメントで最大降下）にあるとき。
市販ポテンショメータは抵抗ストリップをハウジング内に封入し、ワイパーがストリップ上をスライド/回転。回転式は多くの場合スパイラルトラックで、フルレンジ走査に複数回転必要。これは微調整に理想的。リニアポテンショメータはワイパーをストリップに沿って直線移動、スライドまたはネジ機構で多回転精度を実現。
実物ポテンショメータをセットアップする際、まず電池電圧を測定。次にポテンショメータ接続状態で、ワイパーと電池マイナス端間電圧を測定。シャフトを回し、ボルトメーターが総電圧のちょうど1/3（6V電池なら約2V）を示すまで調整。最後に2個直列電池（約12V）で繰り返し。ワイパー電圧と総電圧の比が1:3のままなら、分圧器の精度が確認されます。
関連ワークシート
- Potentiometers Worksheet
- Voltage Divider Circuits Worksheet
- Simultaneous Equations for Circuit Analysis Worksheet
産業技術
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