가변저항
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1. 개요
가변 저항은 작동 방식, 용도, 저항값 변화 특성에 따라 다양한 종류로 분류되는 전자 부품이다. 회전형, 슬라이드형, 썸휠형 등 작동 방식에 따라 구분되며, 사용자가 직접 조작하는 일반 가변 저항과 회로 미세 조정을 위한 반고정 저항으로 나뉜다. 저항값 변화 특성에 따라 선형 테이퍼, 로그 테이퍼 가변 저항이 있으며, 디지털 입력 신호로 저항값을 조절하는 디지털 가변 저항(디지팟)도 존재한다. 가변 저항은 아날로그 신호 레벨 조정, 제어 입력, 볼륨 조절, 밝기 조절 등 다양한 분야에 활용된다. 사용 시 접촉 불량, 부하 효과, 전력 용량 등을 고려해야 한다.
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| 가변저항 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 유형 | 저항기 |
| 단자 수 | 3개 |
| 약어 | pot |
| 상세 정보 | |
| 설명 | 일반적으로 세 개의 단자가 있는 저항기의 한 종류임. |
2. 종류 및 구조
가변저항은 작동 방식, 용도, 저항값 변화 특성에 따라 다양하게 분류된다.
구조가변저항은 일반적으로 다음과 같은 주요 부품으로 구성된다.
- 저항체 (Resistor Element): 탄소 피막, 권선, 전도성 플라스틱, 서멧 등 저항 성분을 가진 재료로 만들어진다. 저렴한 가변저항에는 흑연이 사용되기도 한다. 전도성 트랙 가변저항은 탄소 외에 내마모성 수지, 폴리머, 용매, 윤활제를 포함하는 전도성 폴리머 저항 페이스트를 사용한다.[6]
- 와이퍼 (Wiper, 슬라이딩 접점): 저항 소자 위를 움직이며 양호한 전기적 접촉을 유지하는 부품으로, 인청동 등으로 만들어진다.
- 단자 (Terminals): 외부 회로와 연결하기 위한 부분이다. 일반적으로 저항 소자의 양 끝에 두 개, 와이퍼에 연결된 한 개로 총 세 개의 단자가 있다.
- 회전축 (Rotary Shaft) 또는 슬라이더 (Slider): 사용자가 저항값을 조절하기 위해 조작하는 부분이다. 회전축은 회전식, 슬라이더는 선형 가변저항에 사용된다.
- 하우징 (Housing): 부품을 보호하고 고정하는 역할을 한다.
종류전자 산업에서 가변저항의 특정 유형을 설명하는 데 사용되는 몇 가지 용어는 다음과 같다.
- Pot: 가변저항의 약자이다.
- Slide pot 또는 slider pot: 와이퍼를 왼쪽 또는 오른쪽(또는 설치에 따라 위아래)으로 밀어서 조정하는 가변저항으로, 일반적으로 손가락이나 엄지손가락으로 조작한다.
- thumb pot 또는 thumbwheel pot: 작은 썸휠로 드물게 조정하도록 설계된 소형 회전식 가변저항이다.
- trimpot 또는 trimmer pot: 전기 신호를 "미세 조정"하기 위해 한 번 또는 드물게 조정하도록 설계된 트리머 가변저항이다.
멀티턴 가변저항은 샤프트 회전으로 작동하지만 여러 바퀴 회전한다. 일부는 리드 스크류로 이동하는 슬라이딩 접점이 있는 선형 저항 소자를, 다른 것들은 나선형 저항 소자와 회전하며 나선을 따라 움직이는 와이퍼를 가진다. 사용자 접근 및 사전 설정 멀티턴 가변저항은 더 미세한 조정을 허용하며, 동일 각도 회전 시 일반 회전식보다 설정이 10분의 1 정도 변경된다.
스트링 가변저항은 스프링에 대해 회전하는 와이어 릴에 부착되어 선형 위치를 가변 저항으로 변환하는 멀티턴 가변저항이다.
사용자 접근 가능 회전식 가변저항은 회전의 시계 반대 방향 극단에서 작동하는 스위치를 장착할 수 있다. 디지털 전자 장치 이전에는 라디오, 텔레비전 등에서 최소 볼륨에서 클릭 소리와 함께 켜고, 손잡이를 돌려 볼륨을 높이는 데 사용되었다. 여러 저항 소자는 스테레오 오디오 증폭기 볼륨 조절처럼 동일 샤프트에 슬라이딩 접점을 연결하여 함께 사용될 수 있다. 가정용 조명 디머 등에서는 가변저항 위치 유지가 최적 사용 패턴이므로, 스위치는 손잡이를 눌러 켜고 끄는 방식으로 작동한다.
장비 내부에 밀폐되어 제조/수리 시에만 조정되는 가변저항은 "트리머", "트림[밍]", "프리셋" 가변저항, 또는 "트림팟"이라고 불린다. 사용자 접근형보다 작고, 드라이버로 작동해야 할 수 있다.
2. 1. 작동 방식에 따른 분류
가변저항은 작동 방식에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.- 회전형 (Rotary Potentiometer): 손잡이를 돌려 저항값을 조절하는 방식으로, 가장 일반적인 형태이다. 볼륨 조절 등에 사용된다.[6]
- 슬라이드형 (Slide Potentiometer, Slider Pot): 슬라이더를 직선으로 움직여 저항값을 조절하는 방식이다. 오디오 믹서의 페이더 등에 사용된다.[6]
- 썸휠형 (Thumbwheel Pot): 작은 썸휠을 돌려 저항값을 조절하는 방식이다.[6]
- 트림폿 (Trimpot) 또는 트리머폿 (Trimmer Pot): 전기 신호를 "미세 조정"하기 위해 한 번 또는 드물게 조정하도록 설계된 트리머 가변저항[6]
2. 2. 용도에 따른 분류
- '''Pot''' : 가변저항의 약자이다.
- '''Slide pot''' 또는 '''slider pot''' : 와이퍼를 왼쪽 또는 오른쪽(또는 설치에 따라 위아래)으로 밀어서 조정하는 가변저항으로, 일반적으로 손가락이나 엄지손가락으로 조작한다.
- '''thumb pot''' 또는 '''thumbwheel pot''' : 작은 썸휠로 드물게 조정하도록 설계된 소형 회전식 가변저항이다.
- '''trimpot''' 또는 '''trimmer pot''' : 전기 신호를 "미세 조정"하기 위해 한 번 또는 드물게 조정하도록 설계된 트리머 가변저항이다.[1] 회로 정수 조정 등, 저항값을 한 번 변경한 후 그대로의 값으로 사용하는 용도로 사용한다. 단회전형과 미세한 조정을 하는 곳에 사용하는 다회전형이 있다. 저렴한 제품에는 저항체로 탄소 피막이나 권선형 저항체가 사용되지만, 일반적으로는 서멧을 사용한 것이 많다. 회전 각도에 대한 저항값 변화의 정밀도는 그다지 필요하지 않지만, 기계적 백래시가 적은 것과 설정한 저항값이 변하지 않는 것이 요구된다. 트리머 전위차계라고도 불린다.
2. 3. 저항값 변화 특성에 따른 분류
저항값 변화 특성에 따라 가변저항은 다음과 같이 분류된다.- 선형 가변저항 (Linear Potentiometer, B형): 회전 각도나 슬라이더 위치에 따라 저항값이 선형적으로 변화한다.[4] 아날로그 오실로스코프의 디스플레이 중심 조정과 같이, 가변저항의 분할 비율이 샤프트 회전 각도(또는 슬라이더 위치)에 비례해야 하는 경우에 사용된다.[4]
- 로그형 가변저항 (Logarithmic Potentiometer, A형): 회전 각도에 따라 저항값이 로그 함수 형태로 변화한다. 인간의 청각은 베버-페히너 법칙에 따라 대수적으로 반응하기 때문에, 오디오 볼륨 조절 장치에 주로 사용된다. 예를 들어 0에서 10까지 표시된 볼륨 조절 장치를 5로 설정했을 때 10으로 설정했을 때보다 주관적으로 절반 정도의 크기로 들리게 된다.
- 역로그형 가변저항 (Antilog Potentiometer, C형): 로그형 가변저항과 반대되는 특성을 가진다. 주로 오디오 밸런스 컨트롤과 같이 로그 가변저항과 함께 사용된다.
가변저항의 테이퍼(슬라이더 위치와 저항 간의 관계)를 나타내는 문자 코드는 표준화되어 있지 않다.[2] 아시아와 미국에서 제조된 가변저항은 로그 테이퍼의 경우 "A", 선형 테이퍼의 경우 "B", 역 로그 테이퍼의 경우 "C"로 표시되는 경우가 많다.[2] 유럽산 가변저항은 선형 테이퍼의 경우 "A", 로그 테이퍼의 경우 "C" 또는 "B", 역 로그 테이퍼의 경우 "F"로 표시될 수 있다.[2]
2. 4. 기타
가변저항은 전자 산업에서 다양한 유형으로 사용된다.| 종류 | 설명 |
|---|---|
| Pot | 가변저항의 약자이다. |
| Slide pot 또는 slider pot | 와이퍼를 좌우(또는 위아래)로 밀어서 조정하는 가변저항이다. 주로 손가락이나 엄지손가락으로 조작한다. |
| thumb pot 또는 thumbwheel pot | 작은 썸휠로 드물게 조정하는 소형 회전식 가변저항이다. |
| trimpot 또는 trimmer pot | 트리머 가변저항으로, 전기 신호를 미세 조정하기 위해 한 번 또는 드물게 조정한다. |
다회전형 가변 저항은 여러 번 회전시켜 저항값을 조절하며, 정밀한 조정이 필요할 때 사용된다. 2련/3련 볼륨, 2중 볼륨은 스테레오 오디오 장비에서 좌우 음량을 동시에 조절하는 데 사용된다. 스위치 부착형 가변 저항은 전원 스위치가 내장된 형태이다.
디지털 가변 저항(Digital Potentiometer, Digipot, 디지팟)은 디지털 신호로 저항값을 제어하는 전자 부품이다.[2] 아날로그 가변저항처럼 두 단자 사이의 저항을 조절한다.[2] 디지팟은 전원이 꺼지면 설정 위치가 사라지는 휘발성과 플래시 메모리나 EEPROM처럼 설정 위치를 유지하는 비휘발성 유형이 있다.[2]
디지팟은 기계식 가변저항보다 복잡하고 여러 제한 사항이 있지만, 장비의 공장 조정 및 보정에 널리 사용된다.[2] 특히 기계적 진동이나 환경 오염에 강하고, 무단 조작을 막기 위해 전자적으로 보호할 수 있다.[2]
마이크로프로세서, FPGA 등이 있는 장비에서는 곱셈 DAC를 사용하여 디지팟보다 높은 해상도, 낮은 온도 드리프트, 더 많은 작동 유연성을 제공할 수 있다.[2]
일본에서는 가변저항을 바리옴 또는 볼륨이라고도 부른다.[3] 약호는 VR(variable resistor)이다.[3] 회전 각도와 저항값 특성 곡선에는 A/B/C 세 종류가 있으며, 음량 조절에는 주로 A형 볼륨이 사용된다.[3]
회전축에는 보통 손잡이를 장착하며, 축의 회전 토크는 고점도 그리스의 점도로 결정된다.[3] 반고정 저항은 마이너스 드라이버로 회전할 수 있도록 홈이 있다.[3] 전원 스위치가 내장된 것도 있다.[3] 최근에는 소형화, 신뢰성 향상된 제품들이 나오고 있다.[3]
전자 볼륨이라고도 하는 디지털 방식으로 저항값을 제어하는 집적 회로도 있다. [4] 앰프 증폭률 조정 등에 사용되며, 내부 스위치와 저항 어레이를 통해 저항값을 변경한다.[4]
2. 5. 구조
가변저항은 일반적으로 다음과 같은 주요 부품으로 구성된다.- 저항체(Resistor Element): 저항 성분을 가진 재료로 만들어진다. 탄소 피막, 권선, 전도성 플라스틱, 서멧 등이 사용된다. 저렴한 가변저항에는 흑연이 사용되기도 한다. 전도성 트랙 가변저항은 탄소 외에 내마모성 수지, 폴리머, 용매, 윤활제를 포함하는 전도성 폴리머 저항 페이스트를 사용한다.[6]
- 와이퍼(Wiper, 슬라이딩 접점): 저항 소자 위를 움직이며 양호한 전기적 접촉을 유지하는 부품이다. 인청동 등으로 만들어진다.
- 단자(Terminals): 외부 회로와 연결하기 위한 부분이다. 저항 소자의 양 끝에 두 개, 와이퍼에 연결된 한 개, 총 세 개의 단자가 일반적이다.
- 회전축(Rotary Shaft) 또는 슬라이더(Slider): 사용자가 저항값을 조절하기 위해 조작하는 부분이다. 회전축은 회전식 가변저항에, 슬라이더는 선형 가변저항에 사용된다.
- 하우징(Housing): 부품을 보호하고 고정하는 역할을 한다.
저렴한 가변저항은 대략 한 바퀴보다 약간 적은 원호 형태의 저항 소자와, 회전하며 소자를 따라 미끄러지는 와이퍼로 구성된다. 저항 소자는 평평하거나 각진 형태일 수 있으며, 각 끝은 케이스의 단자에 연결된다. 와이퍼는 보통 세 단자 중 중앙 단자에 연결된다. 단일 회전 가변저항의 경우 와이퍼는 한 바퀴 미만으로 움직인다. 오염은 샤프트와 하우징 사이의 좁은 공간으로 들어올 수 있다.
선형 슬라이더 가변저항은 회전 대신 선형 소자를 따라 미끄러지는 와이퍼를 가진다. 오염 물질은 슬롯을 따라 어디든지 들어갈 수 있어 밀봉이 어렵고 장기 신뢰성이 낮다. 슬라이더 가변저항은 슬라이더 위치가 설정값을 시각적으로 보여준다는 장점이 있다. 회전식은 손잡이 표시로 확인하지만, 슬라이더 배열은 그래픽 이퀄라이저나 페이더처럼 설정값을 시각적으로 보여준다.
멀티턴 가변저항은 샤프트 회전으로 작동하지만 여러 바퀴 회전한다. 일부는 리드 스크류로 이동하는 슬라이딩 접점이 있는 선형 저항 소자를, 다른 것들은 나선형 저항 소자와 회전하며 나선을 따라 움직이는 와이퍼를 가진다. 사용자 접근 및 사전 설정 멀티턴 가변저항은 더 미세한 조정을 허용하며, 동일 각도 회전 시 일반 회전식보다 설정이 10분의 1 정도 변경된다.
스트링 가변저항은 스프링에 대해 회전하는 와이어 릴에 부착되어 선형 위치를 가변 저항으로 변환하는 멀티턴 가변저항이다.
사용자 접근 가능 회전식 가변저항은 회전의 시계 반대 방향 극단에서 작동하는 스위치를 장착할 수 있다. 디지털 전자 장치 이전에는 라디오, 텔레비전 등에서 최소 볼륨에서 클릭 소리와 함께 켜고, 손잡이를 돌려 볼륨을 높이는 데 사용되었다. 여러 저항 소자는 스테레오 오디오 증폭기 볼륨 조절처럼 동일 샤프트에 슬라이딩 접점을 연결하여 함께 사용될 수 있다. 가정용 조명 디머 등에서는 가변저항 위치 유지가 최적 사용 패턴이므로, 스위치는 손잡이를 눌러 켜고 끄는 방식으로 작동한다.
장비 내부에 밀폐되어 제조/수리 시에만 조정되는 가변저항은 "트리머", "트림[밍]", "프리셋" 가변저항, 또는 "트림팟"이라고 불린다. 사용자 접근형보다 작고, 드라이버로 작동해야 할 수 있다.
3. 명칭
전자 산업에서 가변저항의 특정 유형을 설명하는 데 사용되는 몇 가지 용어는 다음과 같다.
- '''Pot''' : 가변저항의 약자.
- '''Slide pot''' 또는 '''slider pot''' : 와이퍼를 왼쪽 또는 오른쪽(또는 설치에 따라 위아래)으로 밀어서 조정하는 가변저항으로, 일반적으로 손가락이나 엄지손가락으로 조작한다.
- '''thumb pot''' 또는 '''thumbwheel pot''' : 작은 썸휠로 드물게 조정하도록 설계된 소형 회전식 가변저항
- '''trimpot''' 또는 '''trimmer pot''' : 전기 신호를 "미세 조정"하기 위해 한 번 또는 드물게 조정하도록 설계된 트리머 가변저항
4. 응용 분야
가변저항은 음향 장비의 음량 조절과 같이 아날로그 신호의 레벨을 조정하거나 전자 회로의 제어 입력으로 사용된다. 예를 들어, 조광기는 가변저항을 사용하여 트라이액의 스위칭을 제어하고 간접적으로 램프의 밝기를 조절한다.
사용자가 조작하는 가변저항은 사용자 제어 장치로 널리 사용되며 매우 다양한 장비 기능을 제어할 수 있다. 1990년대 이후 소비자 전자 제품에서 가변저항의 사용은 감소하고, 회전식 증분 인코더, 상/하 푸시 버튼 및 기타 디지털 제어가 더 일반적이다. 그러나 음량 조절 및 위치 감지 센서와 같은 많은 응용 분야에서 여전히 사용되고 있다.
저전력 가변저항은 슬라이드형과 회전형 모두 오디오 장비를 제어하는 데 사용되며, 음량, 주파수 감쇠 및 기타 오디오 신호의 특성을 변경한다.
'로그 폿'(로그(log) 형태의 저항, 테이퍼 또는 "곡선"(또는 법칙)을 가진 가변저항)은 오디오 파워 앰프의 볼륨 조절 장치로 사용되며, "오디오 테이퍼 폿"이라고도 한다. 이는 인간 귀의 진폭 응답이 대략 로그 함수이기 때문이다. 로그 가변저항의 역인 ''안티 로그 폿'' 또는 ''역 오디오 테이퍼''도 있으며, 오디오 밸런스 컨트롤과 같이 로그 가변저항과 함께 갱(ganged) 구성으로 거의 항상 사용된다.
필터 네트워크와 함께 사용되는 가변저항은 톤 컨트롤 또는 이퀄라이저 역할을 한다.
가변 저항은 과거에 화면 밝기, 명암비, 색상 응답을 제어하는 데 사용되었다. 수신기 내부의 주사 회로(때로는 멀티바이브레이터)와 수신된 화면 신호 간의 동기화를 조정하는 "수직 동기"를 조정하는 데 가변 저항이 자주 사용되었으며, 이 외에도 오디오-비디오 반송파 오프셋, 튜닝 주파수(푸시 버튼 세트의 경우) 등을 조정하는 데에도 사용되었다. 또한 파동의 주파수 변조에도 도움이 된다.
가변 저항기는 서보 기구와 같이 폐루프 제어를 생성하기 위해 위치 피드백 장치로 사용될 수 있다. 이러한 방식의 모션 제어는 각도 또는 변위를 측정하는 가장 간단한 방법이다.
가변저항은 구조가 간단하고 큰 출력 신호를 제공할 수 있기 때문에 변위 변환기의 일부로 사용된다.
아날로그 컴퓨터에서, 고정밀 가변 저항기는 중간 결과를 원하는 상수 인수로 조정하거나 계산의 초기 조건을 설정하는 데 사용된다. 모터 구동 가변 저항기는 삼각 함수에 대한 근사치를 제공하기 위해 비선형 저항 카드를 사용하여 함수 발생기로 사용될 수 있다. 예를 들어, 샤프트 회전은 각도를 나타낼 수 있으며, 전압 분할 비율은 해당 각도의 코사인에 비례하도록 만들 수 있다.
5. 비접촉식 가변 저항
비접촉식 가변저항은 광 디스크를 사용하여 적외선 센서를 작동시키거나, 자석을 사용하여 자기 센서를 작동시킨다.[1] 용량성 센서와 같은 다른 유형의 센서를 사용하여 다른 유형의 비접촉식 가변저항을 구축할 수도 있다.[1] 이후 전자 회로가 신호 처리를 수행하여 아날로그 또는 디지털 신호를 제공한다.[1]
비접촉식 가변저항의 예로는 https://www.edn.com/how-to-build-a-potentiometer-with-familiar-outputs-and-unfamiliar-qualities/ AS5600 집적 회로가 있다.[1] 절대 인코더 역시 유사한 원리를 사용하지만, 산업용으로 사용되므로 가정용 기기에 사용하기에는 비용이 현실적이지 않다.[1]
6. 디지털 가변 저항 (Digipot)
디지털 가변저항(디지팟)은 디지털 입력 신호를 통해 아날로그 가변저항처럼 두 단자 사이의 저항을 조절하는 전자 부품이다. 주요 기능 유형은 두 가지이다. 전원이 제거되면 설정 위치가 손실되는 휘발성 유형은 일반적으로 최소 위치에서 초기화되도록 설계되었으며, 플래시 메모리 또는 EEPROM과 유사한 저장 메커니즘을 사용하여 설정 위치를 유지하는 비휘발성 유형이다.[1]
디지팟은 단순한 기계식 가변저항보다 사용이 훨씬 복잡하며, 여러 제한 사항이 있다. 그럼에도 불구하고 널리 사용되며, 특히 기계식 가변저항의 제한이 문제가 되는 경우 장비의 공장 조정 및 보정에 자주 사용된다. 디지팟은 다른 반도체 장치와 마찬가지로 기계적 진동이나 환경 오염에 영향을 받지 않으며, 프로그래밍 입력 접근을 보호하여 무단 조작을 막을 수 있다.[1]
마이크로프로세서, FPGA 등 설정을 저장하고 장비 전원을 켤 때마다 "가변저항"에 다시 로드할 수 있는 장비에서는 곱셈 DAC를 디지팟 대신 사용할 수 있다. 이를 통해 더 높은 설정 해상도, 온도에 따른 드리프트 감소, 더 많은 작동 유연성을 제공할 수 있다.[1]
저항값을 디지털 방식으로 제어할 수 있도록 설계된 집적 회로를 말하며, 전자 볼륨이라고도 한다. 앰프의 증폭률 조정 등에 사용된다. 내부에는 스위치와 저항 어레이가 집적되어 있으며, 스위치를 전환하여 저항값을 변경한다.[2]
7. 가변 저항 사용 시 고려 사항
가변 저항을 사용할 때는 다음과 같은 사항들을 고려해야 한다.
- '''접촉 불량:''' 가변 저항이 오래되거나 먼지가 쌓이면 와이퍼와 저항체 사이에 접촉 불량이 발생할 수 있다. 이로 인해 소리가 끊기거나 잡음(크래클링)이 발생할 수 있다.
- '''부하 효과:''' 부하 저항이 가변 저항의 저항값에 비해 충분히 크지 않으면, 출력 전압이 비선형적으로 변할 수 있다.
- '''전력 용량:''' 가변 저항의 전력 용량을 초과하는 전류가 흐르면 가변 저항이 손상될 수 있다.
참조
[1]
서적
The Authoritative Dictionary of IEEE Standards Terms (IEEE 100)
IEEE Press
[2]
웹사이트
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http://www.resistorg[...]
2018-01-03
[3]
웹사이트
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2012-06-07
[4]
웹사이트
Linear Type Precision Potentiometer Diagram
http://www.betatroni[...]
Betatronix
2015-04-29
[5]
웹사이트
Potentiometer taper
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the Resistor Guide
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[6]
서적
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Selina Publishers Pvt. Ltd.
[7]
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1843
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문서
Sir Charles Wheatstone FRS: 1802-1875
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[12]
서적
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발음
[14]
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서적
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IEEE Press
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