ポテンショメータ（可変抵抗器）とは？ 基本構造と動作原理、種類、用途を解説
- 半導体用語集
公開日：2025.02.25
電子機器や制御システムでは、電圧や信号を調整する場面が多くあります。その中でポテンショメータは、広く活用される部品の1つで、電気抵抗を調整するための可変抵抗器です。
本記事では、ポテンショメータの基本構造や動作原理、その種類や用途についても解説します。ポテンショメータを正しく理解し、適切に活用することで、より精密な電子回路の設計や制御が可能になります。
ポテンショメータ（可変抵抗器）とは？
ポテンショメータ（Potentiometer）とは、電気抵抗を調整するための可変抵抗器です。3つの端子と可変抵抗体で構成されており、ワイパー（可動接点）を移動させることで抵抗値を調整できます。
一般的には「ボリューム（ボリューム抵抗）」とも呼ばれ、電子回路の電圧調整や信号制御に利用されます。
ポテンショメータの基本構造｜主要部品とそれぞれの役割
ポテンショメータは以下の5つの主要な部品から成り立っています。
1. 抵抗体
抵抗値を決定する部分で、電流の流れを制限し、電圧を調整する部分です。 抵抗体の材質や構造によって、精度・耐久性・用途が異なります。
材質
カーボン（炭素膜）：最も一般的で低コスト。摩耗しやすく寿命は短い
金属皮膜：温度特性が良く、経年変化が少ない。低ノイズなのでオーディオ向き
ワイヤーワウンド（巻線型）：金属線を巻き付けて作られる。高精度で耐久性が高い
導電性プラスチック：低ノイズで滑らかな動作。摩耗が少なく寿命が長い
2. ワイパー
ポテンショメータ内で抵抗体の上を移動し、出力電圧（Vout）を調整する可動接点です。
回転やスライド動作によって抵抗比が変化し、出力が変わります。
3. 端子
ポテンショメータには3つの端子があります。
入力端子（Vin）：電源電圧を供給する端子
出力端子（Vout）：調整された電圧を取り出す端子
接地端子（GND）：基準電位（0V）に接続する端子
4. シャフト / スライダー
シャフトやスライダーは、ワイパーを動かすための物理的な操作部品です。これらの部品によって抵抗体上のワイパーが移動し、電圧や抵抗値が調整されます。
シャフトはロータリーポテンショメータにおいてワイパーを移動させるための軸のことです。スライダーはスライド型ポテンショメータ において、ワイパーを直線的に動かすためのレバーです。
5. ケース
ポテンショメータの本体を保護し、耐久性を向上させます。環境に応じてプラスチック製や金属製のケースが選択されます。
ポテンショメータの役割と用途｜電圧調整・信号制御・位置検出
ポテンショメータの役割は大きく 「電圧制御」「信号調整」「位置検出」 に分類されます。
アナログ信号の調整
ポテンショメータは、アナログ信号の増幅や減衰、制御に利用されます。
1. 音量調整（ボリュームコントロール）
ロータリーポテンショメータを利用し、ワイパー位置を変えることで出力信号の強さを調整します。
用途：スピーカー、アンプ、ラジオ、オーディオ機器
具体例
・ギターアンプのボリュームツマミ
・ヘッドフォンの音量調整ダイヤル
2. トーンコントロール（高音・低音調整）
ポテンショメータをフィルタ回路（ハイパス / ローパスフィルタ）に組み込むことで、高音・低音を調整します。
用途：オーディオミキサー、イコライザー
具体例
・DJミキサーのEQツマミ（Bass, Mid, Treble）
・カーオーディオの音質調整ダイヤル
3. 明るさ調整
ポテンショメータでLEDや電球への電圧を制御することで、明るさを調整します。PWM（パルス幅変調）制御と組み合わせることが多いです。
用途：照明制御、LCDコントラスト調整
具体例
・デスクライトの調光スイッチ
・LCDスクリーンのコントラスト調整
マイコン（Arduino、Raspberry Pi）での利用
ポテンショメータは、マイコンのアナログ入力（ADC）を用いた制御に活用されます。
1. アナログ入力デバイス
ワイパーの電圧をマイコンのアナログ入力ピン（ADC） に接続し、回転量やスライド量をデジタル値に変換します。
用途：ゲームコントローラー、ジョイスティック、センサー調整
具体例
・Arduinoを使ったジョイスティック（ゲーム用コントローラー）
・VRデバイスのアナログ入力調整
2. モーター制御
ポテンショメータの出力電圧を読み取り、PWM信号でモーター速度を制御します。
用途：DCモーター、サーボモーター、ステッピングモーター
具体例
・ラジコンカーのスピード調整
・ロボットアームの角度制御
計測・センサー用途
ポテンショメータは、物理量（位置・距離・角度）の測定にも使われます。
1. ストリングポテンショメータ（位置測定）
ワイヤーの引き出し量をポテンショメータで電圧に変換し、距離を測定します。
用途：土木計測、建築設備、車両サスペンション
具体例
・自動車のサスペンションストローク測定
・建築物の変形計測
2. リニアポテンショメータ（直線位置測定）
スライダーの移動距離を電圧信号として検出し、機械の精密な動作を調整します。
用途：自動車スロットル位置センサー、医療機器
具体例
・車のアクセル開度センサー
・医療用リハビリ装置の位置センサー
ポテンショメータの基本的な動作原理｜分圧の法則
ポテンショメータは「分圧の法則」 を利用して、出力電圧を調整する電子部品です。分圧の法則とは、2つ以上の直列抵抗に電圧を加えたとき、各抵抗に分配される電圧は抵抗の値に比例するという法則です。
ワイパーの位置と出力電力
ポテンショメータでは分圧回路を形成し、ワイパー（可動接点）の位置を変えることで出力電圧（Vout）を調整します。ポテンショメータのシャフト（回転軸）を左方向に回すと、ワイパーがGND寄りに移動します。
■ 例：Vin = 5Vの場合
| ワイパー位置 | R1 | R2 | Vout（出力電圧） |
| GND寄り | 90Ω | 10Ω | 5V × (10 / 100) = 0.5V |
| 中央 | 50Ω | 50Ω | 5V × (50 / 100) = 2.5V |
| Vin寄り | 10Ω | 90Ω | 5V × (90 / 100) = 4.5V |
ワイパーの位置によってR1とR2の比率が変化し、出力電圧（Vout）にも変化を及ぼします。
ワイパーがGRD寄り → Voutは低い
ワイパーが中央 → Voutは中間値
ワイパーがVin寄り →Voutは高い
このように、ポテンショメータはワイパーを動かすことで連続的に電圧を可変できる仕組みになっています。
ポテンショメータの種類と動作原理｜回転型・スライド型の違いとは？
1. ロータリーポテンショメータ
ロータリーポテンショメータは一般的なポテンショメータで、家庭用電子機器から産業用機器まで広く活用されています。
円形の抵抗体にワイパー（可動接点） が接触し、軸（シャフト）を回転させると、ワイパーの位置が変わり抵抗値が変化します。 3つの端子のうち、中央端子（ワイパー）が可変電圧を出力する仕組みです。
270°の範囲で回転するシングルターン型が一般的ですが、精密な調整ができるマルチターン型（5回転・10回転など）も存在します。シングルターンは、オーディオボリューム調整やシンプルなアナログ制御に利用され、マルチターンは精密計測機器、実験用装置などに利用されます。
2. スライド型ポテンショメータ
直線的にスライダーを動かして抵抗値を調整するタイプです。直線状の抵抗体の上をスライダー（可動接点） が移動します。位置が変わることで抵抗値が変化し、出力電圧が変動する仕組みです。
スライド型ポテンショメータは操作が直感的で視認性が良く、音響機器や産業制御機器で多用されています。
一般的な直線スライダーの他、より精密な調整向けのロングスライド型、自動制御可能なモータースライド型があります。
動作原理
スライダーがGRD寄り → 抵抗比率が低くなり、Voutが小さくなる
スライダーがVin寄り → 抵抗比率が高くなり、Voutが大きくなる
3. トリマポテンショメータ
トリマポテンショメータの「トリマー」とは微調整という意味です。回転型と同様に円形の抵抗体をワイパーが移動します。
小型でドライバーなどで調整することが前提になっているため、調整頻度が少ない回路に適しています。1回設定すると変更しない（出荷時のキャリブレーション用）場合が多いです。
4. ストリングポテンショメータ
ワイヤー（ストリング） を引っ張ることで、抵抗値を変えるタイプです。内部にロータリーポテンショメータを内蔵し、ワイヤーを引くことで回転運動に変換します。また、スプリングで巻き取る機構を持ち、常に元の位置に戻るのが特徴です。
直線距離を測定するために利用され、産業・ロボット・自動車分野でよく活用されます。
動作原理
・引き出す長さに応じて抵抗値が変化し、Voutが変動
・抵抗値の変化を測定し、長さや位置を検出する
5. リニアポテンショメータ
スライド型に似ていますが、より精密な位置検出向けに設計されています。ワイパーが動く距離に応じて抵抗値が変化し、正確な位置情報を取得します。
動作原理
接触型：スライダーが抵抗体に直接接触して動く（摩耗あり）
非接触型：電磁誘導や静電容量方式で測定（摩耗なしで長寿命）
