ボリューム（可変抵抗器）の使い方、つなぎ方、抵抗値計算等を回路図も使って詳しく解説

音量や風量、明るさ、回転数等を調整するのに使用される「ボリューム（可変抵抗器）」について紹介します。

最近ではあまり見かけなくなりましたが、音量の調節といえばこの「ボリューム」のツマミを回して調節するものが多くありました。
このため今でも「ボリュームを上げる」＝「音量を上げる」として使われます。

電子部品では「ボリューム」というと「可変抵抗器」のことを指します。
「抵抗（固定抵抗器）」が固定の抵抗値を持つのに対して「可変抵抗器」は抵抗値を可変（調整）できる抵抗器です。

＜目次＞
１．いろいろな「ボリューム（可変抵抗器）」の外観
２．「ボリューム（可変抵抗器）」の回路図記号
３．「ボリューム（可変抵抗器）」の実際の使い方
　・実際に動作確認に必要な部品等の紹介
 ４．オームの法則について
 ５．おすすめのボリュームユニット
 ６．ポテンショメータや半固定抵抗器もボリューム？
７．まとめ

１．いろいろな「ボリューム（可変抵抗器）」の外観

「ボリューム」には下画像のように用途に応じていろいろな形、大きさのものがあります。

いろいろな種類がありますが基本的に足（端子）が3本あり、抵抗値を調整できる回転部があります。
※写真にはありませんが操作部が直線的にスライド動作するものもあります。

基本的には両端の端子の抵抗値は固定で、回転部を回すことで真中の端子の抵抗値を調整することができます。

２．「ボリューム」可変抵抗器の回路図記号

「ボリューム」の回路図記号は固定抵抗器の真ん中から1本線を出して以下のように書きます。

両端に5V電源の5V（＋）と０V（ー）をつなげて「ボリューム」の回転部を回すと、真ん中の端子から0～5Vの電圧を得ることができます。

この電圧の変化を読み取って、プログラムによって音量や明るさの調整に利用します。

プログラムで「ボリューム」からの電圧の変化を確認するためには「マイコンボード」の端子に「ボリューム」の真ん中の端子を接続する必要があります。
しかし、このまま接続すると、5V側に調整した時は上画像のように電流を制限する抵抗が無いことになります。

こうなると大きな電流が流れてマイコンボードを壊してしまうため注意が必要です。

0V側に調整した時は電流は抵抗で制限されるため問題ありません。
0Vになっている時は真ん中の端子から電流は流れませんが、5V側に近づくにつれて電流は大きくなっていきます。

実際使用する時は5V側に調整しても電流が制限される状態にする必要があります。

３．「ボリューム（可変抵抗器）」の実際の使い方

「ボリューム」は単体で電源に接続して使用することはあまりありません。
実際は調整したい電圧範囲になるように下画像のように抵抗（固定抵抗器）と組み合わせて使用します。

5V電源を使用した0～3.3Vの電圧調整用回路を例に紹介します。

0～3.3Vで変化する電圧は、電源電圧が3.3Vのマイコンボードのアナログ入力端子（電圧の変化を確認する端子）への入力電圧としてよく使用されます。

ボリュームを使ったアナログ入力（A／D変換）の使い方は以下リンクで詳しく紹介しています。

アナログ入力（A/D変換）の使い方（Arduinoプログラミング）

Arduinoコマンドを使用した「アナログ入力」の使い方について紹介します。A/D変換とも呼ばれ「A/D」とは「Analog」と「Digital」の頭文字をとったもので、アナログデータをデジタルデータに変換する処理のことを言います。

固定抵抗器（R1）とボリューム（VR1）は直列で接続し、両端に5Vの電源を接続します。
この時「ボリューム」の回転部を回すと0Vの端子と真ん中の端子間の電圧が0～3.3Vに変化するように抵抗（R1）とボリューム（VR1）の値を設定します。

次に抵抗（R1）を4.7kΩ（4700Ω）、ボリューム（VR1）を9.1kΩ（9100Ω）として各部の値を計算してみましょう。

まずは電圧 V（5V）と「抵抗（R1＋VR1）」から、全体に流れる「電流 I」を求めます。
　I = V / (R1 + VR1)
　5 / (4700 + 9100) ≒ 0.000362(A)
　0.000362(A) ＝ 0.362(mA)

求めた電流から「ボリューム」VR1の両端電圧をV2として求めます。
　V2 = VR1 × I
　9100 × 0.000362 = 3.294 ≒ 3.3(V)

「ボリューム」VR1の両端電圧がほぼ3.3Vになりました。
「ボリューム」の調整を3.3Vにしても抵抗R1で電流が制限されているので安全です。

・実際に動作確認に必要な部品等の紹介

数字や記号を眺めているよりは実際に触って体感してみた方が理解は断然早いです。

ボリュームは各社購入できますが、電子部品関係はamazonが選択肢が豊富で価格も安いです。

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４．オームの法則について

各部の電圧、電流、抵抗の値は「オームの法則」で計算しましたのでここで紹介しておきます。
3つの値のうち2つがわかれば残りの一つを求めることができます。

「オームの法則」の基本式は

「V（電圧） = R（抵抗） × I（電流）」です。

オームの法則の覚え方
「V=RI」なので「VRI」で「ブリ」と覚えると忘れにくいです。
基本式だけ覚えておけば以下のようにその都度変換すれば大丈夫です。
「電流 I（A)」を知りたい時：「I ＝ V / R」
「抵抗 R（Ω）」を知りたい時：「R ＝ V / I」

抵抗やオームの法則については、以下のリンクでも詳しく紹介しています。

抵抗とは？「オームの法則」の簡単な覚え方

抵抗について、簡単にわかりやすく紹介します。オームの法則による抵抗の計算方法や、抵抗を決める抵抗率の一覧表から物質ごとの抵抗の違いも確認してみましょう。

５．おすすめのボリュームユニット

外付けの抵抗を使わなくても抵抗回路が内蔵されている「ボリュームユニット」を紹介します。
下画像の「ボリュームユニット」は「M5Stack社」製の「ANGLE UNIT」です。

なぜ「VOLUME UNIT（ボリュームユニット）」ではなく「ANGLE UNIT（回転角ユニット）なのかという疑問を持たれる方もいるかもしれません。
これは「可変抵抗器」の回転部を回した時に抵抗が変わることを利用して、回転部をどれくらい回したかの角度を知ることができるためです。
「電動モビリティ」等を操作するためのハンドル部にも使われます。
（このユニットの場合は思いっきりツマミが付いてるので「VOLUME UNIT」の方がわかりやすいんですけどね・・・）

この「ボリュームユニット」には上で紹介した「実際の使い方」と同じ回路が内蔵されていて、汎用性の高い「Groveコネクタ」とケーブルも付属しています。

2つの穴はレゴ（テクニック）の「コネクターペグ」等が差し込めるので固定に利用できます。

配線は4本ありますが黄色（OUT）は内部でどこにも繋がっていないので使用しません。
残りの3本を使用して、赤色に5V、黒色に0Vを接続すると白色（IN）と黒色（GND）間の電圧を0～約3.3Vの範囲で調整できます。

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この「ボリュームユニット」に使われている「ボリューム」は9.1kΩが設計値と思いますが、抵抗値の精度はあまり良くないようです。
ものによっては3.3Vより少し高くなったり、逆に低くなるものもあります。
このため、最大値の3.3V近辺で使用することは避けた方が良いです。
また、イメージ的に右に回すと電圧が高くなるイメージですが、これは右に回すと電圧が低くなります。反対にしたい場合はプログラムで調整しましょう。
価格は安いので、これらを理解しておけば非常に便利で使いやすいです。

この「ボリュームユニット」とマイコンボード「ATOM LITE」に内蔵のフルカラーLEDを使用してLEDの発光色を変化させるプログラムも以下のリンクで詳しくで紹介していますので、実際に使いながらもっと理解を深めましょう。