Jak nazwać, co robi ten rezystor?

Mam podstawowy obwód, który wykorzystuje fotorezystor zasilany ze źródła o napięciu pięciu woltów. Zrobiłem ten projekt, aby pokazać mojemu synowi różne czujniki i wykorzystałem obwód, który znalazłem w Internecie. Wygląda to mniej więcej tak:

schematyczny

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Jedynym sposobem, w jaki mogę to wyjaśnić, jest to, że rezystor zapewnia bezpieczną ścieżkę do uziemienia, dzięki czemu prąd nie wpływa do czujnika analogowego i nie uszkadza go (pozostawiając jedynie „napięcie” do odczytu z fotorezystora).

Nie jestem pewien, czy ma to na celu ochronę. Spojrzałem na przykłady rezystorów pullup / pulldown, jednak wydaje się, że to służy do zapobiegania „pływaniu” wejścia logicznego. Wygląda na to, że nie zrobiłby tego w tym obwodzie, ponieważ jest to ciągłe napięcie zmienne.

Jak nazwać jego cel?

voltage resistors photoresistor

— Przemijający
źródło

Odpowiedzi:

Nie służy to ochronie, lecz stanowi fotokomórkę dzielnika napięcia.

W przypadku typowej fotokomórki rezystancja może różnić się między, powiedzmy, 5 kΩ (jasna) i 50 kΩ (ciemna).
Pamiętaj, że rzeczywiste wartości mogą być zupełnie inne dla twojego czujnika (w tym celu należy sprawdzić arkusz danych)

Jeśli pozostawimy rezystor wyłączony, wejście analogowe będzie widzieć 5 V w obu kierunkach (zakładając, że wejście analogowe o wystarczająco wysokiej impedancji nie wpłynie znacząco na rzeczy)
Jest tak, ponieważ nie ma nic, co mogłoby obniżyć prąd i obniżyć napięcie.

Bez rezystora

Załóżmy, że czujnik jest podłączony do opampa o rezystancji wejściowej 1 MΩ (dość niski jak opamps, może wynosić 100 MΩ)

Gdy na fotokomórce nie świeci światło, a jej rezystancja wynosi 50 kΩ, otrzymujemy:

5 V \times \frac{1 M Ω}{1 M Ω + 50 k Ω} = 4.76 V

$5~\mathrm{V} \times \frac{1~\mathrm{M}\Omega}{1~\mathrm{M}\Omega + 50~\mathrm{k}\Omega} = 4.76~\mathrm{V}$

Gdy na fotokomórkę świeci światło, a jej rezystancja wynosi 5 kΩ, otrzymujemy:

5 V \times \frac{1 M Ω}{1 M Ω + 5 k Ω} = 4.98 V

$5~\mathrm{V} \times \frac{1~\mathrm{M}\Omega}{1~\mathrm{M}\Omega + 5~\mathrm{k}\Omega} = 4.98~\mathrm{V}$

Możesz więc zobaczyć, że nie ma to tak wielkiego zastosowania - waha się tylko ~ 200 mV między światłem / ciemnością. Jeśli oporność wejściowa opamps była wyższa, jak to często bywa, możesz mówić o kilku µV.

Z rezystorem

Teraz, jeśli dodamy drugi rezystor do uziemienia, to zmieni rzeczy, powiedzmy, że używamy rezystora 20 kΩ. Zakładamy, że jakakolwiek rezystancja obciążenia jest wystarczająco wysoka (a rezystancja źródła wystarczająco niska), aby nie robić znaczącej różnicy, więc nie uwzględniamy jej w obliczeniach (gdybyśmy to zrobili, wyglądałby jak dolny schemat w odpowiedzi Russella)

Gdy na fotokomórce nie świeci światło, a jego rezystancja wynosi 50 kΩ, otrzymujemy:

5 V \times \frac{20 k Ω}{20 k Ω + 50 k Ω} = 1.429 V

$5~\mathrm{V} \times \frac{20~\mathrm{k}\Omega}{20~\mathrm{k}\Omega + 50~\mathrm{k}\Omega} = 1.429~\mathrm{V}$

Ponieważ na fotokomórce świeci światło, a jego opór wynosi 5k, otrzymujemy:

5 V \times \frac{20 k Ω}{20 k Ω + 5 k Ω} = 4.0 V

$5~\mathrm{V} \times \frac{20~\mathrm{k}\Omega}{20~\mathrm{k}\Omega + 5~\mathrm{k}\Omega} = 4.0~\mathrm{V}$

Miejmy nadzieję, że zobaczysz, dlaczego rezystor jest potrzebny do przekształcenia zmiany rezystancji w napięcie.

Z dołączoną odpornością na obciążenie

Dla dokładności załóżmy, że chcesz uwzględnić rezystancję obciążenia 1 MΩ w obliczeniach z ostatniego przykładu:

Aby formuła była lepiej widoczna, uprośćmy rzeczy. Rezystor 20 kΩ będzie teraz równoległy do rezystancji obciążenia, więc możemy połączyć oba w jedną efektywną rezystancję:

\frac{20 k Ω \times 1000 k Ω}{20 k Ω + 1000 k Ω} \approx 19.6 k Ω

$\frac{20~\mathrm{k}\Omega \times 1000~\mathrm{k}\Omega}{20~\mathrm{k}\Omega + 1000~\mathrm{k}\Omega} \approx 19.6~\mathrm{k}\Omega$

Teraz po prostu zastępujemy 20 kΩ w poprzednim przykładzie tą wartością.

Bez światła:

5 V \times \frac{19.6 k Ω}{19.6 k Ω + 50 k Ω} = 1.408 V

$5~\mathrm{V} \times \frac{19.6~\mathrm{k}\Omega}{19.6~\mathrm{k}\Omega + 50~\mathrm{k}\Omega} = 1.408~\mathrm{V}$

Ze światłem:

5 V \times \frac{19.6 k Ω}{19.6 k Ω + 5 k Ω} = 3.98 V

$5~\mathrm{V} \times \frac{19.6~\mathrm{k}\Omega}{19.6~\mathrm{k}\Omega + 5~\mathrm{k}\Omega} = 3.98~\mathrm{V}$

Zgodnie z oczekiwaniami, nie ma dużej różnicy, ale możesz zobaczyć, jak te rzeczy mogą wymagać rozliczenia w niektórych sytuacjach (np. Przy niskiej rezystancji obciążenia - spróbuj uruchomić obliczenia przy obciążeniu 10 kΩ, aby zobaczyć dużą różnicę)

— Oli Glaser
źródło

Właśnie tego szukałem. Byłem zdezorientowany tym, że rezystor byłby przeznaczony głównie dla prądu, a nie napięcia. To jest całkiem fajne.

— Przejściowy

W pierwszym zestawie obliczeń wydaje się, że chciałeś powiedzieć różnicę 200 mV.

— Mark C

@MarkC - Tak, masz rację, dzięki. 5:50 rano tutaj, mój mózg prawdopodobnie poszedł spać jakiś czas temu: :-)

— Oli Glaser,

Niektóre wejścia analogowe, takie jak piny ADC w niektórych uC, mają rezystancje wejściowe tak niskie, jak 10 kΩ.

— tyblu

(1) To dodaje do tego, co mówi Oli.

Dotyczy to sytuacji, gdy obciążenie wyjściowe jest nieobecne lub ma znacznie większą rezystancję niż R1 lub R2 i dlatego można je zignorować.

Prawo Ohma mówi nam, że spadek napięcia na rezystorze jest proporcjonalny do prądu I i rezystancji R. Tak więc

V = I x R

Prąd Iin przepływa przez R1, a następnie przez R2 do ziemi.
Ponieważ prąd jest wspólny dla obu i jest taki sam jak Iin, nie musimy odnosić się do I_in, I_R1 i I_R2 - możemy po prostu odnosić się do dowolnego prądu jako „I”, ponieważ wszystkie są tym samym prądem.

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Więc

Napięcie na R1, V_R1 = I x R1
Napięcie na R2, V_R2 = I x R2.

Ułożenie tych równań możemy napisać

I = V_R1 / R1 i

I = V_R2 / R2

Ponieważ jest to to samo ja, dwie linie są sobie równe, więc

V_R1 / R1 = V_R2 / R2

lub - V_R1 / V_r2 = R1 / R2

Oznacza to, że spadki napięcia na opornikach w nieobciążonym dzielniku napięcia są proporcjonalne do wartości rezystorów.

Tak więc np. Mamy 12 V na dzielniku 30k + 10k, a ponieważ wartości rezystora wynoszą 3: 1, napięcia również będą wynosić 3: 1. Napięcie na 30k wyniesie 9 woltów, a napięcie na 10k wyniesie 3 wolty.

Jest to dość oczywiste, gdy użyjesz go wystarczająco, aby stać się uczciwym, ale nadal jest bardzo potężne i przydatne.

Jeśli Vin ma wewnętrzny opór i jeśli występuje opornik obciążenia, równania stają się bardziej skomplikowane. NIE skomplikowane i nie szczególnie trudne - tylko bardziej skomplikowane. Aby pomóc Ci w nauce, ten kalkulator onine pozwala obliczyć wartości dla tego obwodu:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

http://www.vk2zay.net/calculators/simpleDivider.php

— Russell McMahon
źródło

Niewielki dodatek do komentarza o tym, że rezystor obciążenia jest większy niż R2: Jeśli rezystor obciążenia jest duży w stosunku do R2, nawet stosunkowo duże zmiany rezystancji obciążenia nie wpłyną znacząco na pomiary. Na przykład, jeśli R2 wynosi dokładnie 10k, ale rezystancja obciążenia może zmieniać się w dowolnym miejscu od 1M do 1000M, rezystancja obciążenia przyczyni się tylko do około 1% niepewności wyniku netto. Jeśli wykonasz obliczenia przy założeniu, że rezystancja obciążenia wynosi 2 M, wynik będzie w granicach 0,5% dla wartości rzeczywistych od 1M do nieskończoności.

— supercat