LM358 (wzmacniacz operacyjny) Dla czujnika światła?

Patrzę na ten czujnik światła :

Jaki jest sens posiadania LM358 (podwójnego wzmacniacza operacyjnego, jak sądzę) dla czujnika światła? Może coś mi umknęło ... ale do czego to właściwie służy?

Wiem, że to prawdopodobnie proste i głupie pytanie. Ale dlaczego nie możesz po prostu odczytać danych analogowych z czujnika światła?

LDR i 10 k$\Omega$rezystor razem tworzą dzielnik napięcia, którego moc wyjściowa zależy od rezystancji LDR. Jeśli podłączysz wyjście do obwodu o niskiej impedancji, który będzie równoległy do ​​jednego z oporników i zniekształci odczyt.

edit (ponownie pytanie Saurona w celu uzyskania dalszych wyjaśnień)
„Impedancja” to ogólne słowo określające każdy rodzaj obciążenia, ale tutaj możemy to nazwać „oporem”. Załóżmy, że oporność naszego LDR wynosi 10 tys$\Omega$. Następnie z 10 tys$\Omega$ rezystancja szeregowa utworzą dzielnik 1/2, a moc wyjściowa wyniesie 2,5 V. Ale jeśli moc wyjściowa przejdzie do następnej części obwodu, która również ma 10 k$\Omega$ rezystancja uziemienia, która stałaby się równoległa do rezystancji szeregowej LDR, a dwa 10 k$\Omega$ równolegle rezystory dają 5 k$\Omega$odporność. Więc dzielnik nie jest już 10 tys. LDR$\Omega$ szeregowo z rezystorem szeregowym o wartości 10 k$\Omega$, ale z 5 tys$\Omega$, a następnie współczynnik dzielnika wynosi 1/3 zamiast 1/2. Moc wyjściowa wyniesie 1,67 V zamiast 2,5 V. W ten sposób rezystancja obciążenia może zniekształcić odczyt. W praktyce różnica może nie być tak duża, ale w wielu przypadkach odczyt 2,4 V zamiast oczekiwanego 2,5 V jest już zbyt dużym błędem.

Bufor wzmocnienia jedności izoluje dzielnik od obciążenia.

Opamp ma wysoką impedancję wejściową i dlatego nie zmienia odczytu.

Jeśli podłączysz wyjście dzielnika bezpośrednio do ADC mikrokontrolera, bufor prawdopodobnie nie będzie potrzebny.
Wartości z wykresu LDR dają w przybliżeniu

30 tys$\Omega$ do 100 tys$\Omega$przy 1 luksie,
15 tys$\Omega$średnio przy 10 luksach,
2,5 k$\Omega$ do 3,5 tys$\Omega$ przy 100 luksach

Z 10 tys$\Omega$rezystor szeregowy, co oznacza, że ​​przy zasilaniu 5 V napięcie wyjściowe może zmieniać się od 0,45 V do 4 V. Wyjście LM358 może obsłużyć dolną granicę, ale 4 V może stanowić problem. Oczywiście, jeśli musisz użyć bufora, użyj zamiast tego opamp Rail-To-Rail. Jak powiedziałem, do połączenia z mikrokontrolerem prawdopodobnie nie potrzebujesz go.

edytuj
Zatem tak naprawdę nie potrzebujesz płytki drukowanej, po prostu kup LDR. Russell komentuje ograniczony zakres zastosowanego tutaj LDR i ma rację. 100 luksów to to, co dostajesz w bardzo ciemny dzień. Gdy tylko wyjdzie słońce, możesz mieć więcej, nawet w pomieszczeniu. Zamiast wybierać inny LDR, przeszedłbym na fototranzystor . Są znacznie szybsze niż niewiarygodnie wolne LDR-y, a ponieważ mają prąd wyjściowy, napięcie rezystora będzie liniowe względem padającego światła. Używasz ich w ten sam sposób: szeregowo z rezystorem.

Ten fototranzystor jest dostosowany do czułości spektralnej oka. Jest on określony od 10 luksów (zmierzch) do 1000 luksów (pochmurny dzień), chociaż bez problemu pracowałem z nim na poziomach tak niskich jak 1 luks (głęboki zmierzch) i nawet kilku tysięcy luksów (pełne światło dzienne).

Opisy poziomów oświetlenia stąd

Ich schemat pokazano poniżej.
Dodałem połączenie odwracającego wejścia Opampa do wyjścia Opampa, jak pokazały to etykiety netto D1, ale łatwo go przeoczyłem ze względu na żałosny schemat. jakość. W tym przypadku nie było potrzeby używania net-label do ukrycia tego połączenia, a to ukrywa klasyczną konfigurację bufora wzmocnienia jedności.
Gdy 100% mocy wyjściowej opampa jest przekazywane z powrotem do wejścia odwracającego, tak jak to tutaj zrobiono, wyjście śledzi wejście nieodwracające. Wyjście może sterować tym, co jest w stanie napędzać opamp, podczas gdy wejście może mieć niską zdolność napędu, a jedynie musi być w stanie sterować wejściem opamp.

Wejście nieodwracające opamp „widzi” napięcie w punkcie wspólnym R_LDR i R1 =

Vin = Vcc x (R1 / (R1 + R_LDR)

Zły obwód!

Ważnym punktem, który wydaje się być pominięty, jest to, że opamp LM358 ma maksymalne dopuszczalne napięcie wejściowe mniejsze niż Vcc aż o 1,5 V przy 25 ° C lub nawet 2 V w całym zakresie temperatur.
Oznacza to, że w temperaturze 25 ° C, gdy Vcc = 5 V, maksymalne napięcie wejściowe, z którym układ scalony może sobie poradzić, wynosi 5 - 1,5 = 3,5 V DC. Jeżeli napięcie wejściowe jest coraz wyższe niż 3,5 VDC przy Vcc = 5 V, wówczas moc wyjściowa może być nieokreślona.

Spojrzenie na ich zdjęcie pokazuje R1 = 10k.

Jak wyżej, napięcie w opampie = Vcc x (R1 / (R1 + R_LDR)
Będzie to równe 3,5 V, gdy 3,5 V spadnie na R1 i 1,5 V spadnie na R_LDR. Więc dzieje się tak, gdy R_LDR = 1,5 / 3,5 x 10k = 4300 Ohm.
Gdy rezystancja LDR spada wraz ze wzrostem światła, górny dozwolony limit światła jest wtedy, gdy R_LDR = 4200 Ohm, ALE LDR jest pokazany na stronie Wiki jako zmniejszający się do 1K przy 100 luksach (pokazano, że jest to rozpiętość od 1k do 2k dla typowego produktu).

Wartość światła, przy której Vin = 3,5 V, można odczytać z wykresu. Jak widać, gdy LDR = 4k3, poziom luksów = gdzieś w zakresie od 40 do 70 luksów. Ponieważ LDR jest pokazany jako 1K przy 100 luksach, niektóreampery pozwolą na zmierzenie mniej niż połowy pożądanego zakresu. W praktyce wiele wzmacniaczy może przekraczać 3,5 V ranmge w trybie wspólnym, a mierzalny poziom luksów będzie wyższy.

Wybór LDR:

Maksymalny poziom luksów jest pokazany jako 100 luksów. Jest to poziom odpowiedni do czytania, ale znacznie niższy niż zalecany do oświetlenia domowego. Pełne światło słoneczne wynosi 100 000 luksów, a typowy zachmurzony, ale niezupełnie burzowy dzień może wynosić 10 000 luksów. Zatem limit 100 luksów czujnika wydaje się bardzo niski dla interesujących celów eksperymentalnych. Cena PCBA to OK 5 USD (choć ktoś taki jak Sparkfun powinien sprzedać coś tak prostego za znacznie mniej) ALE w wielu przypadkach zakup LDR i dodanie rezystora i zasilenie 5 V bez bufora opampa równie użyteczny wynik, a także możliwość wyboru LDR, który może być bardziej ogólnie użyteczny.