¿Cómo nombrar lo que está haciendo esta resistencia?

Tengo un circuito básico que utiliza un fotorresistor alimentado por una fuente de cinco voltios. Hice este proyecto para mostrarle a mi hijo sobre varios sensores y usé un circuito que encontré en línea. Se parece a esto:

esquemático

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

La única forma en que podría explicar esto es que la resistencia proporcionaría un camino seguro a tierra para que la corriente no fluya y dañe el sensor analógico (dejando solo "voltaje" para leer desde el fotorresistor).

No estoy seguro de que su objetivo sea protegerlo. He visto ejemplos de resistencias pullup / pulldown, sin embargo, eso parece ser para evitar que una entrada lógica "flote". Parece que no lo haría en este circuito, ya que es un suministro continuo de voltaje variable.

¿Cómo nombro su propósito?

voltage resistors photoresistor Transitorio
fuente

Respuestas:

No es para protección, es para formar un divisor de voltaje con la fotocélula.

Para una fotocélula típica, la resistencia puede variar entre, por ejemplo, 5 kΩ (claro) y 50 kΩ (oscuro).
Tenga en cuenta que los valores reales pueden ser bastante diferentes para su sensor (deberá verificar la hoja de datos para esos)

Si dejamos la resistencia fuera, la entrada analógica verá 5 V de cualquier manera (suponiendo una entrada analógica de una impedancia lo suficientemente alta como para no afectar las cosas significativamente)
Esto se debe a que no hay nada que reduzca la corriente y la caída de voltaje.

Sin resistencia

Supongamos que el sensor está conectado a un opamp con una resistencia de entrada de 1 MΩ (bastante bajo en cuanto a los opamps, puede ser de 100 MΩ)

Cuando no hay luz en la fotocélula y su resistencia es de 50 kΩ obtenemos:

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

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

Cuando hay luz que brilla en la fotocélula y su resistencia es de 5 kΩ, obtenemos:

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

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

Así que puede ver que no es tan útil como esto: solo oscila ~ 200 mV entre claro / oscuro. Si la resistencia de entrada de los opamps fue mayor, como a menudo lo será, podría estar hablando de algunos µV.

Con resistencia

Ahora, si agregamos la otra resistencia a tierra, cambia las cosas, digamos que usamos una resistencia de 20 kΩ. Suponemos que cualquier resistencia de carga es lo suficientemente alta (y la resistencia de la fuente lo suficientemente baja) como para no hacer una diferencia significativa, por lo que no la incluimos en los cálculos (si lo hiciéramos, se vería como el diagrama inferior en la respuesta de Russell)

Cuando no hay luz en la fotocélula y su resistencia es de 50 kΩ, obtenemos:

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

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

Con una luz brillante en la fotocélula y su resistencia es de 5k obtenemos:

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

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

Entonces, con suerte, puede ver por qué se necesita la resistencia para traducir el cambio de resistencia a voltaje.

Con resistencia de carga incluida

Solo por exhaustividad, supongamos que desea incluir la resistencia de carga de 1 MΩ en los cálculos del último ejemplo:

Para que la fórmula sea más fácil de ver, simplifiquemos las cosas. La resistencia de 20 kΩ ahora estará en paralelo con la resistencia de carga, por lo que podemos combinar ambos en una resistencia efectiva:

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

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

Ahora simplemente reemplazamos los 20 kΩ en el ejemplo anterior con este valor.

Sin luz:

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

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

Con luz:

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

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

Como era de esperar, no hay mucha diferencia, pero puede ver cómo se deben tener en cuenta estas cosas en ciertas situaciones (por ejemplo, con una resistencia de carga baja; intente ejecutar el cálculo con una carga de 10 kΩ para ver una gran diferencia)

Oli Glaser
fuente

Esto es exactamente lo que estaba buscando. Estaba confundido porque la resistencia sería principalmente para la corriente, no para el voltaje. Esto es bastante bueno.

Transitorio

En el primer conjunto de cálculos, parece que querías decir una diferencia de 200mV.

Mark C

@ MarkC - Sí, tienes razón, gracias. 5:50 de la mañana aquí, mi cerebro probablemente se fue a la cama hace un tiempo ... :-)

Oli Glaser

Algunas entradas analógicas, como los pines ADC en algunos uC, tienen resistencias de entrada tan bajas como 10kΩ.

tyblu

(1) Esto se suma a lo que dice Oli.

Esto se aplica si una carga de salida está ausente o tiene una resistencia mucho mayor que R1 o R2 y, por lo tanto, puede ignorarse.

La ley de Ohms nos dice que la caída de voltaje a través de una resistencia es proporcional a la corriente I y la resistencia R, de modo que

V = I x R

La corriente Iin fluye a través de R1 y luego a través de R2 a tierra.
Como la corriente es común a ambos y también es la misma que Iin, no necesitamos referirnos a I_in, I_R1 e I_R2; simplemente podemos referirnos a cualquier corriente como "I", ya que todas son la misma corriente.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Entonces

El voltaje a través de R1, V_R1 = I x R1
El voltaje a través de R2, V_R2 = I x R2.

Reorganizando estas ecuaciones podemos escribir

I = V_R1 / R1 y

I = V_R2 / R2

Como es lo mismo, las dos líneas son iguales entre sí

V_R1 / R1 = V_R2 / R2

o - V_R1 / V_r2 = R1 / R2

Es decir, las caídas de voltaje a través de las resistencias en un divisor de voltaje descargado son proporcionales a los valores de las resistencias.

Entonces, por ejemplo, tenemos 12V a través de un divisor de 30k + 10k, entonces como los valores de resistencia son 3: 1, los voltajes también serán 3: 1. Entonces, el voltaje en los 30k será de 9 voltios y el voltaje en los 10k será de 3 voltios.

Esto es bastante obvio una vez que lo usa lo suficiente como para que se convierta de manera correcta en = bvious, pero sigue siendo muy poderoso y útil.

Si Vin tiene resistencia interna y si hay una resistencia de carga, las ecuaciones se vuelven más complicadas. NO complejo y no especialmente difícil, solo más complicado. Para ayudarlo mientras aprende, esta calculadora onine le permite calcular valores para este circuito:

ingrese la descripción de la imagen aquí

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

Russell McMahon
fuente

Una pequeña adición a su comentario acerca de que la resistencia de carga es mayor que R2: Si la resistencia de carga es grande en relación con R2, incluso los cambios relativamente grandes en la resistencia de carga no afectarán apreciablemente las mediciones. Por ejemplo, si R2 tiene una precisión de 10k, pero la resistencia de la carga podría variar entre 1M y 1,000M, la resistencia de la carga solo contribuiría con un 1% de incertidumbre al resultado neto. Si se hacen cálculos suponiendo una resistencia de carga de 2M, el resultado estará dentro del 0.5% para valores reales en cualquier lugar desde 1M hasta el infinito.

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