Não é para proteção, é para formar um divisor de tensão com a fotocélula.
Para uma célula fotoelétrica típica, a resistência pode variar entre, digamos, 5 kΩ (claro) e 50 kΩ (escuro)
Observe que os valores reais podem ser bem diferentes para o seu sensor (você precisará verificar a folha de dados para esses)
Se deixarmos o resistor de fora, a entrada analógica exibirá 5 V de qualquer maneira (assumindo que uma entrada analógica com uma impedância alta o suficiente para não afetar significativamente as coisas)
Isso ocorre porque não há nada para diminuir a corrente e diminuir a tensão.
Sem resistor
Vamos supor que o sensor esteja conectado a um opamp com uma resistência de entrada de 1 MΩ (bastante baixo como opamps, pode ser 100's de MΩ)
Quando não há luz brilhando na fotocélula e sua resistência é de 50 kΩ, obtemos:
5 V × 1 M Ω 1 M Ω + 50 k Ω = 4,76 V
Quando há luz brilhando na fotocélula e sua resistência é de 5 kΩ, obtemos:
5 V × 1 M Ω 1 M Ω + 5 k Ω = 4,98 V
Então você pode ver que não é muito útil assim - apenas oscila ~ 200 mV entre claro / escuro. Se a resistência de entrada dos opamps for maior como costuma ser, você pode estar falando de alguns µV.
With Resistor
Agora, se adicionarmos o outro resistor ao terra, ele muda as coisas, digamos que usamos um resistor de 20 kΩ. Estamos assumindo que qualquer resistência de carga é alta o suficiente (e a resistência da fonte é baixa o suficiente) para não fazer nenhuma diferença significativa, portanto não a incluímos nos cálculos (se o fizéssemos, seria semelhante ao diagrama inferior na resposta de Russell)
Quando não há luz brilhando na fotocélula e sua resistência é de 50 kΩ, obtemos:
5 V × 20 k Ω 20 k Ω + 50 k Ω = 1,429 V
Com a luz brilhando na fotocélula e sua resistência é de 5k, obtemos:
5 V × 20 k Ω 20 k Ω + 5 k Ω = 4,0 V
Esperamos que você possa ver por que o resistor é necessário para converter a mudança de resistência em tensão.
Com resistência à carga incluída
Por uma questão de rigor, digamos que você queira incluir a resistência de carga de 1 MΩ nos cálculos do último exemplo:
Para facilitar a visualização da fórmula, vamos simplificar as coisas. O resistor de 20 kΩ agora estará paralelo à resistência de carga, para que possamos combinar ambos em uma resistência efetiva:
20 k Ω × 1000 k Ω 20 k Ω + 1000 k Ω ≈ 19,6 k Ω
Agora, simplesmente substituímos os 20 kΩ no exemplo anterior por esse valor.
Sem luz:
5 V × 19,6 k Ω 19,6 k Ω + 50 k Ω = 1,408 V
Com luz:
5 V × 19,6 k Ω 19,6 k Ω + 5 k Ω = 3,98 V
Como esperado, não há muita diferença, mas você pode ver como essas coisas precisam ser explicadas em determinadas situações (por exemplo, com baixa resistência à carga - tente executar o cálculo com uma carga de 10 kΩ para ver uma grande diferença)
(1) Isso contribui para o que Oli diz.
Isso se aplica se uma carga de saída estiver ausente ou for muito uma resistência maior que R1 ou R2 e, portanto, puder ser ignorada.
A lei de Ohms nos diz que a queda de tensão através de um resistor é proporcional à corrente I e à resistência R, de modo que
O Iin atual flui através de R1 e depois através de R2 para o solo.
Como a corrente é comum a ambos e também é a mesma que Iin, não precisamos nos referir a I_in, I_R1 e I_R2 - podemos apenas nos referir a qualquer corrente como "I", pois todas são a mesma corrente.
então
A tensão através de R1, V_R1 = I x R1
A tensão através de R2, V_R2 = I x R2.
Reorganizando essas equações, podemos escrever
I = V_R1 / R1 e
I = V_R2 / R2
Como é o mesmo que eu, as duas linhas são iguais entre si, então
ou - V_R1 / V_r2 = R1 / R2
Ou seja, a queda de tensão nos resistores em um divisor de tensão sem carga é proporcional aos valores dos resistores.
Então, por exemplo, por exemplo, temos 12V em um divisor de 30k + 10k e, como os valores do resistor são 3: 1, as tensões também serão 3: 1. Portanto, a tensão nos 30k será de 9 volts e a tensão nos 10k será de 3 volts.
Isso é bastante óbvio quando você o usa o suficiente para se tornar um pouco óbvio, mas ainda é muito poderoso e útil.
Se Vin tiver resistência interna e se houver um resistor de carga, as equações se tornam mais complicadas. NÃO é complexo e não é especialmente difícil - apenas mais complicado. Para ajudá-lo enquanto você aprende, esta calculadora on-line permite calcular valores para este circuito:
http://www.vk2zay.net/calculators/simpleDivider.php
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