Como nomear o que esse resistor está fazendo?

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Eu tenho um circuito básico que usa um fotorresistor alimentado por uma fonte de cinco volts. Eu fiz esse projeto para mostrar ao meu filho sobre vários sensores e usei um circuito que encontrei online. Parece algo como isto:

esquemático

simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab

A única maneira de explicar isso é que o resistor forneceria um caminho seguro para o aterramento, para que a corrente não flua e prejudique o sensor analógico (deixando apenas "tensão" para ler no fotorresistor).

Não tenho certeza de que seu objetivo é protegê-lo. Eu observei exemplos de resistores pull-pull / pulldown, no entanto, isso parece impedir a entrada lógica de "flutuar". Parece que não o faria neste circuito, pois é uma fonte de tensão variável contínua.

Como nomeio seu objetivo?

Transitório
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Respostas:

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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 MΩ1 MΩ+50. kΩ=4,76 V

Quando há luz brilhando na fotocélula e sua resistência é de 5 kΩ, obtemos:

5 V×1 MΩ1 MΩ+5 kΩ=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 kΩ20 kΩ+50. kΩ=1.429 V

Com a luz brilhando na fotocélula e sua resistência é de 5k, obtemos:

5 V×20 kΩ20 kΩ+5 kΩ=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 kΩ×1000 kΩ20 kΩ+1000 kΩ19,6 kΩ

Agora, simplesmente substituímos os 20 kΩ no exemplo anterior por esse valor.

Sem luz:

5 V×19,6 kΩ19,6 kΩ+50. kΩ=1,408 V

Com luz:

5 V×19,6 kΩ19,6 kΩ+5 kΩ=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)

Oli Glaser
fonte
3
Era exatamente isso que eu estava procurando. Fiquei confuso porque o resistor seria principalmente para a corrente e não para a tensão. Isso é bem legal.
Transitório
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No primeiro conjunto de cálculos, parece que você quis dizer uma diferença de 200mV.
Mark C
1
@ MarkC - Sim, você está certo, obrigado. 5:50 da manhã aqui, meu cérebro provavelmente foi para a cama há um tempo atrás. :-)
Oli Glaser
Algumas entradas analógicas, como pinos ADC em alguns uCs, têm resistências de entrada tão baixas quanto 10kΩ.
tyblu
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(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

  • V = I x R

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.

insira a descrição da imagem aqui

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

  • V_R1 / R1 = V_R2 / R2

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:

insira a descrição da imagem aqui

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

Russell McMahon
fonte
Um pequeno adendo ao seu comentário sobre o resistor de carga ser maior que R2: Se o resistor de carga for grande em relação a R2, mesmo alterações relativamente grandes na resistência de carga não afetarão apreciavelmente as medições. Por exemplo, se R2 é 10k com precisão, mas a resistência de carga pode variar de 1M a 1.000M, a resistência de carga contribuirá apenas com cerca de 1% de incerteza para o resultado líquido. Se você fizer cálculos assumindo uma resistência de carga de 2M, o resultado estará dentro de 0,5% para valores reais de 1M ao infinito.
Supercat 22/12