Как назвать то, что делает этот резистор?

У меня есть базовая схема, в которой используется фоторезистор с питанием от источника в пять вольт. Я сделал этот проект, чтобы показать моему сыну о различных датчиках и использовал схему, которую я нашел онлайн. Это выглядит примерно так:

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Единственный способ объяснить это, это то, что резистор обеспечит безопасный путь к земле, чтобы ток не попадал и не повредил аналоговый датчик (оставляя только «напряжение» для считывания с фоторезистора).

Я не уверен, что его цель - защитить его. Я рассмотрел примеры резисторов подтягивания / понижения, однако это, по-видимому, предотвращает «плавание» логического входа. Похоже, что он не будет делать это в этой цепи, так как это источник постоянного переменного напряжения.

Как я называю его цель?

Это не для защиты, это для формирования делителя напряжения с фотоэлементом.

Для типичного фотоэлемента сопротивление может варьироваться, скажем, от 5 кОм (светлый) до 50 кОм (темный).
Обратите внимание, что фактические значения могут быть весьма разными для вашего датчика (вам необходимо проверить таблицу данных для них)

Если мы оставим резистор вне, аналоговый вход будет видеть 5 В в любом случае (при условии, что аналоговый вход имеет достаточно высокий импеданс, чтобы не оказывать существенного влияния)
Это происходит потому, что ничто не может поглотить ток и падение напряжения.

Нет резистора

Давайте предположим, что датчик подключен к операционному усилителю с входным сопротивлением 1 МОм (довольно мало, поскольку операционные усилители могут достигать 100 мОм)

Когда на фотоэлементе нет света, а его сопротивление составляет 50 кОм, мы получаем:

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

Когда на фотоэлементе светит свет, а его сопротивление составляет 5 кОм, мы получаем:

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

Таким образом, вы можете видеть, что он не так полезен - он колеблется всего ~ 200 мВ между светом и темнотой. Если входное сопротивление операционного усилителя было выше, чем обычно, вы могли бы говорить несколько мкВ.

С резистором

Теперь, если мы добавим другой резистор к заземлению, это изменит вещи, скажем, мы используем резистор 20 кОм. Мы предполагаем, что любое сопротивление нагрузки достаточно высокое (а сопротивление источника достаточно низкое), чтобы не иметь каких-либо существенных различий, поэтому мы не включаем его в расчеты (если мы это сделаем, это будет выглядеть как нижняя диаграмма в ответе Рассела)

Когда на фотоэлементе нет света, а его сопротивление составляет 50 кОм, мы получаем:

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

Если на фотоэлементе светит свет, а его сопротивление составляет 5 кОм, мы получаем:

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

Таким образом, можно надеяться, что резистор необходим для преобразования изменения сопротивления в напряжение.

С включенным сопротивлением нагрузки

Скажем просто, что вы хотели включить сопротивление нагрузки 1 МОм в расчеты из последнего примера:

Чтобы сделать формулу более наглядной, давайте все упростим. Резистор 20 кОм теперь будет параллелен сопротивлению нагрузки, поэтому мы можем объединить их в одно эффективное сопротивление:

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

Теперь мы просто заменим 20 кОм в предыдущем примере на это значение.

Без света:

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

Со светом:

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

Как и ожидалось, нет большой разницы, но вы можете видеть, как эти вещи, возможно, необходимо учитывать в определенных ситуациях (например, при низком сопротивлении нагрузки - попробуйте выполнить расчет с нагрузкой 10 кОм, чтобы увидеть большую разницу)

(1) Это добавляет к тому, что говорит Оли.

Это применимо, если выходная нагрузка отсутствует или имеет намного более высокое сопротивление, чем R1 или R2, и поэтому может игнорироваться.

Закон Ома говорит нам, что падение напряжения на резисторе пропорционально току I и сопротивлению R, так что

• V = I x R

Ток Iin протекает через R1, а затем через R2 на землю.
Поскольку ток является общим для обоих, а также совпадает с Iin, нам не нужно ссылаться на I_in, I_R1 и I_R2 - мы можем просто ссылаться на любой ток как «I», поскольку все они имеют одинаковый ток.

Так

• Напряжение на R1, V_R1 = I x R1

• Напряжение на R2, V_R2 = I x R2.

Переставляя эти уравнения мы можем написать

• I = V_R1 / R1 и

  I = V_R2 / R2

Поскольку это то же самое, я две линии равны друг другу, так

• V_R1 / R1 = V_R2 / R2

или - V_R1 / V_r2 = R1 / R2

То есть падение напряжения на резисторах в ненагруженном делителе напряжения пропорционально значениям резисторов.

То есть, например, у нас есть 12 В на делителе 30 кОм + 10 кОм, тогда как значения резисторов 3: 1, напряжения также будут 3: 1. Таким образом, напряжение на 30 кОм будет 9 Вольт, а напряжение на 10 кОм будет 3 Вольт.

Это довольно очевидно, если вы используете его достаточно для того, чтобы он стал верным, но все еще очень мощным и полезным.

---

Если Vin имеет внутреннее сопротивление и если есть нагрузочный резистор, уравнения усложняются. НЕ сложный и не особенно сложный - просто более сложный. Чтобы помочь вам, пока вы учитесь, этот onine калькулятор позволяет рассчитать значения для этой схемы:

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