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 (tendrá que consultarlos en la hoja de datos)
Si dejamos fuera la resistencia, la entrada analógica verá 5 V en cualquier dirección (suponiendo que una entrada analógica con una impedancia lo suficientemente alta como para no afectar las cosas de manera significativa)
Esto se debe a que no hay nada que hunda la corriente y el voltaje de caída.
Sin resistencia
Supongamos que el sensor está conectado a un opamp con una resistencia de entrada de 1 MΩ (bastante bajo como los opamps, pueden ser 100's de MΩ)
Cuando no hay luz brillando en la fotocélula y su resistencia es de 50 kΩ, obtenemos:
$$ 5 ~ \ mathrm {V} \ times \ frac {1 ~ \ mathrm {M} \ Omega} {1 ~ \ mathrm {M} \ Omega + 50 ~ \ mathrm {k} \ Omega} = 4.76 ~ \ mathrm {V} $$
Cuando hay una luz brillando en la fotocélula y su resistencia es de 5 kΩ, obtenemos:
$$ 5 ~ \ mathrm {V} \ times \ frac {1 ~ \ mathrm {M} \ Omega} {1 ~ \ mathrm {M} \ Omega + 5 ~ \ mathrm {k} \ Omega} = 4.98 ~ \ mathrm {V} $$
Así que puedes ver que no es tan útil como esto: solo oscila ~ 200 mV entre luz / oscuridad. Si la resistencia de entrada de los opamps fuera mayor como a menudo será, podría estar hablando unos pocos µV.
Con resistencia
Ahora, si agregamos la otra resistencia al suelo, esto cambia las cosas, digamos que usamos una resistencia de 20 kΩ. Asumimos que cualquier resistencia a la carga es lo suficientemente alta (y la resistencia de la fuente lo suficientemente baja) 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 brillando en la fotocélula y su resistencia es de 50 kΩ, obtenemos:
$$ 5 ~ \ mathrm {V} \ times \ frac {20 ~ \ mathrm {k} \ Omega} {20 ~ \ mathrm {k} \ Omega + 50 ~ \ mathrm {k} \ Omega} = 1.429 ~ \ mathrm {V} $$
Con la luz que ilumina la fotocélula y su resistencia es de 5k, obtenemos:
$$ 5 ~ \ mathrm {V} \ times \ frac {20 ~ \ mathrm {k} \ Omega} {20 ~ \ mathrm {k} \ Omega + 5 ~ \ mathrm {k} \ Omega} = 4.0 ~ \ mathrm {V} $$
Esperamos poder ver por qué se necesita la resistencia para traducir el cambio de resistencia en un voltaje.
Con resistencia de carga incluida
Solo por minuciosidad, digamos que desea incluir la resistencia de carga de 1 MΩ en los cálculos del último ejemplo:
Para hacer 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:
$$ \ frac {20 ~ \ mathrm {k} \ Omega \ times 1000 ~ \ mathrm {k} \ Omega} {20 ~ \ mathrm {k} \ Omega + 1000 ~ \ mathrm {k} \ Omega} \ approx 19.6 ~ \ mathrm {k} \ Omega $$
Ahora simplemente reemplazamos los 20 kΩ en el ejemplo anterior con este valor.
Sin luz:
$$ 5 ~ \ mathrm {V} \ times \ frac {19.6 ~ \ mathrm {k} \ Omega} {19.6 ~ \ mathrm {k} \ Omega + 50 ~ \ mathrm {k} \ Omega} = 1.408 ~ \ mathrm {V} $$
Con luz:
$$ 5 ~ \ mathrm {V} \ times \ frac {19.6 ~ \ mathrm {k} \ Omega} {19.6 ~ \ mathrm {k} \ Omega + 5 ~ \ mathrm {k} \ Omega} = 3.98 ~ \ mathrm {V} $$
Como se esperaba, no hay mucha diferencia, pero puede ver cómo estas cosas deben ser explicadas 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)
