¿Límite superior para los valores de resistencia en el divisor de voltaje? [duplicar]

El divisor de voltaje se rompe cuando ya no es un divisor de voltaje. Y cuando eso pasa? Cuando la corriente a través de la carga comienza a ser del mismo orden de magnitud de la corriente a través de las resistencias del divisor. Pero este puede no ser el único factor para elegir los valores de un divisor de voltaje.

Para el caso específico del Arduino ADC, y de acuerdo con este enlace Impedancia de entrada de los pines analógicos de Arduino Uno? , la impedancia de fuente recomendada para cualquier cosa conectada a una entrada ADC de Arduino debe ser de 10kOhm máx. Dado que la resistencia de su fuente está dominada por sus resistencias, las resistencias del divisor también deben estar en el orden de decenas de kOhm.

La impedancia de entrada de su ADC pone un límite superior a la resistencia del divisor de voltaje utilizable. La impedancia de entrada del ADC aparece en paralelo con \ $ R_2 \ $ y es parte de la ecuación de la relación de división:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

(Los valores de la resistencia son solo para fines de ilustración. Debe consultar la hoja de datos de su ADC para encontrar su impedancia de entrada, que puede no ser puramente resistiva. Además, la hoja de datos de su ADC puede mencionar otras restricciones y / o proporcionar los valores de resistencia recomendados).

Sin la carga ADC, la ecuación del divisor es

$$ V _ {\ text {out}} = \ frac {R_2} {R_1 + R_2} V _ {\ text {in}} $$

Sin embargo, la impedancia de entrada del ADC es en realidad paralela a \ $ R_2 \ $, por lo que el voltaje de salida es realmente

$$ V _ {\ text {out}} = \ frac {R_2 \ parallel R _ {\ text {ADC}}} {R_1 + R_2 \ parallel R _ {\ text {ADC}}} V _ {\ text {in }} $$

Si \ $ R _ {\ text {ADC}} \ gg R_2 \ $ entonces \ $ R _ {\ text {ADC}} \ paralelo R_2 \ approx R_2 \ $ (\ $ R _ {\ text {ADC}} \ $ es efectivamente un circuito abierto) y se puede ignorar en la ecuación del divisor. Sin embargo, si \ $ R _ {\ text {ADC}} \ approx R_2 \ $ entonces \ $ R _ {\ text {ADC}} \ parallel R_2 \ approx R_2 / 2 \ $ y su relación real de división no es lo que pensaba estaba. Una buena regla general es asegurarse de que \ $ 10 \ veces R_2 \ leq R _ {\ text {load}} \ $, donde el ADC es \ $ R _ {\ text {load}} \ $ en este caso.

Además, el ruido generado por una resistencia es proporcional a su resistencia, por lo que verá más ruido con resistencias de muy alto valor.

El límite depende del ancho de banda de ruido del circuito, incluido el cable y el ruido involuntario de fuentes cercanas en transitorios de mV / m o mA / m, y el ancho de banda de señal que necesita. Si el ancho de banda de la señal es 1 segundo de tiempo de subida y el ruido es de 50 Hz, puede usar 1 gigaohm (1e9) = Req y 1nF (1e-9), entonces RC = 1 segundo y obtenga una reducción de -6 dB por octava a 50Hz o 1 .. 2..4..8..16..32 ... 64 (6 octavas) o aproximadamente reducción de ruido de 36 dB.

• Primero, defina los niveles de ruido y el ancho de banda
• 2º define los niveles de señal y el ancho de banda
  • (o error de DC y tiempo de subida o latencia del 10% al 90% donde Tr = 0.35 / f-3dB)
• luego defina la banda de paso LPF y el rechazo de banda f con la atenuación necesaria
• luego se conoce RC, elija R y C para cumplir con todas las especificaciones anteriores.

Si debe superar el ancho de banda de ruido pero es una frecuencia estrecha (como el ruido de línea o el ruido de SMPS), use un filtro de muesca.

• Este método le permite elegir el valor correcto de resistencia para el circuito.
• por ejemplo un puente de impedancia para el suelo puede usar 100k, pero para agua pura puede usar una fuente de corriente constante equivalente a 100G Ohms con cierta frecuencia para evitar los efectos polares de los contaminantes de CC pero usar la capacitancia polar del agua.
• Terraohms es para la química ambiental del laboratorio libre de contaminantes especial, porque todos los contaminantes agregan conductancia en Siemens o una resistencia más baja.
• Por lo general, a bordo, podríamos usar 10k a 10M sin cables de interfaz. Luego, debido a los efectos de antena de los colectores, podríamos usar 50 ohmios a 600 ohmios. para reducir el ruido de ingreso en los circuitos.

  

N.B. Esta mayor omisión en todos los ingenieros novatos es la falta de consideración por el ruido de desajuste de impedancia y el ruido en modo común (CM) en circuitos desequilibrados que se convierten en una señal de ruido diferencial. Aquí es donde los chokes CM o los baluns o las fundas de ferrita se utilizan con señales de interfaz con blindaje de tierra y tierra de estrellas y un filtrado adecuado del ruido de la PS.

Los diferentes chips tienen diferencias sutiles en cómo funcionan sus etapas de entrada analógica que no se describen en sus hojas de datos. Normalmente, cuando se toma una muestra de una entrada analógica, un capacitor dentro del chip se conecta al pin de entrada. Esto hará que la tensión en el pin se tire momentáneamente hacia la tensión en la tapa hasta que la corriente suficiente pueda entrar o salir del pin para alcanzar un voltaje de equilibrio. Tal comportamiento es común a muchas partes.

El aspecto que difiere entre diferentes chips, pero que rara vez se menciona en las hojas de datos, es el voltaje inicial en la tapa antes de que se conecte al pin. He visto algunas partes donde, si se realizan varias lecturas en una sucesión razonablemente rápida, el voltaje de la tapa inicial para cada lectura estará bastante cerca del voltaje en la última lectura. Si se muestrea el mismo canal cada vez, y su voltaje no cambia demasiado, las perturbaciones resultantes serán menores, permitiendo la medición de señales de impedancia relativamente alta sin demasiada pérdida de precisión. También he visto algunas partes donde la tapa parece estar constantemente descargada. Cuando se usa una entrada de alta impedancia, esto hará que todas las muestras se retiren más de lo que deberían, pero en una cantidad que, al menos a corto plazo, sea razonablemente consistente. Sin embargo, para hacer las cosas desagradables, también he visto algunas partes donde la tapa a veces se carga a Vdd y a veces Vss, sin rima o razón aparente. Cuando se utiliza una entrada de alta impedancia, esto puede dar como resultado que algunas lecturas se desvíen y otras se desvíen. La única forma que encontré para obtener lecturas útiles en ese escenario es usar un controlador de baja impedancia.

No estoy familiarizado con el ADC en el Arduino Uno; la experimentación puede ayudar a mostrar lo que hace. Por otro lado, a menos que se documenten problemas de comportamiento sutiles, no hay garantía de que todas las partes futuras sigan actuando de la misma manera.

El ADC tiene un condensador de retención de muestra en la entrada. Probablemente 10pF, como estimación. La constante de tiempo de 10pF y 10MegOhms es de 100 microsegundos, después de lo cual el condensador solo se ha cargado hasta el 63% del valor final (9dB de precisión, 1,6 bits). Después de otro indicador de tiempo, otros 100 microsegundos, el límite se ha cargado hasta el 90% del valor final (18dB de precisión, 3,2 bits). Después de una tercera vez, tienes 5 bits de precisión. Después de 6 constantes de tiempo, tienes una precisión de 10 bits.

Por lo tanto, debe permitir 6 temporadas para que la entrada RC se establezca.

Otra forma de ver el cargo exigido por la retención de muestra del ADC es mediante el $$ $$ Rin = Freq * SampleCap * MaxChargeVoltage $$ donde 1MegaHertz Fsample y 10pF y 5 voltios se ven como $$ 1e6 * 1e-11 * 5 $$ o 500,000 ohmios de carga promedio en su divisor de voltaje. Esto sugiere que hay un error promedio.

Utilice el primer bit de matemáticas ----- el tiempo de ajuste ------ para la mejor precisión de medición.