¿Cómo puedo aislar los divisores de voltaje para que no sean interferidos por otras partes del circuito?

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Tengo un circuito pequeño y muy básico que funciona con un LED RGB. Tiene un potenciómetro que me permite establecer el nivel de brillo para la noche y un LDR que me permite detectar la noche.

Tomé algunas medidas del LDR en diversas condiciones de iluminación para poder seleccionar una resistencia razonable para poner en serie con el LDR como divisor de voltaje.

En la práctica, sin embargo, las lecturas no fueron lo que yo esperaba. Si mido la resistencia del LDR con mi multímetro, es aproximadamente 1/5 de lo que había medido cuando no estaba en el circuito.

Seleccioné una resistencia de 51K Ohm para el circuito divisor LDR. Mi multímetro también está midiendo eso como 10K Ohm. El potenciómetro que estoy usando para configurar el brillo es de 10K Ohm, pero en el circuito mide aproximadamente 3K Ohm.

Supongo que estas resistencias se reducen porque están en paralelo entre sí, pero no puedo averiguar cómo aislarlas para obtener lecturas confiables para el microcontrolador.

Haré mi mejor esfuerzo para burlarme del circuito. . .

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Basándome en algunos de los comentarios, decidí que debía aislar partes del circuito para ver si podía reproducir las mediciones en todo el circuito. Construí este circuito en una placa de pruebas y las medidas son las mismas que mencioné anteriormente. Es decir, mis resistencias esperadas se reducen en aproximadamente un 66%.

simular este circuito

    
pregunta D. Patrick

2 respuestas

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Esto es un poco de un problema X-Y. No puede medir con precisión las resistencias involucradas en los divisores de voltaje cuando el circuito no está alimentado, porque las resistencias constituyentes se enrollan en paralelo. Por ejemplo, cuando intenta medir la resistencia en el LDR, termina por medir la resistencia de este circuito:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Lo que, si haces las matemáticas, te da:

\ $ R_ {medido} = \ frac {1} {\ frac {1} {R_ {LDR}} + \ frac {1} {R_ {1} + R_ {2}}} \ $

\ $ R_ {medido} = \ frac {1} {\ frac {1} {82k} + \ frac {1} {51k + 10k}} = 34.97k \ Omega \ $

Dicho esto, esto no significa que los dos divisores interfieran entre sí en el circuito. En ese caso, siempre que la fuente de alimentación sea estable y tenga una impedancia baja, el voltaje en todo el divisor puede considerarse fijo. La forma típica en que el circuito circundante interfiere con la salida de un divisor de voltaje es cuando se extrae suficiente corriente del divisor de voltaje para crear un error significativo en el divisor.

simular este circuito

Idealmente, la corriente de carga en la salida del divisor de voltaje sería cero, y si el divisor de voltaje estuviera conectado a la entrada de un amplificador operacional, eso sería lo suficientemente cercano a verdadero. Sin embargo, si extraemos una cantidad sustancial de \ $ I \ $ actual del divisor, obtenemos un error:

Si \ $ I \ $ es cero: \ $ V_ {out} = \ frac {V} {R_ {1} + R_ {2}} \ veces R_ {2} \ $

Si \ $ I \ $ no es cero: \ $ V_ {out} = (\ frac {V } {R_ {1} + R_ {2}} - I) \ veces R_ {2} \ $

(tenga en cuenta que el signo de \ $ I \ $ depende de la dirección del flujo de corriente, por lo que el error podría aumentar o disminuir nuestra lectura real)

Esto muestra que la cantidad de corriente que fluye fuera del divisor de voltaje \ $ (I) \ $ debe ser sustancialmente más pequeña que la corriente que fluye a través del divider \ $ (\ frac {V} {R_ {1} + R_ {2}}) \ $ para minimizar este error.

Ahora, no ha mencionado si sus lecturas de ADC se están publicando como espera, pero discutamos la principal fuente potencial de error allí de todos modos. Para empezar, veamos cómo es un canal de ADC típico, eléctricamente. En este caso, tendrá un condensador de muestreo que se conectará temporalmente a la entrada durante un período de tiempo antes de que el ADC realice la conversión. Algo como esto:

simular este circuito

Lo que esto significa es que durante el tiempo de muestreo, el mux de entrada habrá conectado el canal de entrada apropiado al condensador de muestreo, y el condensador se cargará (o descargará) hacia el voltaje de entrada a una tasa determinada por la capacitancia y el impedancia de lo que esté conectado a la entrada ADC seleccionada (en este caso, uno de sus divisores de voltaje). Para obtener una lectura precisa, su tiempo de muestreo debe ser un múltiplo de la constante de tiempo del condensador de muestreo y su impedancia de entrada total (consulte la hoja de datos para obtener más información). Si su tiempo de muestreo es inadecuado, sus lecturas de ADC estarán desactivadas, ya que el condensador de muestreo no tiene el tiempo adecuado para cargar o descargar al voltaje correcto.

Por esta razón, el tiempo de muestreo en los ADC de MCU generalmente es configurable, ya que el tiempo de muestreo requerido dependerá de la naturaleza de los circuitos que está intentando medir. Si tiene algunos circuitos de impedancia realmente alta, probablemente querrá usar un búfer de op-amp como sugiere otra respuesta. Sin embargo, en su caso, esto es totalmente innecesario siempre que su tiempo de muestreo esté configurado correctamente.

    
respondido por el ajb
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La forma más sencilla de hacerlo es utilizar un circuito de búfer de amplificador operacional:

V_inestáconectadoalasalidadesudivisordevoltaje,yV_outseconectaalrestodelcircuito.

Nofluyecorrientealasentradasdeunamplificadoroperacional(prácticamentehablando,detodosmodos),porloqueestonoafectaráelcomportamientodeldivisordevoltaje.Latensióndesalidadelamplificadoroperacionalseguiráexactamentelatensióndeentrada,yaqueesunamplificadorx1.Estasueleserlaformamásfácildeaislarsudivisordevoltajedelrestodelcircuitoparaquelaimpedanciaadicionalnoafectelasalidadeldivisordevoltaje.

EDITAR:Esposiblequenecesiteusarunodeestoscomosuministroalosdivisoresdevoltajeparasuconfiguraciónparticular.Enesecaso,conecteV_inasuVccyV_outala"parte superior" del divisor de resistencia.

    
respondido por el DerStrom8

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