¿Importa el valor de una resistencia cuando se hace la división de voltaje para reducirla a la mitad?

La hoja de datos de Atmel dice "El ADC está optimizado para señales analógicas con una impedancia de salida de aproximadamente 10 KΩ o menos. Si se usa una fuente de este tipo, el tiempo de muestreo será despreciable".

Para tener una impedancia de 10K \ $ \ Omega \ $ o menos, las resistencias en el divisor deben ser 20K o menos. Como han señalado otros, bajar las resistencias consume más energía, por lo que usar resistencias de 20K tiene sentido para mí.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Editar: para explicar la impedancia de la fuente mirando el "centro" del divisor y la parte superior:

Si la parte superior del divisor va a un voltaje "rígido" (una batería en este caso), la impedancia que mira hacia el punto central es 20K || 20K. Puede pensarlo como 20K || (20K + Rs) donde Rs es la resistencia de la fuente de la batería (o lo que sea que esté conectado a la parte superior del divisor). Desde Rs < < 20K, está muy cerca de 20K || 20K = 10K. Si tuviera que desconectar la batería, (Rs \ $ \ rightarrow \ infty \ $) sería 20K.

La impedancia desde el punto de vista de la batería (mirando hacia abajo en el divisor) es de aproximadamente 20 + 20 = 40K, por lo que el drenaje es solo de unos doscientos uA. Esto se debe a que la impedancia de entrada del ADC es muy alta y está en paralelo con 20K, por lo que es aproximadamente igual a 20K, y está en serie con otros 20K.

No importa fundamentalmente: obtendrá la mitad del voltaje de entrada, independientemente del valor de la resistencia. Sin embargo, debería ser obvio que si usa valores extremadamente grandes, la cantidad de corriente que el divisor de voltaje podrá generar / hundir no será suficiente para el análogo en el pin, ya que tiene alguna capacitancia y fuga, aunque muy poca. actual.

El objetivo es encontrar el valor máximo de resistencia que se interconectará de manera confiable con el pin arduino.

Por mi propia experiencia, creo que las resistencias de 10k funcionarán bien sin perder demasiado poder.

La regla empírica para dimensionar los resistores es asegurarse de que la corriente de polarización del divisor descargado sea aproximadamente \ $ 10 \ veces \ $ la corriente de carga para asegurarse de que el divisor no esté demasiado cargado (pero los resistores son aún lo más grande posible). Esto te da dos ecuaciones y dos incógnitas:

$$ \ frac {R_2} {R_1 + R_2} V _ {\ text {IN}} = V _ {\ text {OUT}} $$

$$ I (R_1 + R_2) = V _ {\ text {IN}} $$

donde \ $ R_ {2} \ $ es el resistor divisor inferior y \ $ I \ $ es la corriente de polarización del divisor descargado (que configuró en \ $ 10 \ veces \ $ la corriente de carga usando la regla de oro ).

Una mejora del divisor sería agregar un búfer de amplificador operacional a la salida del divisor de voltaje:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

La entrada no inversora del amplificador operacional en la salida del divisor de voltaje tiene una corriente de polarización muy baja, por lo que puede usar resistencias muy grandes en el divisor. Si elige un amplificador operacional con una corriente de suministro muy baja, puede utilizar incluso menos energía de la que necesitaría con el divisor por sí solo. La compensación es, por supuesto, la complejidad añadida del amplificador operacional.

Matemáticamente, no importa. Dos resistencias 1K o dos resistencias 10k dividirán el voltaje a la mitad.

En la práctica, debería usar los valores más altos, tal vez yendo a 33K o 47K. Las dos resistencias 1K dibujarán alrededor de 4 miliamperios. Dos resistencias de 47K reducen eso a menos de .1 miliamperios.

Si el tiempo de ejecución es importante, use los valores más altos, de lo contrario, use lo que le guste o tenga a mano.

Yo pondría un condensador de 100 nF (tal vez 10 nF para los resisitores más grandes) desde el punto medio a tierra para filtrar el ruido.

Para determinar el valor óptimo, debe conocer la impedancia de entrada del convertidor A / D. Supongamos que tiene un valor de 10k. Si hace el divisor de voltaje con dos resistencias 10k, funcionará bien ... hasta que conecte el convertidor A / D. ¿Por qué? Debido a que la impedancia de entrada del A / D es comparable con la resistencia del divisor. Luego, siguiendo el ejemplo, si su convertidor A / D tiene una impedancia de entrada de 10k, el divisor de voltaje en cuestión, debe implementarse con resistencias de 1k o incluso más bajas, de modo que cuando conecte en paralelo la impedancia del convertidor de 10k, este valor no sea apreciable. afecta el valor de la resistencia del divisor.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Como muestran los esquemas, sin el A / D conectado

$$ V_O = \ dfrac {V_ {in}} {2} $$

pero si \ $ R_ {AD} \ $ es comparable con \ $ R \ $

$$ V_O = \ dfrac {V_ {in} \ cdot (R \ vert \ vert R_ {AD})} {R + R \ vert \ vert R_ {AD}} $$

En resumen, el valor de las resistencias divisoras, debe ser lo más alto posible, pero que no se ve afectado por el valor del convertidor de impedancia de entrada . Una regla de oro es que la resistencia divisora sería 10 veces más baja que el convertidor de impedancia .

Además, además de usar resistencias que no cargarán demasiado la batería, también considere la tolerancia de las resistencias en el divisor de tensión que influye en la precisión de la tensión medida. Las resistencias de tolerancia más estricta permitirán una medición más precisa.