¿Por qué usar una resistencia desplegable con un LDR y un microcontrolador?

Cuando se trabaja con un circuito digital que detecta voltaje analógico, por ejemplo, un microcontrolador, o digamos Arduino, está midiendo voltajes. Sin embargo, sin corriente, el voltaje no puede estar presente.

Para que se cree un voltaje en un componente, debe haber una corriente que fluya en él. Según la ley de Ohm;

\ $ V = I * R \ $, cuando \ $ I = 0 \ $, la ecuación se convierte en; \ $ V = 0 * R = 0 \ $. Por lo tanto, no habrá voltaje y el microcontrolador no podrá medir nada.

Forma adecuada de conexión del sensor

Revisa el esquema de abajo. Primero, eche un vistazo al lado izquierdo, una conexión LDR adecuada con una resistencia desplegable adecuada. Una corriente fluirá a través de R2 y creará una caída de voltaje en ella.

\$Vanalog=Isensor*R_2\$,donde\$Isensor\$sedeterminaconlaresistenciatotaldelsensory\$R_2\$.DadoquelaresistenciadelLDRcambiaconlaluz,lacorriente,porlotanto,elvoltajecambiará.

Esposiblequehayasnotadoquehayunaresistenciaquedibujéenlaentrada.Estosedenominaresistenciadeentrada,oimpedancia,delmicrocontroladorygeneralmenteesmuygrande,como\$10M\Omega\$.

Enestaconfiguración,laresistenciadeentraday\$R_2\$estánconectadasenparalelo,porloquesuresistenciaefectivaserá:

\$\dfrac{1}{\Omega_{total}}=\dfrac{1}{R_2}+\dfrac{1}{R_{in}}=9990.00999\Omega\$queescasiiguala\$10k\Omega\$.Porlotanto,nohabráningúncambio.

ElvoltajeAnalogValueesentonces,

\$Vanalog=Isensor*10k\$,donde\$Isensor\$is\$\dfrac{Vcc}{R_1+10k}\$

Digamosquenuestrosensor\$R_1\$es10kenlacondicióndeiluminaciónactual.Y\$Vcc=5V\$;

\$Isensor=\dfrac{Vcc}{R_1+10k}=\dfrac{5}{10k+10k}=250\muA\$,\$Vanalog=2.5V\$

¿Quépasaríasinohubieraunaresistenciadesplegable?

Sinohubieraunaresistenciadesplegable,laconfiguraciónseríacomosemuestraeneldiagramaacontinuación.Elsensordecorriente,\$Isensor\$seríaelmismoque\$Iinput\$,yaquetodaslascorrientesenuncablesonlasmismas.NuestromicrocontroladormideelAnalogValue,elvoltajeenelpin.

También calculamos los valores para este escenario:

Sabemos que \ $ Isensor = Iinput \ $, ahora supongamos, nuevamente, que LDR es \ $ 10k \ $, AnalogValue se calcula de la siguiente manera;

\ $ Vanalog = Isensor * R_ {in} \ $, donde \ $ Isensor \ $ is \ $ \ dfrac {Vcc} {R_1 + R_ {in}} = \ dfrac {5} {10k + 10M} \ aprox500 * 10 ^ -9 \ approx500nA \ $

Por lo tanto, \ $ Vanalog = Isensor * 10M \ approx (500 * 10 ^ -9) (10 * 10 ^ 6) \ approx5V \ $

Como puede ver, dado que casi no hay flujo de corriente, casi no hay caída de voltaje en el sensor y, aunque pudimos leer 2.5V en la configuración adecuada anterior, hemos leído 5V con la misma luz, es decir cuando \ $ R_1 = 10k \ $. Esta configuración no funcionará.

En su segundo ejemplo, al conectar Vcc, el LDR y la resistencia en serie, esencialmente solo permitiría que diferentes cantidades de corriente fluyan a la entrada analógica. Las entradas analógicas en un microcontrolador tienden a tener una alta impedancia de entrada, por lo que en la mayoría de las circunstancias no obtendría un cambio bueno / confiable en las lecturas. En la práctica, para valores LDR típicos, esperaría que obtuviera una lectura a escala completa todo el tiempo, como si se conectara la entrada ADC a Vcc a través de una resistencia de 10K.

Al conectar el circuito a tierra, se forma un divisor de voltaje, por lo que en lugar de pequeños cambios en la corriente, obtendrá un cambio en el voltaje. Eso permite que el condensador interno en el circuito de muestra y retención ADC se cargue rápidamente para una lectura precisa.

Dos cosas:

• La entrada de un microcontrolador tiene un estado de alta impedancia, que significa: no tierra, no Vcc
• La entrada de un microcontrolador mide el voltaje, no la corriente

Cuando conectas las dos resistencias como divisor de voltaje, como hacen, la corriente fluirá desde Vcc a través de las resistencias a tierra. La tensión sobre la resistencia normal es la tensión que leerá la entrada y puede calcularla con V = IR, siendo R la resistencia de la resistencia normal y I la corriente a través de ambas resistencias. Dado que la corriente depende de la resistencia total, la tensión en el pin de entrada dependerá de la resistencia del LDR.

Sin embargo, cuando conecta las dos resistencias a la entrada en lugar de tierra, no puede fluir ninguna corriente (recuerde el primer punto). Por lo tanto, las resistencias simplemente funcionan como un pull-up y no como un divisor de voltaje. El voltaje en el pin ya no dependerá de la resistencia del LDR.

La resistencia desplegable simplemente actúa en el circuito para crear un potencial divisor . La resistencia del LDR puede cambiar en un amplio rango dependiendo del nivel de luz (por ejemplo, unos cientos de ohmios a unos cientos de miles de ohmios). La unión entre el LDR por lo tanto dará a un voltaje variable entre 5V y (casi) 0v, es decir, el rango de voltaje que puede manejar la entrada del microcontrolador.

La resistencia (10k) limita la corriente máxima que fluye a través del LDR pero su función es proporcionar una señal de voltaje.

Su segundo circuito sin una conexión a tierra (0 V) conectada a la entrada (que toma muy poca corriente) significa que la entrada solo verá la 5 V (Vcc) incluso cuando la resistencia del LDR cambie entre sus extremos.