Ausgangswiderstand des Potentiometersensors mit Parallelwiderstand ermitteln

Die Daten

Ich versuche, eine Sensorschaltung zu verstehen, auf die ich gestoßen bin, die ich wie folgt vereinfacht habe:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Kurz gesagt, es ist ein Potentiometersegment parallel zu einem Widerstand mit niedrigerem Wert. Die Ausgangsspannung an Vwiper wird in eine Automobil-ECU eingespeist. Ich kann den Potentiometerwiderstand nicht messen, ohne die Schaltung zu modifizieren, aber für das Beispiel habe ich Rpot einen Wert von 1K gegeben.

  • Ich verstehe, dass der Parallelwiderstand (Rpar) den Widerstandsbereich des Potentiometers auf den Wert des Parallelwiderstands begrenzt.
  • Ich habe auch gelesen , dass die Widerstandskurve, die bei Vwiper vs. Potentiometer-Wischerposition zu sehen ist, nicht linear sein sollte.

Update: Nach dem Feedback in Antworten habe ich die Schaltung weiter vereinfacht und das Potentiometer als zwei Widerstände modelliert, deren Wert von der Wischerposition abhängt:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die Spannung steigt in den Simulationsergebnissen linear mit der Position an, was durch meine Messungen an der physikalischen Schaltung bestätigt zu werden scheint.

Ich habe auch Rwiper vs. Position auf der realen Schaltung gemessen, die nicht linear zu sein scheint. Es ist ein winziger Potentiometerstreifen, daher ist die Messung nicht genau genau:

Rwiper-Widerstandskurve

Beachten Sie, wie der Ausgangswiderstand bei etwa 65 Ω beginnt und bis zu ca. 250 Ω und fällt schließlich auf den Rpar-Wert (30 Ω) ab. Ich nehme an, es beginnt bei 65 Ω, weil die Wischerruheposition nicht ganz auf 0 Ω heruntergeht.

Für mehr Hintergrund (überspringen, wenn nicht benötigt), hat der Sensor eine durchgehende Widerstandsspur, die in 7 Segmente unterteilt ist. Jedes Segment der Spur hat einen parallelen Widerstand wie den gezeigten, jeder mit einem abnehmenden Wert in logarithmischer Progression. Ich habe den Rest der gestapelten Segmente der Einfachheit halber in R4 zusammengefasst.

Der Ausgang zwischen Vwiper und GND ist eine logarithmische Kurve. Ich glaube, der Zweck der Segmente und der parallelen Widerstände besteht darin, eine stückweise Annäherung durchzuführen, um diese Spannungskurve zu erhalten.

Die Frage

Ich kann die Ausgangsspannung messen und darstellen, aber irgendwie kann ich nicht verstehen, wie das Widerstandsnetzwerk tatsächlich funktioniert.

Mit anderen Worten, angesichts dieser vereinfachten Schaltung möchte ich verstehen und wenn möglich darstellen, wie sich der Ausgangswiderstand zwischen Vwiper und Vinit als Funktion des Wischerwegs ändert.

Es ist viele Jahre her, seit ich eine Schaltungsanalyse durchgeführt habe, daher wären Hinweise zu der Frage hilfreich:

  • Was ist die Gleichung, die den von Vwiper gesehenen Ausgangswiderstand bestimmt?
Ich sollte wahrscheinlich keinen Kommentar abgeben, weil ich der Frage nicht vollständig folge, aber haben Sie versucht, die Schaltung durch das Thevenin-Äquivalent zu ersetzen? en.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9venin%27s_theorem Ich frage mich auch, warum Sie den Ausgangswiderstand des Potentiometers wissen möchten. Es scheint, als würden Sie sich nur mit der Ausgangsspannung befassen, da diese wahrscheinlich nur von einem sehr hochohmigen Eingang gelesen wird.
@ Adam Danke. Wie in der Frage erwähnt, wollte ich verstehen, wie sich der Widerstand veränderte (was jetzt aus der akzeptierten Antwort hervorgeht). Ich bin mir bewusst, dass die wichtige Größe die Spannung ist. Nach dem Thevenin-Ersatzschaltbild habe ich es versucht und bin gescheitert: Wenn die Spannungsquellen kurzgeschlossen werden, gibt es einen Kurzschluss über Rpar. Ich wusste nicht genau, was ich damit anfangen sollte: Wenn Rpar verkürzt würde, würde es nicht in der endgültigen Widerstandsgleichung erscheinen, also blieb ich dort hängen.

Antworten (3)

Die Gleichung, in der Rlow der Low-Side-Widerstand des Potentiometers ist

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R = Rniedrig || (Rpot-Rlow +Rpar) = Rlow * (Rpot-Rlow +Rpar)/(Rlow + Rpot-Rlow +Rpar) = Rlow * (Rpot-Rlow +Rpar)/(Rpot+Rpar)

Sie können den Pot-Wert aus dem Maximalwert finden, der ~ 260 Ohm beträgt

R hat ein Maximum bei Rlow = Rpot-Rlow +Rpar (beide Pats sind gleich) und Rlow = 2 * Rmax = 520 Ohm

Von hier aus finden wir heraus, dass Rpot = 2 * Rlow - Rpar = 1010 Ohm, Ihre Vermutung war nahe.

Für ein lineares Potentiometer sieht der R-Graph (% Rlow von Rpot) folgendermaßen aus:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wie Sie sehen, sieht es nicht wie Ihr Diagramm aus, was bedeutet, dass der Pot nicht linear ist.

Super, genau das habe ich gesucht! Ich habe es jetzt geschafft, die gleiche Ausgabe wie Ihr Diagramm mit Rwiper = R2eqn*(R1eqn+Rpar)/(R_pot+R_par) zu zeichnen; wobei R1eqn und R2eqn Ihr Rpot-Rlow und Rlow sind, aber durch die äquivalenten Funktionen in der Gleichung des ursprünglichen Beitrags definiert sind. Und tatsächlich ist mein Potentiometer nicht linear. Jedes Segment ist keilförmig, mit zunehmender Höhe, wenn sich der Wischer zu seinem Ende bewegt. Eine letzte Sache, die ich noch nicht ganz begreifen kann, ist jedoch, wie die Spannung linear ist. Aber das könnte das Thema einer anderen Frage sein, danke!
@JohnM Mir ist nicht klar, was mit der V5-Quelle passiert, wenn R gemessen wird. Sie ist vollständig getrennt oder nur ausgeschaltet?
Ich habe die Spannungsquelle getrennt, als ich R gemessen habe.
Dann ist es wirklich seltsam. Könnte es mit der ECU Eingangsimpedanz zu tun haben? Sehr eigenartig. Ich dachte, ein Reststrom verändert die Messwerte.
Keine Sorge, meine Hauptfrage ist beantwortet. Ich könnte dies als separate Frage formulieren und von dort aus weiterleiten. Vielleicht habe ich mich nicht allzu gut ausgedrückt. Bei der Messung des Widerstands zur Erstellung des Diagramms war der Sensor eigenständig (dh weder an eine Spannungsquelle noch an die ECU angeschlossen). Es fiel mir nur auf, dass als separater Test oder mit der Simulation (siehe Diagramm zur ursprünglichen Frage) der Spannungsausgang linear war, da der Widerstandsgraph dies nicht war. Aber ich habe das Gefühl, dass mir wahrscheinlich ein sehr grundlegendes Prinzip fehlt.

Lassen Sie sich nicht von der Tatsache verwirren, dass sich in der Schaltung ein Potentiometer befindet. In jeder Einstellung können Sie das Potentiometer durch zwei Festwiderstände ersetzen. Sobald Sie das getan haben, müssen Sie ein einfaches 4-Widerstands-Netzwerk lösen.

Lösen Sie dies bei so vielen Poti-Einstellungen, wie Sie möchten, um ein Diagramm der Spannung als Funktion der Pot-Position zu erhalten.

Mit ein wenig zusätzlicher Mathematik, die die beiden Widerstände definiert, als die Sie den Topf modellieren, können Sie die geschlossene Gleichung der Ausgangsspannung als Funktion der Topfposition aufschreiben.

Danke, mal sehen, ob ich den Schaltplan mit dem Ersatz der beiden Festwiderstände aktualisieren kann. In Bezug auf das Spannungsdiagramm möchte ich das jedoch nicht darstellen, sondern den Widerstand als Funktion der Topfposition.
@John: So oder so, wenn Sie den Topf in zwei Widerstände aufteilen, gelangen Sie dorthin, unabhängig davon, ob Sie nach der Ausgangsspannung oder dem Ausgangswiderstand suchen.
Das ist leider der Teil, mit dem ich zu kämpfen habe (Entschuldigung, wenn die Antwort offensichtlich ist, ich habe seit vielen Jahren keinen Kontakt mehr zur Schaltungsanalyse). Auf jeden Fall habe ich die ursprüngliche Frage mit dem Potentiometer-Breakout in zwei Widerstände aktualisiert, ich hoffe, dass dies und die Schaltungsvereinfachung korrekt sind.

Wenn Sie den Widerstand zwischen Vwiper und GND messen, spielen R4 und Spannungsquelle keine Rolle und können zur Verdeutlichung entfernt werden. Wenn Sie von Vinit messen, ist R2 auch irrelevant.

Was Sie übrig haben, sind zwei parallel geschaltete Widerstände, wobei der Wischer von 0 unten bis Rpot||Rpar oben misst.

Um den Widerstand in der Mitte zu verstehen, schlage ich vor, dass Sie Rpar durch einen Draht ersetzen, da sein Widerstand im Vergleich zu Rpot sehr klein ist. Alles, was dies tun wird, ist, den Wischerwiderstand an beiden Enden auf 0 zu setzen, und Ihr Diagramm wird symmetrisch sein.

Wenn Sie den Wischer nun entlang bewegen, wird er vom Ende immer weiter gehen und den Widerstand gegen (Rpot/2)||(Rpot/2) in der Mitte erhöhen. Dann nähert es sich dem anderen Ende und reduziert schließlich den Widerstand wieder auf 0. Übrigens, dies gibt Ihnen eine einfache Möglichkeit, den tatsächlichen Rpot-Wert zu messen.

Wenn Sie Rpar wieder in das Bild zurückbringen, werden Sie sehen, dass es nur eine Seite der Kurve anhebt und sie ein wenig verzerrt.

Ich hoffe, das gibt Ihnen genug Hinweise, um eine Gleichung zu finden.

Vielen Dank. Deine und Olin Lathrops Antworten haben mich weitergebracht. Ich habe die ursprüngliche Frage mit einer weiter vereinfachten Schaltung aktualisiert. Habe aber immer noch Probleme mit der Berechnung des Ausgangswiderstandes bei Vwiper aus den nun 3 Widerständen. Ich bin mir nicht ganz sicher, ob ich verstanden habe, wie das Ersetzen von Rpar durch einen Draht den Widerstand an beiden Enden zu 0 macht und nicht an einem Ende zu 0 und am anderen zu Rpot.
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