Spielt der Wert eines Widerstands bei der Spannungsteilung eine Rolle, um ihn zu halbieren?

Im Atmel-Datenblatt heißt es: "Der ADC ist für analoge Signale mit einer Ausgangsimpedanz von ungefähr 10 kΩ oder weniger optimiert. Wenn eine solche Quelle verwendet wird, ist die Abtastzeit vernachlässigbar."

Um eine Impedanz von 10K zu haben$\Omega$oder weniger, die Widerstände im Teiler sollten 20K oder weniger betragen. Wie andere angemerkt haben, verbraucht das Absenken der Widerstände mehr Strom, daher ist die Verwendung von 20K-Widerständen für mich sinnvoll.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Bearbeiten: Um die Quellenimpedanz zu erklären, die in die "Mitte" des Teilers und die Oberseite schaut:

Wenn die Spitze des Teilers auf eine "steife" Spannung geht (in diesem Fall eine Batterie), beträgt die Impedanz mit Blick auf den Mittelpunkt 20K||20K. Sie können es sich als 20K||(20K+Rs) vorstellen, wobei Rs der Quellwiderstand der Batterie ist (oder womit auch immer die Oberseite des Teilers verbunden ist). Da Rs << 20.000 ist, liegt es sehr nahe bei 20.000||20.000 = 10.000. Wenn Sie die Batterie abklemmen würden (Rs$\rightarrow\infty$) wären es 20K.

Die Impedanz aus Sicht der Batterie (Blick nach unten in den Teiler) beträgt etwa 20 + 20 = 40 K, sodass der Stromverbrauch nur ein paar hundert uA beträgt. Das liegt daran, dass die Eingangsimpedanz des ADC sehr hoch ist und parallel zu 20 K liegt, also ungefähr 20 K entspricht, und in Reihe mit weiteren 20 K liegt.

Es spielt grundsätzlich keine Rolle - Sie erhalten unabhängig vom Widerstandswert die halbe Eingangsspannung. Es sollte jedoch offensichtlich sein, dass bei Verwendung extrem großer Werte die Strommenge, die der Spannungsteiler liefern/senken kann, für den analogen In-Pin nicht ausreicht, da er einige, wenn auch sehr geringe Kapazitäten und Leckagen aufweist Strom.

Das Ziel ist also, den maximalen Widerstandswert zu finden, der zuverlässig mit dem Arduino-Pin verbunden ist.

Aus meiner eigenen Erfahrung denke ich, dass 10k-Widerstände gut ausreichen, ohne zu viel Strom zu verschwenden.

Als Faustregel für die Dimensionierung der Widerstände gilt, dass der Ruhestrom des unbelasteten Teilers etwa gleich groß ist$10\times$den Laststrom, um sicherzustellen, dass der Teiler nicht zu stark belastet wird (aber die Widerstände sind immer noch so groß wie möglich). Dies gibt Ihnen zwei Gleichungen und zwei Unbekannte:

wo$R_{2}$ist der untere Teilerwiderstand und$I$ist der Ruhestrom des unbelasteten Teilers (den Sie einstellen$10\times$den Laststrom mit der Faustregel).

Eine Verbesserung des Teilers wäre das Hinzufügen eines Operationsverstärkerpuffers zum Ausgang des Spannungsteilers:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers am Ausgang des Spannungsteilers hat einen sehr niedrigen Vorspannungsstrom, sodass Sie sehr große Widerstände im Teiler verwenden können. Wenn Sie einen Operationsverstärker mit sehr niedrigem Versorgungsstrom wählen, können Sie sogar noch weniger Strom verbrauchen, als Sie mit dem Teiler selbst benötigen würden. Der Kompromiss ist natürlich die zusätzliche Komplexität des Operationsverstärkers.

Mathematisch spielt es keine Rolle. Zwei 1-kΩ-Widerstände oder zwei 10-kΩ-Widerstände teilen beide die Spannung in zwei Hälften.

In der Praxis sollten Sie die höheren Werte verwenden, etwa 33 kΩ oder 47 kΩ. Die beiden 1-kΩ-Widerstände ziehen etwa 4 mA. Zwei 47-kΩ-Widerstände bringen das auf weniger als 0,1 mA.

Wenn die Laufzeit wichtig ist, verwenden Sie die höheren Werte, ansonsten verwenden Sie, was Ihnen gefällt oder zur Hand ist.

Ich würde einen 100-nF-Kondensator (vielleicht 10 nF für die größeren Widerstände) vom Mittelpunkt auf Masse legen, um Rauschen herauszufiltern.

Um den optimalen Wert zu ermitteln, müssen Sie die Eingangsimpedanz des A/D-Wandlers kennen. Angenommen, es hat einen Wert von 10.000. Wenn Sie den Spannungsteiler mit zwei Widerständen 10k machen, wird es gut funktionieren ... bis Sie den A / D-Wandler anschließen. Warum? Denn die Eingangsimpedanz des A/D ist vergleichbar mit dem Widerstand des Teilers. Dann, dem Beispiel folgend, wenn Ihr A/D-Wandler 10k Eingangsimpedanz hat, sollte der betreffende Spannungsteiler mit Widerständen von 1k oder noch kleiner realisiert werden, so dass bei Parallelschaltung der Wandlerimpedanz von 10k dieser Wert nicht nennenswert ist beeinflussen den Wert des Teilerwiderstands.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Wie die Schaltpläne zeigen, ohne angeschlossenen A/D

aber falls$R_{AD}$ist vergleichbar mit$R$

Kurz gesagt, der Wert der Teilerwiderstände sollte so hoch wie möglich sein, was jedoch nicht durch den Wert der Eingangsimpedanz des Wandlers beeinflusst wird . Als Faustregel gilt, dass der Teilerwiderstand 10 mal kleiner als die Impedanz des Wandlers wäre .

Berücksichtigen Sie neben der Verwendung von Widerständen, die die Batterie nicht zu stark belasten, auch die Toleranz der Widerstände im Spannungsteiler, die die Genauigkeit der gemessenen Spannung beeinflussen. Enger tolerierte Widerstände ermöglichen eine genauere Messung.