Wie kann ich Spannungsteiler isolieren, damit sie nicht durch andere Teile der Schaltung gestört werden?

Das ist ein kleines XY-Problem. Sie können die an den Spannungsteilern beteiligten Widerstände nicht genau messen, wenn die Schaltung nicht mit Strom versorgt wird, da die einzelnen Widerstände parallel gewickelt werden. Wenn Sie beispielsweise versuchen, den Widerstand über den LDR zu messen, messen Sie am Ende den Widerstand dieser Schaltung:

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

Was, wenn Sie die Mathematik machen, Ihnen gibt:

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

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

Dies bedeutet jedoch nicht, dass sich die beiden Teiler im Stromkreis gegenseitig stören. In diesem Fall kann, solange die Stromversorgung stabil und niederohmig ist, die Spannung über dem gesamten Teiler als fest angesehen werden. Die typische Art und Weise, wie umgebende Schaltungen den Ausgang eines Spannungsteilers stören, ist, wenn genügend Strom aus dem Spannungsteiler gezogen wird, um einen bedeutenden Fehler im Teiler zu erzeugen.

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Idealerweise wäre der Laststrom am Ausgang des Spannungsteilers Null, und wenn der Spannungsteiler mit dem Eingang eines Operationsverstärkers verbunden wäre, wäre das nahe genug an der Wahrheit. Wenn wir jedoch eine erhebliche Menge Strom ziehen$I$aus dem Teiler, dann erhalten wir einen Fehler:

Wenn$I$ist null:$V_{out} = \frac{V}{R_{1}+R_{2}}\times R_{2}$

Wenn$I$ist ungleich null:$V_{out} = (\frac{V}{R_{1}+R_{2}}-I)\times R_{2}$

(Beachten Sie, dass das Zeichen von$I$hängt von der Richtung des Stromflusses ab, sodass der Fehler unseren tatsächlichen Messwert erhöhen oder verringern könnte)

Dies zeigt die Strommenge, die aus dem Spannungsteiler fließt$(I)$muss wesentlich kleiner sein als der Strom, der durch den Teiler fließt$(\frac{V}{R_{1}+R_{2}})$um diesen Fehler zu minimieren.

Nun, Sie haben nicht erwähnt, ob Ihre ADC-Messwerte wie erwartet ausfallen, aber lassen Sie uns trotzdem die potenzielle Hauptfehlerquelle besprechen. Schauen wir uns zunächst an, wie ein typischer ADC-Kanal elektrisch aussieht. In diesem Fall wird ein Abtastkondensator für einige Zeit vorübergehend mit dem Eingang verbunden, bevor der ADC die Umwandlung durchführt. Etwas wie das:

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Dies bedeutet, dass der Eingangs-Mux während der Abtastzeit den entsprechenden Eingangskanal mit dem Abtastkondensator verbunden hat und der Kondensator sich mit einer Rate auf die Eingangsspannung auflädt (oder entlädt), die durch die Kapazität und die Impedanz von was auch immer bestimmt wird an den ausgewählten ADC-Eingang angeschlossen (in diesem Fall einer Ihrer Spannungsteiler). Um einen genauen Messwert zu erhalten, muss Ihre Abtastzeit ein Vielfaches der Zeitkonstante des Abtastkondensators und Ihrer gesamten Eingangsimpedanz sein (Einzelheiten finden Sie im Datenblatt). Wenn Ihre Abtastzeit nicht ausreicht, sind Ihre ADC-Messwerte ausgeschaltet, da der Abtastkondensator nicht genügend Zeit hat, um auf die richtige Spannung zu laden oder zu entladen.

Aus diesem Grund ist die Abtastzeit bei MCU-ADCs normalerweise konfigurierbar, da die erforderliche Abtastzeit von der Art der Schaltung abhängt, die Sie messen möchten. Wenn Sie über wirklich hochohmige Schaltkreise verfügen, möchten Sie wahrscheinlich einen Operationsverstärkerpuffer verwenden, wie eine andere Antwort vorschlägt. In Ihrem Fall ist dies jedoch völlig unnötig, solange Ihre Abtastzeit richtig eingestellt ist.

Der einfachste Weg, dies zu tun, ist die Verwendung einer Operationsverstärker-Pufferschaltung:

V_in ist mit dem Ausgang Ihres Spannungsteilers verbunden und V_out ist mit dem Rest der Schaltung verbunden.

In die Eingänge eines Operationsverstärkers fließt (praktisch jedenfalls) kein Strom, so dass dies das Verhalten des Spannungsteilers nicht beeinflusst. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers folgt genau der Eingangsspannung, da es sich um einen Verstärker von x 1 handelt. Dies ist normalerweise der einfachste Weg, Ihren Spannungsteiler vom Rest der Schaltung zu isolieren, so dass zusätzliche Impedanzen den Spannungsteilerausgang nicht beeinflussen.

BEARBEITEN: Möglicherweise müssen Sie einen davon als Versorgung der Spannungsteiler für Ihr spezielles Setup verwenden. Verbinden Sie in diesem Fall V_in mit Ihrem Vcc und V_out mit der "Spitze" des Widerstandsteilers.