Wie soll man benennen, was dieser Widerstand tut?

Es dient nicht dem Schutz, sondern um mit der Fotozelle einen Spannungsteiler zu bilden.

Bei einer typischen Fotozelle kann der Widerstand zwischen beispielsweise 5 kΩ (hell) und 50 kΩ (dunkel) variieren.
Beachten Sie, dass die tatsächlichen Werte für Ihren Sensor sehr unterschiedlich sein können (Sie müssen das Datenblatt für diese überprüfen).

Wenn wir den Widerstand weglassen, sieht der analoge Eingang so oder so 5 V (vorausgesetzt, ein analoger Eingang mit einer ausreichend hohen Impedanz, um die Dinge nicht wesentlich zu beeinflussen)
. Dies liegt daran, dass nichts den Strom senkt und die Spannung absenkt.

Kein Widerstand

Nehmen wir an, der Sensor ist an einen Operationsverstärker mit einem Eingangswiderstand von 1 MΩ angeschlossen (ziemlich niedrig für Operationsverstärker, kann 100 MΩ betragen).

Wenn kein Licht auf die Fotozelle scheint und ihr Widerstand 50 kΩ beträgt, erhalten wir:

$$5~\mathrm{V} \times \frac{1~\mathrm{M}\Omega}{1~\mathrm{M}\Omega + 50~\mathrm{k}\Omega} = 4.76~\mathrm{V}$$

Wenn Licht auf die Fotozelle scheint und ihr Widerstand 5 kΩ beträgt, erhalten wir:

$$5~\mathrm{V} \times \frac{1~\mathrm{M}\Omega}{1~\mathrm{M}\Omega + 5~\mathrm{k}\Omega} = 4.98~\mathrm{V}$$

Sie können also sehen, dass es so nicht viel nützt - es schwingt nur ~ 200 mV zwischen hell / dunkel. Wenn der Eingangswiderstand des Operationsverstärkers höher wäre, als es oft der Fall sein wird, könnten Sie von einigen µV sprechen.

Mit Widerstand

Wenn wir nun den anderen Widerstand zur Erde hinzufügen, ändert sich die Situation, sagen wir, wir verwenden einen 20-kΩ-Widerstand. Wir gehen davon aus, dass jeder Lastwiderstand hoch genug ist (und der Quellenwiderstand niedrig genug), um keinen signifikanten Unterschied zu machen, also beziehen wir ihn nicht in die Berechnungen ein (wenn wir es täten, würde es wie das untere Diagramm in Russells Antwort aussehen).

Wenn kein Licht auf die Fotozelle scheint und ihr Widerstand 50 kΩ beträgt, erhalten wir:

$$5~\mathrm{V} \times \frac{20~\mathrm{k}\Omega}{20~\mathrm{k}\Omega + 50~\mathrm{k}\Omega} = 1.429~\mathrm{V}$$

Wenn Licht auf die Fotozelle scheint und ihr Widerstand 5k beträgt, erhalten wir:

$$5~\mathrm{V} \times \frac{20~\mathrm{k}\Omega}{20~\mathrm{k}\Omega + 5~\mathrm{k}\Omega} = 4.0~\mathrm{V}$$

Sie können also hoffentlich sehen, warum der Widerstand benötigt wird, um die Widerstandsänderung in eine Spannung umzuwandeln.

Mit Belastungswiderstand enthalten

Nehmen wir nur der Vollständigkeit halber an, Sie wollten den Lastwiderstand von 1 MΩ in die Berechnungen aus dem letzten Beispiel einbeziehen:

Um die Formel verständlicher zu machen, vereinfachen wir die Dinge. Der 20-kΩ-Widerstand liegt nun parallel zum Lastwiderstand, sodass wir beide zu einem effektiven Widerstand kombinieren können:

$$\frac{20~\mathrm{k}\Omega \times 1000~\mathrm{k}\Omega}{20~\mathrm{k}\Omega + 1000~\mathrm{k}\Omega} \approx 19.6~\mathrm{k}\Omega$$

Jetzt ersetzen wir einfach die 20 kΩ im vorherigen Beispiel durch diesen Wert.

Ohne Licht:

$$5~\mathrm{V} \times \frac{19.6~\mathrm{k}\Omega}{19.6~\mathrm{k}\Omega + 50~\mathrm{k}\Omega} = 1.408~\mathrm{V}$$

Mit Licht:

$$5~\mathrm{V} \times \frac{19.6~\mathrm{k}\Omega}{19.6~\mathrm{k}\Omega + 5~\mathrm{k}\Omega} = 3.98~\mathrm{V}$$

Wie erwartet kein großer Unterschied, aber Sie können sehen, wie diese Dinge in bestimmten Situationen berücksichtigt werden müssen (z. B. bei einem niedrigen Lastwiderstand - versuchen Sie, die Berechnung mit einer Last von 10 kΩ durchzuführen, um einen großen Unterschied zu sehen).

(1) Dies ergänzt das, was Oli sagt.

Dies gilt, wenn eine Ausgangslast fehlt oder einen viel höheren Widerstand als R1 oder R2 hat und daher ignoriert werden kann.

Das Ohmsche Gesetz sagt uns, dass der Spannungsabfall an einem Widerstand proportional zum Strom I und zum Widerstand R ist

• V = I x R

Der Strom Iin fließt durch R1 und dann durch R2 nach Masse.
Da der Strom beiden gemeinsam ist und auch derselbe ist wie Iin, müssen wir uns nicht auf I_in, I_R1 und I_R2 beziehen - wir können einfach auf jeden Strom als "I" verweisen, da alle denselben Strom haben.

So

• Die Spannung über R1, V_R1 = I x R1

• Die Spannung über R2, V_R2 = I x R2.

Durch Umstellen dieser Gleichungen können wir schreiben

• Ich = V_R1/R1 und

  Ich = V_R2/R2

Da es sich um das gleiche I handelt, sind die beiden Zeilen einander also gleich

• V_R1/R1 = V_R2/R2

oder - V_R1 / V_r2 = R1 / R2

Das heißt, die Spannungsabfälle an den Widerständen in einem unbelasteten Spannungsteiler sind proportional zu den Werten der Widerstände.

Also zB haben wir 12V über einen 30k + 10k Teiler, da die Widerstandswerte 3:1 sind, werden die Spannungen auch 3:1 sein. Die Spannung an den 30k beträgt also 9 Volt und die Spannung an den 10k 3 Volt.

Dies ist ziemlich offensichtlich, wenn Sie es so oft verwenden, dass es tatsächlich an = bvious wird, aber es ist immer noch sehr mächtig und nützlich.

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Wenn Vin einen Innenwiderstand hat und wenn es einen Lastwiderstand gibt, werden die Gleichungen komplizierter. NICHT komplex und nicht besonders schwer - nur komplizierter. Um Ihnen beim Lernen zu helfen, können Sie mit diesem Online -Rechner Werte für diese Schaltung berechnen:

http://www.vk2zay.net/calculators/simpleDivider.php