Como nomear o que esse resistor está fazendo?

Eu tenho um circuito básico que usa um fotorresistor alimentado por uma fonte de cinco volts. Eu fiz esse projeto para mostrar ao meu filho sobre vários sensores e usei um circuito que encontrei online. Parece algo como isto:

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

A única maneira de explicar isso é que o resistor forneceria um caminho seguro para o aterramento, para que a corrente não flua e prejudique o sensor analógico (deixando apenas "tensão" para ler no fotorresistor).

Não tenho certeza de que seu objetivo é protegê-lo. Eu observei exemplos de resistores pull-pull / pulldown, no entanto, isso parece impedir a entrada lógica de "flutuar". Parece que não o faria neste circuito, pois é uma fonte de tensão variável contínua.

Como nomeio seu objetivo?

Não é para proteção, é para formar um divisor de tensão com a fotocélula.

Para uma célula fotoelétrica típica, a resistência pode variar entre, digamos, 5 kΩ (claro) e 50 kΩ (escuro)
Observe que os valores reais podem ser bem diferentes para o seu sensor (você precisará verificar a folha de dados para esses)

Se deixarmos o resistor de fora, a entrada analógica exibirá 5 V de qualquer maneira (assumindo que uma entrada analógica com uma impedância alta o suficiente para não afetar significativamente as coisas)
Isso ocorre porque não há nada para diminuir a corrente e diminuir a tensão.

Sem resistor

Vamos supor que o sensor esteja conectado a um opamp com uma resistência de entrada de 1 MΩ (bastante baixo como opamps, pode ser 100's de MΩ)

Quando não há luz brilhando na fotocélula e sua resistência é de 50 kΩ, obtemos:

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

Quando há luz brilhando na fotocélula e sua resistência é de 5 kΩ, obtemos:

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

Então você pode ver que não é muito útil assim - apenas oscila ~ 200 mV entre claro / escuro. Se a resistência de entrada dos opamps for maior como costuma ser, você pode estar falando de alguns µV.

With Resistor

Agora, se adicionarmos o outro resistor ao terra, ele muda as coisas, digamos que usamos um resistor de 20 kΩ. Estamos assumindo que qualquer resistência de carga é alta o suficiente (e a resistência da fonte é baixa o suficiente) para não fazer nenhuma diferença significativa, portanto não a incluímos nos cálculos (se o fizéssemos, seria semelhante ao diagrama inferior na resposta de Russell)

Quando não há luz brilhando na fotocélula e sua resistência é de 50 kΩ, obtemos:

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

Com a luz brilhando na fotocélula e sua resistência é de 5k, obtemos:

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

Esperamos que você possa ver por que o resistor é necessário para converter a mudança de resistência em tensão.

Com resistência à carga incluída

Por uma questão de rigor, digamos que você queira incluir a resistência de carga de 1 MΩ nos cálculos do último exemplo:

Para facilitar a visualização da fórmula, vamos simplificar as coisas. O resistor de 20 kΩ agora estará paralelo à resistência de carga, para que possamos combinar ambos em uma resistência efetiva:

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

Agora, simplesmente substituímos os 20 kΩ no exemplo anterior por esse valor.

Sem luz:

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

Com luz:

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

Como esperado, não há muita diferença, mas você pode ver como essas coisas precisam ser explicadas em determinadas situações (por exemplo, com baixa resistência à carga - tente executar o cálculo com uma carga de 10 kΩ para ver uma grande diferença)

(1) Isso contribui para o que Oli diz.

Isso se aplica se uma carga de saída estiver ausente ou for muito uma resistência maior que R1 ou R2 e, portanto, puder ser ignorada.

A lei de Ohms nos diz que a queda de tensão através de um resistor é proporcional à corrente I e à resistência R, de modo que

• V = I x R

O Iin atual flui através de R1 e depois através de R2 para o solo.
Como a corrente é comum a ambos e também é a mesma que Iin, não precisamos nos referir a I_in, I_R1 e I_R2 - podemos apenas nos referir a qualquer corrente como "I", pois todas são a mesma corrente.

então

• A tensão através de R1, V_R1 = I x R1

• A tensão através de R2, V_R2 = I x R2.

Reorganizando essas equações, podemos escrever

• I = V_R1 / R1 e

  I = V_R2 / R2

Como é o mesmo que eu, as duas linhas são iguais entre si, então

• V_R1 / R1 = V_R2 / R2

ou - V_R1 / V_r2 = R1 / R2

Ou seja, a queda de tensão nos resistores em um divisor de tensão sem carga é proporcional aos valores dos resistores.

Então, por exemplo, por exemplo, temos 12V em um divisor de 30k + 10k e, como os valores do resistor são 3: 1, as tensões também serão 3: 1. Portanto, a tensão nos 30k será de 9 volts e a tensão nos 10k será de 3 volts.

Isso é bastante óbvio quando você o usa o suficiente para se tornar um pouco óbvio, mas ainda é muito poderoso e útil.

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Se Vin tiver resistência interna e se houver um resistor de carga, as equações se tornam mais complicadas. NÃO é complexo e não é especialmente difícil - apenas mais complicado. Para ajudá-lo enquanto você aprende, esta calculadora on-line permite calcular valores para este circuito:

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