Warum muss ich einen zusätzlichen Widerstand mit einem Fotowiderstand verwenden?

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Ich bin völlig neu in der Elektronik und frage mich, warum wir einen Widerstand mit einem Fotowiderstand in Reihe schalten müssen, um die Variation des Lichts zu messen. Ich meine, Fotowiderstand ist bereits ein Widerstand. Warum müssen wir die Spannung in der Schaltung mit einem zusätzlichen Widerstand verringern? Vielen Dank im Voraus für Ihre Antworten.

Moussamoa
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Wie soll man die Spannung mit nur einem Widerstand messen?
Ignacio Vazquez-Abrams
Weil du einen Spannungsteiler machst.
Brhans
Die Eingangsspannung der Schaltung beträgt 5V. Wenn ich einen einzelnen Widerstand in der Schaltung habe, der ein Fotowiderstand ist, kann ich Ihnen die Spannungsdifferenz durch Messen der Spannung zwischen dem Fotowiderstand und der Masse ermitteln. Vielleicht fehlt mir etwas, aber ich verstehe es nicht.
Moussamoa
@Moussamoa Wenn ich einen einzelnen variablen Widerstand zwischen 5 V und Masse habe, variiert die Spannung darüber?
uint128_t
@ uint128_t Ich bekomme dieses mentale Bild von "Was ist der Klang einer klatschenden Hand?" dafür ... Wenn du den Kiesel aus meiner Hand nehmen kannst, Grasshopper ...
Lornix

Antworten:

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BEARBEITEN: Beispiel für die Berechnung von Spannungen in einem Spannungsteiler hinzugefügt


Denn wenn Sie den Widerstand von etwas messen möchten, müssen Sie Spannung an dieses anlegen.
Und wenn Sie Spannung anlegen, müssen Sie diese Spannung irgendwie messen und einfach zwischen dem Anschluss des Fotowiderstands messen, der sich auf der und das Terminal, das sich auf G N D befindet , erhalten Sie genau + 5+5V(Vcc)GND gibt es keine sich ändernde Spannung, egal wie klein oder wie groß der Widerstand des Fotowiderstands ist. +5V

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab

Sie messen 5V im obigen Schema.


Sie lösen das Problem mit einem Spannungsteiler:

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung

Jetzt können Sie den Spannungsabfall am Widerstand messen und anhand dieses Werts die Lichtmenge erraten, die der Fotowiderstand empfängt.

Beispiel:

50Ω100ΩU=RIR1R2

UR1R1I

Sie könnten fragen, wie wir die Spannung berechnen können, wenn wir den Strom nicht kennen.
Nun, wir kennen den Strom nicht, aber wir können ihn nach dem Ohmschen Gesetz berechnen.
Wir schreiben die ursprüngliche Ohmsche Gesetzesgleichung anders auf:

U=RII=UR

R1+R2150ΩI=UR1+R2

I

UR1R1UR1+R2

UR2R2UR1+R2


50ΩR1100ΩR2

UR1R1UR1+R2=50Ω5V50Ω+100Ω=50Ω5V150Ω=50Ω0,03˙A=1,6˙V

UR2R2UR1+R2=100Ω5V50Ω+100Ω=100Ω5V150Ω=100Ω0,03˙A=3,3˙V


R2150Ω

UR1R1UR1+R2=50Ω5V50Ω+150Ω=50Ω5V200Ω=50Ω0,025A=1,25V

UR2R2UR1+R2=150Ω5V50Ω+150Ω=150Ω5V200Ω=150Ω0,025A=3,75V

Je höher der Widerstand des Fotowiderstands steigt, desto mehr Spannung fällt über ihn ab.


Wenn wir dem Fotowiderstand mehr Beleuchtung geben und sein Widerstand auf fällt75Ω

UR1R1UR1+R2=50Ω5V50Ω+75Ω=50Ω5V125Ω=50Ω0,04A=2V

UR2R2UR1+R2=75Ω5V50Ω+75Ω=75Ω5V125Ω=75Ω0,04A=3V

Je geringer der Widerstand des Fotowiderstands wird, desto weniger Spannung fällt über ihn ab (und mehr Spannung fällt über den anderen Widerstand ab).


Wie Sie sehen können, haben wir uns von bewegt3,3˙V3,75V3V

Domenix
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In der ersten Konfiguration sind die Stromversorgung und der Fotowiderstand parallel. Das heißt, die Spannung muss an beiden gleich sein. Wenn der Widerstand des Fotowiderstands kleiner ist, liegt immer noch die gleiche Spannung an, mit weniger Widerstand bedeutet dies nur einen höheren Strom. Und umgekehrt.
Domenix
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@Moussamoa Die Eingangsspannung ist effektiv festgelegt. Batterien und Netzteile liefern bei einer festen Spannung den erforderlichen Strom. Alternativ können Sie eine feste Stromquelle verwenden, die die Spannung variiert, um den Strom konstant zu halten. Bei der Gleichstromkreisanalyse wird häufig davon ausgegangen, dass die Versorgungsspannung unabhängig von der Last ein konstanter Wert ist. In Wirklichkeit haben Batterien und
Verbrauchsmaterialien
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Warum den Spannungsabfall über dem Widerstand und nicht über dem Fotowiderstand messen?
user253751
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@immibis Weil Sie den variierenden Spannungsabfall am Fotowiderstand einfach nicht messen können . Sie messen einen festen Spannungsabfall, der genau vom Spannungsgenerator bereitgestellt wird. Es variiert nicht, egal wie sehr Sie es versuchen. Im oberen Diagramm, das ich erstellt habe, können Sie einfach die Kabel des Multimeters zu den Anschlüssen des Netzteils verschieben. Sie würden die gleiche Spannung messen, da diese Drähte im Schaltplan ideale, imaginäre Null-Ohm-Drähte sind. Die anderen Antworten erklärten auf andere Weise, warum es nicht wie beabsichtigt funktionieren sollte.
Domenix
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@domenix Messung des Spannungsabfalls über dem Fotowiderstand und nicht über dem Widerstand . Dies scheint bequemer zu sein, da sich ein Terminal am Boden befindet.
user253751
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Es hängt davon ab, wie Sie den Fotowiderstand verwenden.

Wenn Sie es manuell auf der Bank verwenden, um die Lichtverhältnisse zu messen, müssen Sie es nur an ein Multimeter in einem Ohm-Bereich anschließen und seinen Widerstand messen.

Wenn Sie es als Teil einer Schaltung verwenden, die automatisch auf Lichtpegel reagiert, muss die Schaltung ihren Widerstand messen. Ohne zusätzliche Komponenten geht das nicht. Der einfachste Weg, dies zu tun, besteht darin, einen anderen Widerstand in Reihe zu schalten und die Spannung an der Stelle zu verwenden, an der sie sich verbinden.

Während es den Anschein haben mag, dass ein Ohm-Messmultimeter den Widerstand auf magische Weise misst, enthält es intern eine ganze Reihe zusätzlicher Komponenten. Im Ohm-Bereich ist der wichtigste ein Widerstand oder eine Stromquelle in Reihe mit dem Messobjekt. Werfen Sie beim nächsten Batteriewechsel einen Blick auf die Leiterplatte in einem Multimeter.

Eine beliebte Methode zur Messung des Widerstands mit einem Mikrocontroller wie PIC oder Arduino besteht darin, den Fotowiderstand zwischen einem Ausgangspin und einem Eingangspin mit einem Kondensator vom Eingangspin zur Masse zu legen. Der Ausgangspin wird umgeschaltet, und das Mikro zählt, wie viele Taktzyklen vergehen, bevor der Eingangspin folgt. Dies nutzt effektiv die logische Schwingung am Ausgangspin, um eine Spannung zu definieren, und misst den Strom in den Kondensator als Zeit zum Aufladen. Hier gibt es keine Widerstände, aber Sie verwenden immer noch zusätzliche Komponenten, um mindestens eine von Spannung und Strom zu messen.

Neil_UK
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In einer normalen resistiven Reihenschaltung entspricht die von der Schaltung abfallende Spannung der Eingangsspannung. Wenn nur ein Widerstand verwendet wird, fällt die gesamte Eingangsspannung ab. Ein einzelner Fotowiderstand fällt um 9 V ab, wenn 9 V über ihn gelegt werden. Einfaches Ohmsches Gesetz. V = I * R.

Wenn mehr als ein Widerstand verwendet wird, ist der Spannungsabfall proportional zu den Widerständen, basierend auf ihrem Widerstand. Widerstände in Reihe sind ein kumulativer Widerstand, sie addieren sich einfach. Wiederum ist das Ohmsche Gesetz V = I * (R1 + R2 + Rn)

Ein einzelner Fotowiderstand, dessen variabler Widerstand auf Sonnenlicht basiert, fällt also unabhängig vom Widerstand weiterhin auf dieselbe Spannung ab. Was sich ändert, ist der Strom durch ihn. V bleibt gleich, r ändert sich, also ändere ich mich.

Durch Hinzufügen eines festen Widerstands in Bezug auf den Fotowiderstand erhalten Sie eine variable Spannung über dem Fotowiderstand . Die beiden Widerstände variieren proportional zur Eingangsspannung, was zu einer Änderung der jeweils abfallenden Spannung führt. Der gesamte Spannungsabfall über dem Festwiderstand und dem Fotowiderstand ist gleich, aber der tatsächliche Abfall gegen jeden ändert sich.

Dies ist die Essenz eines Spannungsteilers.

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab

Passant
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Um die großartige Antwort von Domenix zu erweitern ...

"Warum den Spannungsabfall über dem Widerstand messen, nicht über dem Fotowiderstand?"

In der Schaltung (das zweite Diagramm in der Antwort von domenix), die einen Festwiderstand ( R1 ) in Reihe mit dem Fotowiderstand ( R2 ) hat, können Sie entweder über den Festwiderstand oder den Fotowiderstand messen, ob sich der Lichtpegel ändert (Intensitäts-) Änderungen am Fotowiderstand.

Der Widerstand eines Fotowiderstands nimmt mit zunehmender Lichtintensität ab.

Dies bedeutet, dass mit zunehmender Intensität des Lichts die Spannung, die Sie am Fotowiderstand messen würden, abnimmt und die Spannung, die Sie am Festwiderstand messen würden, zunimmt.

Die Spannung über dem Fotowiderstand ändert sich also in die entgegengesetzte Richtung wie die Änderung der Intensität des erfassten Lichts. Dies kann oder kann nicht das sein, was Sie erwarten, und kann oder kann nicht das Verhalten sein, das Sie sehen möchten.

Wenn Sie die Spannung am Festwiderstand messen, werden Sie feststellen, dass die Spannung mit zunehmender Intensität des erfassten Lichts zunimmt.

Abhängig von Ihren Anforderungen und den anderen Komponenten in Ihrer endgültigen Schaltung können Sie die Spannung entweder am Fotowiderstand oder am Festwiderstand anzeigen.

Denken Sie auch daran, dass Sie die Position des Fotowiderstands und des Festwiderstands vertauschen können, wenn dies in Ihrer Schaltung hilfreich ist. Dann steigt die Spannung an der Verbindungsstelle zwischen Fotowiderstand und Festwiderstand relativ zur Masse an, wenn die Intensität des erfassten Lichts zunimmt.

Kevin Fegan
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