Estoy mirando esto: http://learn.adafruit.com/photocells/using-a-photocell
Está conectando VCC <-> LDR <-> resistor <-> GND. Y la entrada analógica está entre la LDR y el resistor.
Entiendo que puede ser necesario un resistor para controlar la corriente (en caso de que la resistencia de la LDR sea muy baja). Pero ¿Por qué no puedo simplemente hacer lo siguiente:
VCC <-> LDR <-> resistor <-> Entrada Analógica¿Y olvidarme del pull-down?
Cuando se trabaja con una circuitería digital que detecta voltaje analógico, por ejemplo un microcontrolador, o digamos Arduino, se están midiendo voltajes. Sin embargo, sin corriente, el voltaje no puede estar presente.
Para que se cree un voltaje en un componente, debe haber una corriente fluyendo en él. Según la ley de Ohm;
\$V=I*R\$, cuando \$I=0\$, la ecuación se convierte en; \$V=0*R=0\$. Por lo tanto, no habrá voltaje presente, y el microcontrolador no podrá medir nada.
Forma adecuada de conexión del sensor
Revise el esquemático a continuación. Primero, observe el lado izquierdo, una conexión LDR adecuada con una resistencia de pull-down adecuada. Una corriente fluirá a través de R2 y creará una caída de voltaje en él.
\$Vanalog =Isensor*R_2\$, donde \$Isensor\$ se determina con la resistencia total del sensor y \$R_2\$. Dado que la resistencia del LDR cambia con la luz, la corriente, por lo tanto, el voltaje cambiará.
Puede haber notado que hay una resistencia que dibujé en la entrada. Esta se llama resistencia de entrada, o impedancia, del microcontrolador y generalmente es muy grande, como \$10M\Omega\$.
En esta configuración, la resistencia de entrada y \$R_2\$ están conectadas en paralelo, por lo que su resistencia efectiva será;
\$\dfrac{1}{\Omega_{total}}=\dfrac{1}{R_2}+\dfrac{1}{R_{in}}=9990.00999\Omega\$ que es casi igual a \$10k\Omega\$. Por lo tanto, no habrá cambios.
El voltaje AnalogValue es entonces,
\$Vanalog=Isensor*10k\$, donde \$Isensor\$ es \$\dfrac{Vcc}{R_1+10k}\$
Digamos que nuestro sensor \$R_1\$ es de 10k en la condición de iluminación actual. Y \$Vcc=5V\$;
\$Isensor=\dfrac{Vcc}{R_1+10k}=\dfrac{5}{10k+10k}=250 \mu A\$, \$Vanalog=2.5V\$
¿Qué pasa si no hay una resistencia de pull-down?
Si no hubiera una resistencia de pull-down, la configuración sería como se muestra en el diagrama a continuación. La corriente del sensor, \$Isensor\$, sería la misma que \$Iinput\$, ya que todas las corrientes en un cable son iguales. Nuestro microcontrolador mide el AnalogValue, el voltaje en el pin.
Calculemos los valores para este escenario también:
Sabemos que \$Isensor=Iinput\$, ahora asumamos, nuevamente, que el LDR es de \$10k\$, AnalogValue se calcula de la siguiente manera;
\$Vanalog=Isensor*R_{in}\$, donde \$Isensor\$ es \$\dfrac{Vcc}{R_1+R_{in}}=\dfrac{5}{10k+10M}\approx500*10^-9\approx500nA\$
Por lo tanto, \$Vanalog=Isensor*10M\approx(500*10^-9)(10*10^6)\approx5V\$
Como puede ver, dado que casi no fluye corriente, casi no hay voltaje en el sensor y aunque podríamos leer 2.5V en la configuración adecuada anterior, hemos leído 5V con la misma luz, es decir, cuando \$R_1=10k\$. Esta configuración no funcionará.
En tu segundo ejemplo, al conectar Vcc, el LDR y la resistencia en serie, básicamente solo permitirías que fluyan diferentes cantidades de corriente hacia la entrada analógica. Las entradas analógicas en un microcontrolador tienden a tener una alta impedancia de entrada, por lo que en la mayoría de los casos no obtendrías un cambio en las lecturas bueno/confiable. En la práctica, para valores típicos de LDR, esperaría que obtuvieras una lectura a escala completa todo el tiempo, al igual que al conectar la entrada de ADC a Vcc a través de una resistencia de 10K.
Al conectar el circuito a tierra, estás formando un divisor de tensión, por lo que en lugar de pequeños cambios de corriente, obtendrás un cambio de voltaje. Eso permite que el capacitor interno en el circuito de muestreo y retención del ADC se cargue rápidamente para una lectura precisa.
Dos cosas:
Cuando conectas los dos resistores como un divisor de voltaje, como lo hacen, la corriente fluirá desde Vcc a través de los resistores hacia tierra. El voltaje sobre el resistor normal es el voltaje que la entrada leerá y puedes calcularlo con V=IR, donde R es la resistencia del resistor normal, e I es la corriente a través de ambos resistores. Dado que la corriente depende de la resistencia total, el voltaje en el pin de entrada dependerá de la resistencia del LDR.
Sin embargo, cuando conectas los dos resistores a la entrada en lugar de a tierra, no puede fluir corriente (recuerda el primer punto). Por lo tanto, los resistores solo funcionan como un pull-up y no como un divisor de voltaje. El voltaje en el pin no dependerá más de la resistencia del LDR.
La resistencia de pull down simplemente actúa en el circuito para crear un divisor de potencial. La resistencia del LDR puede cambiar en un rango amplio dependiendo del nivel de luz (digamos unos pocos cientos de ohmios a unos pocos cientos de miles de ohmios). La unión entre el LDR por lo tanto dará un voltaje variable entre (casi) 5V y (casi) 0V es decir el rango de voltaje que la entrada del microcontrolador puede manejar.
La resistencia (10k) limita la corriente máxima que fluye a través del LDR pero su función es proporcionar una señal de voltaje.
Tu segundo circuito sin una conexión a tierra (0V) conectada a la entrada (que consume muy poca corriente) significa que la entrada solo vería los 5V (Vcc) incluso cuando la resistencia del LDR cambia entre sus extremos.
I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.
