为什么我必须使用带有光敏电阻的附加电阻?

电器工程 光敏电阻
2022-01-24 13:48:57

我对电子学完全陌生,我想知道为什么我们需要将一个电阻器与一个光敏电阻串联来测量光的变化?我的意思是,光敏电阻已经是一个电阻,为什么我们必须用一个额外的电阻来降低电路中的电压?提前感谢您的回答。

4个回答

编辑:添加了计算分压器中电压的示例


因为如果要测量某物的电阻,则需要对其施加电压。
如果您施加电压,您需要以某种方式测量该电压,并通过简单地测量位于 \$+5\;V\;(V_{cc})\$ 上的光敏电阻端子和位于 \ $GND\$,你得到的正好是\$+5\;V\$,不管光敏电阻的阻值有多大或有多大,电压都没有变化。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

您在上面的示意图中测量 5V。


您可以使用分压器解决问题:

示意图

模拟这个电路

现在您可以测量电阻上的电压降,并根据该值猜测光敏电阻接收的光量。

例子:

在第二张图中,您可以看到电压施加在 \$50\;\Omega\$ 和 \$100\;\Omega\$ 电阻上。因为欧姆定律说 \$U=R\cdot I\$ 并且在串联电路中电流必须相等,所以相同数量的电流流过 \$R_1\$ 和 \$R_2\$。
在串联电路中,电流保持不变,但电路之间共享电压。
我们可以写出以下等式:

\$U_{R_1}\$ = \$R_1\cdot I\$

您可能会问,如果我们不知道电流,我们如何计算电压。
好吧,我们不知道电流,但我们可以使用欧姆定律计算它。
我们用不同的方式写下原始的欧姆定律方程:

\$U=R\cdot I\;\Rightarrow\;I=\frac UR\$

因为在这种情况下,总电阻为 \$R_1+R_2\$(或在我们的示例中为 \$150\;\Omega\$),因此电流方程为 \$I=\frac{U}{R_1+R_2 }\$。

我们可以用这个方程来代替上面提到的方程中的单个 \$I\$ 变量。
因此,每个电阻的等式将是:

\$U_{R_1}\$ = \$R_1\cdot\frac{U}{R_1+R_2}\$

\$U_{R_2}\$ = \$R_2\cdot\frac{U}{R_1+R_2}\$.


如果我们在 \$R_1\$ 上有 \$50\;\Omega\$,在 \$R_2\$ 上有 \$100\;\Omega\$,那么它们上的电压将为

\$U_{R_1}\$ = \$R_1\cdot\frac{U}{R_1+R_2}=50\;\Omega\cdot\frac{5\;V}{50\;\Omega+100\; \Omega}=50\;\Omega\cdot\frac{5\;V}{150\;\Omega}=50\;\Omega\cdot0,0\dot3\;A=1,\dot6\;V\ $

\$U_{R_2}\$ = \$R_2\cdot\frac{U}{R_1+R_2}=100\;\Omega\cdot\frac{5\;V}{50\;\Omega+100\; \Omega}=100\;\Omega\cdot\frac{5\;V}{150\;\Omega}=100\;\Omega\cdot0,0\dot3\;A=3,\dot3\;V\美元。


如果 \$R_2\$ 将发生变化(例如照明减少)并且其电阻上升到 \$150\;\Omega\$,则电压将为

\$U_{R_1}\$ = \$R_1\cdot\frac{U}{R_1+R_2}=50\;\Omega\cdot\frac{5\;V}{50\;\Omega+150\; \Omega}=50\;\Omega\cdot\frac{5\;V}{200\;\Omega}=50\;\Omega\cdot0,025\;A=1,25\;V\$。

\$U_{R_2}\$ = \$R_2\cdot\frac{U}{R_1+R_2}=150\;\Omega\cdot\frac{5\;V}{50\;\Omega+150\; \Omega}=150\;\Omega\cdot\frac{5\;V}{200\;\Omega}=150\;\Omega\cdot0,025\;A=3,75\;V\$。

光敏电阻的电阻上升得越多,其两端的电压下降得越多。


如果我们给光敏电阻更多的照明并且它的电阻下降到\$75\;\Omega\$,那么电压将为

\$U_{R_1}\$ = \$R_1\cdot\frac{U}{R_1+R_2}=50\;\Omega\cdot\frac{5\;V}{50\;\Omega+75\; \Omega}=50\;\Omega\cdot\frac{5\;V}{125\;\Omega}=50\;\Omega\cdot0,04\;A=2\;V\$

\$U_{R_2}\$ = \$R_2\cdot\frac{U}{R_1+R_2}=75\;\Omega\cdot\frac{5\;V}{50\;\Omega+75\; \Omega}=75\;\Omega\cdot\frac{5\;V}{125\;\Omega}=75\;\Omega\cdot0,04\;A=3\;V\$。

光敏电阻的电阻越小,其两端的电压下降越少(另一个电阻两端的电压下降越大)。


如您所见,当光敏电阻的电阻上升时,我们从 \$3,\dot3\;V\$ 移动到 \$3,75\;V\$,然后当电阻下降时电压下降到 \$3\;V\$。

这取决于您如何使用光敏电阻。

如果您在工作台上手动使用它来测量光照水平,那么您只需将其连接到欧姆范围的万用表,并测量其电阻。

如果您将其用作自动响应光照水平的电路的一部分,则电路必须测量其电阻。如果没有其他组件,它就无法做到这一点。最简单的方法是串联另一个电阻器,并在它们连接处使用电压。

虽然看起来欧姆读数万用表可以神奇地测量电阻,但在内部它有一大堆额外的组件。在欧姆范围内,其中最重要的是与被测物体串联的电阻器或电流源。下次更换电池时,请查看万用表内的电路板。

使用 PIC 或 Arduino 等微控制器测量电阻的一种流行方法是将光敏电阻放在输出引脚和输入引脚之间,并在输入引脚和地之间放置一个电容器。输出引脚被切换,微计算在输入引脚跟随之前经过了多少时钟周期。这有效地使用了输出引脚上的逻辑摆幅来定义电压,并测量流入电容器的电流作为充电时间。这里没有电阻,但您仍然使用额外的组件来测量电压和电流中的至少一个。

在正常的电阻串联电路中,电路下降的电压将等于输入电压。如果只使用一个电阻器,那么整个输入电压都会被它降低。如果在其上施加 9V,单个光敏电阻将下降 9V。简单的欧姆定律。V = I * R。

如果使用多个电阻器,则电阻器上的电压降与电阻器的电阻成正比。串联电阻是累积电阻,它们只是加在一起。同样,欧姆定律,V = I * (R1 + R2 + Rn)

因此,基于阳光的可变电阻的单个光敏电阻将继续下降相同的电压,而不管电阻如何。变化的是通过它的电流。V 保持不变,r 改变,所以 I 改变。

通过添加一个相对于光敏电阻的固定电阻,您可以在光敏电阻上获得可变电压这两个电阻与输入电压成比例变化,从而导致对每个电阻的压降发生变化。固定电阻器和光敏电阻器上的总压降将相同,但每个电阻器的实际压降会发生变化。

这是分压器的本质。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

要扩展 domenix 的出色答案...

“为什么要测量电阻上的电压降,而不是光敏电阻上的电压降?”

在具有与光敏电阻 ( R2 ) 串联的固定电阻 ( R1 )的电路(domenix 答案中的第二张图)中,您可以测量固定电阻或光敏电阻上的电压变化,以了解光照水平时的电压变化(强度)光敏电阻的变化。

光敏电阻的电阻随着光强度的增加而降低。

这意味着随着光强度的增加,您测量的光敏电阻两端的电压会降低,而您测量的固定电阻两端的电压会增加。

因此,光敏电阻两端的电压随着被检测光强度的变化而沿相反方向变化。这可能是也可能不是您所期望的,可能是也可能不是您希望看到的行为。

如果您测量固定电阻两端的电压,您会看到电压随着被检测光强度的增加而增加。

根据您的需要和最终电路中的其他组件,您可以查看光敏电阻或固定电阻两端的电压。

另外,请记住,如果它对您的电路有帮助,您可以交换光敏电阻和固定电阻的位置。然后,随着被检测光强度的增加,光敏电阻和固定电阻结处的电压将相对于地增加。