在进行分压以将其减半时,电阻的值是否重要?

电器工程 电压 电阻器 分压器
2022-01-13 04:50:40

我有一个连接到 Arduino 的 7.4V(充满电时为 8.4V)电池,我需要监控电池。为此,我需要将电池插入模拟引脚。但是,该引脚仅接受 0-5V 的电压,并返回 0-1023 的值。因此,我想在充满电时将 8.4V 切断为 4.2V。我知道我需要在电阻相等的情况下使用分压,哪个电阻重要吗?10kΩ10kΩ1kΩ1kΩ

4个回答

Atmel 数据表说“ADC 针对输出阻抗约为 10KΩ 或更小的模拟信号进行了优化。如果使用这样的源,采样时间可以忽略不计”。

要具有 10KΩ更小的阻抗,分压器中的电阻器应为 20K 或更小。正如其他人指出的那样,降低电阻会消耗更多功率,因此使用 20K 电阻对我来说很有意义。Ω

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

编辑:解释查看分压器“中间”和顶部的源阻抗:

如果分压器的顶部达到“刚性”电压(在这种情况下为电池),则查看中心点的阻抗为 20K||20K。您可以将其视为 20K||(20K+Rs),其中 Rs 是电池的源极电阻(或分压器顶部连接的任何东西)。由于 Rs << 20K,它非常接近 20K||20K = 10K。如果您要断开电池,(Rs )它将是 20K。

从电池的角度来看(向下看分压器)的阻抗约为 20+20 = 40K,因此漏极只有几百 uA。那是因为ADC的输入阻抗很高,和20K并联,所以大约等于20K,再和20K串联。

从根本上来说,这并不重要——不管电阻值如何,你都会得到一半的输入电压。但是,很明显,如果您使用非常大的值,分压器能够提供/吸收的电流量将不足以用于模拟输入引脚,因为它确实有一些(如果非常少的话)电容和泄漏当前的。

因此,目标是找到能够可靠地连接到 arduino 引脚的最大电阻值。

根据我自己的经验,我猜 10k 电阻器会做得很好而不会浪费太多功率。

确定电阻器大小的经验法则是确保空载分压器的偏置电流约为,以确保分压器不会负载过多(但电阻器仍然尽可能大) . 这给了你两个方程和两个未知数:10×

R2R1+R2VIN=VOUT

I(R1+R2)=VIN

其中是下分压电阻,是空载分压器的偏置电流(根据经验,您将其设置为)。R2I10×

对分压器的改进是在分压器的输出端添加一个运算放大器缓冲器:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

分压器输出端的运算放大器非反相输入具有非常低的偏置电流,因此您可以在分压器中使用非常大的电阻器。如果您选择电源电流非常低的运算放大器,您实际上可以使用比单独使用分压器所需的更少的功率。当然,代价是运算放大器的复杂性增加。

从数学上讲,这并不重要。两个 1 kΩ 电阻器或两个 10 kΩ 电阻器都将电压分成两半。

实际上,您应该使用更高的值,可能会使用 33 kΩ 或 47 kΩ。两个 1 kΩ 电阻器将消耗大约 4 mA 的电流。两个 47 kΩ 电阻器可将其降至 0.1 mA 以下。

如果运行时间很重要,请使用较高的值,否则使用您喜欢或方便的值。

我会从中间点到地放置一个 100 nF 电容器(对于较大的电阻器可能是 10 nF)以滤除噪声。