Я смотрю на этот датчик света :
Какой смысл иметь LM358 (двойной операционный усилитель, как мне кажется) для датчика освещенности? Может быть, я что-то упускаю .... но какой именно цели это служит?
Я знаю, что это, вероятно, простой и глупый вопрос. Но почему вы не можете просто прочитать аналоговые данные с датчика освещенности?
Ответы:
LDR и 10 к резистор вместе образуют делитель напряжения, выход которого зависит от сопротивления LDR в. Если вы подключите выход к цепи с низким импедансом, которая будет параллельна одному из резисторов и искажает показания.
править (вопрос Саурона для дальнейшего объяснения)
«Импеданс» - это общее слово для любого типа нагрузки, но здесь мы можем назвать его «сопротивлением». Предположим, что сопротивление нашего LDR составляет 10 кОм . Затем с 10 к сопротивление серии они образуют 1/2 делитель, и выход будет 2,5 В. Но если выход будет идти к следующей части схемы, которая также имеет более 10 кг устойчивость к земля, которая стала бы параллельно последовательным сопротивлением ЛДС, и два 10 к резисторы в параллельном результате в 5 K сопротивления. Так что делитель больше не ЛДС в 10 K последовательно с добавочным резистором 10 - х к, но с 5 к , а затем коэффициент делителя становится 1/3 вместо 1/2. Выход будет 1,67 В вместо 2,5 В. Вот как сопротивление нагрузки может исказить показания. На практике разница может быть не такой большой, но во многих случаях считывание 2,4 В вместо ожидаемых 2,5 В уже является слишком большой ошибкой.
Буфер с единичным усилением изолирует делитель от его нагрузки.
Операционный усилитель имеет высокий входной импеданс и, следовательно, не изменит показания.
Если вы подключите выход делителя напрямую к АЦП микроконтроллера, буфер, вероятно, не понадобится.
Значения из графика LDR дают примерно
30 кОм 100 кОм при 1 люксе,
15 кОм среднем при 10 лк,
2,5 кОм 3,5 к при 100 лк.
С резистором 10 кОм серии это означает, что для источника питания 5 В выходное напряжение может варьироваться от 0,45 В до 4 В. Выход LM358 может выдерживать нижний предел, но 4 В может стать проблемой. Чтобы быть уверенным, если вам нужно использовать буфер, используйте вместо этого операционный усилитель Rail-To-Rail. Как я уже сказал, для связи с микроконтроллером он вам, вероятно, не нужен.
править
Тогда вы на самом деле не нужен PCB, просто купить LDR. Рассел комментирует ограниченный диапазон LDR, используемый здесь, и он прав. 100 люкс - это то, что вы получаете в очень темный день. Как только выйдет солнце, вы легко получите больше, даже в помещении. Вместо выбора другой LDR я бы переключился на фототранзистор . Они намного быстрее, чем невероятно медленные LDR, и, поскольку у них есть токовый выход, напряжение резистора будет линейным с падающим светом. Вы используете их одинаково: последовательно с резистором.
Этот фототранзистор адаптирован к спектральной чувствительности глаза. Он указывается в диапазоне от 10 люкс (сумерки) до 1000 люкс (пасмурный день), хотя я работал с ним на уровнях от 1 люкс (глубокие сумерки) и до нескольких тысяч люкс (полный дневной свет) без проблем.
Описание уровня освещенности здесь
Их диаграмма показана ниже.
Я добавил соединение от инвертирующего входа Opamp к выходу Opamp, как это было показано на метках сети D1, но его легко пропустили из-за жалкой схемы. качественный. В этом случае не было необходимости использовать сетевые метки для подключения этого соединения, и это скрывает классическую конфигурацию буфера с единичным усилением.
Когда 100% выхода операционного усилителя поступает обратно на инвертирующий вход, как это делается здесь, выход отслеживает неинвертирующий вход. Выход может управлять тем, на что способен усилитель, в то время как вход может иметь низкую пропускную способность, требуя только управления входом операционного усилителя.
Неинвертирующий вход операционного усилителя "видит" напряжение в общей точке R_LDR & R1 =
Vin = Vcc x (R1 / (R1 + R_LDR)
Плохая схема!
Важным моментом, который они, по-видимому, упустили, является то, что операционный усилитель LM358 имеет максимально допустимое входное напряжение менее Vcc на 1,5 В при 25 C или на 2 В во всем температурном диапазоне.
Это означает, что при 25 ° C, когда Vcc = 5 В, максимальное входное напряжение, с которым может работать IC, составляет 5–1,5 = 3,5 В постоянного тока. Если входное напряжение всегда выше 3,5 В постоянного тока с Vcc = 5 В, выход может быть неопределенным.
Посмотрите на их изображение показывает R1 = 10k.
Как и выше, напряжение в операционном усилителе = Vcc x (R1 / (R1 + R_LDR).
Это будет равно 3,5 В при падении 3,5 В на R1 и 1,5 В на R_LDR. Так происходит, когда R_LDR = 1,5 / 3,5 x 10k = 4300 Ом.
Когда сопротивление LDR падает при увеличении освещенности, верхний допустимый предел освещенности составляет, когда R_LDR = 4200 Ом, НО LDR отображается на их вики-странице как уменьшающийся до всего 1 КБ при 100 люкс (показано, что распространение от 1К до 2К для типичного продукта).
Значение освещения, где Vin = 3,5 В, можно прочитать из графика. Как можно видеть, когда LDR = 4k3, уровень люкс = где-то в диапазоне от 40 до 70 люкс. Так как LDR показывается как 1K при 100 люкс, некоторые пампы позволяют измерять менее половины желаемого диапазона. На практике многие операционные усилители могут превышать 3,5 В синфазного диапазона, а измеряемый уровень люкс будет выше.
Выбор LDR:
Максимальный уровень люкс показан как 100 люкс. Это уровень, который подходит для чтения, но намного ниже того, что рекомендуется для домашнего освещения. Полный солнечный свет составляет 100 000 люкс, а типичный пасмурный, но не полностью штормовой день может составлять 10 000 люкс. Таким образом, предел 100 люкс датчика кажется очень низким для интересных экспериментальных целей. PCBA - это нормальная цена в 5 долларов (хотя кто-то вроде Sparkfun будет продавать что-то такое простое за гораздо меньшую цену), НО во многих случаях покупка LDR и добавление резистора и подача 5 В, без буфера операционного усилителя, приведет к Не менее полезный результат, плюс возможность выбрать LDR, который может быть более полезным.
