En primer lugar, soy un gran problema en electrónica.
Recientemente recibí un Arduino Nano. Ahora estoy tratando de entender por qué no hay un potenciómetro nominal en el ejemplo http://arduino.cc/en/Tutorial/ReadAnalogVoltage y cómo la variación de este nominal afectaría las lecturas de entrada analógica.
También por qué en http://arduino.cc/en/Tutorial/AnalogReadSerial example eligieron un potenciómetro de 10k, lo que sería diferente con un potenciómetro de 200k.
¡Gracias!
Respuestas:
No habría diferencia en la salida de voltaje del limpiador de cualquier potenciómetro (descargado), todos funcionan de la misma manera.
Sin embargo, la entrada analógica a su Arduino recomienda una impedancia de fuente de menos de 10kOhm, para un rendimiento óptimo. Esto se debe al tiempo que lleva cargar la muestra y mantener el condensador, lo que puede verse como una impedancia dinámica . La siguiente imagen está tomada de la hoja de datos de AtMega328 (el microcontrolador en el que se basa el Arduino):
No se preocupe demasiado si no comprende completamente esto en este momento, solo acepte que necesitamos una impedancia de fuente de menos de 10kOhms.
Ahora, ¿cómo calculamos la impedancia de salida de un potenciómetro?
Para los detalles, mire la impedancia equivalente de Thevenin . Esto nos dice que la resistencia de salida máxima del limpiador de una olla es 1/4 de su resistencia medida de arriba a abajo (cuando el limpiador está en el centro) Entonces, si su olla es 10k, entonces la resistencia de salida máxima es 2.5k .
Aquí hay una simulación de un bote de 10k siendo barrido de un extremo al otro:
El eje X representa la rotación de 0 a 100% (ignore los valores reales mostrados) El eje Y es la impedancia de salida medida en el limpiador. Podemos ver cómo comienza y termina a 0 ohmios y alcanza un máximo a 2.5kOhms en el medio (50%)
Esto es cómodamente menor que la impedancia de fuente recomendada de 10k.
Por lo tanto, puede usar cualquier valor de bote entre, por ejemplo, 100 ohmios y 40k como divisor de voltaje.
EDITAR: para responder la pregunta sobre qué sucede si utilizamos un bote de 200k:
Como dice en el extracto de la hoja de datos, cuanto mayor es la impedancia de la fuente, más tiempo tarda el condensador S / H en cargar. Si no está completamente cargada antes de tomar la lectura, la lectura mostrará un error en comparación con el valor real.
Podemos determinar cuánto tiempo necesita cargar el condensador al 90% de su valor final, la fórmula es:
2.3 * R * C
Después de 1 constante de tiempo RC, el voltaje está en ~ 63% de su valor final. Después de 2.3 constantes de tiempo, está en ~ 90% como anteriormente. Esto se calcula por 1 - (1 / e ^ (RC / t)) donde e es el logaritmo natural ~ 2.718. Por ejemplo, para 2.3 constantes de tiempo sería 1 - (1 / e ^ 2.3) = 0.8997.
Entonces, si conectamos los valores mostrados: impedancia de fuente de 50k, impedancia de serie de 100k (supongamos el peor de los casos) y capacitancia de 14pF:
2.3 * 150k * 14pF = 4.83us para cargar al 90%.
También podemos calcular el valor de -3dB:
1 / (2pi * 150k * 14pF) = 75.8kHz
Si queremos que el valor final esté dentro del 99%, tenemos que esperar alrededor de 4.6 tau (constantes de tiempo):
4.6 * 150k * 14pF = 9.66us para cargar al 99% - esto corresponde a alrededor de 16.5kHz
Entonces podemos ver cómo cuanto mayor es la impedancia de la fuente, mayor es el tiempo de carga y, por lo tanto, menor es la frecuencia leída con precisión por el ADC.
Sin embargo, en el caso de una olla que controle un valor de ~ DC, puede tomar muestras a una frecuencia muy baja y darle suficiente tiempo para cargar, ya que la fuga es muy pequeña. Así que creo que 200k debería estar bien en este caso. Sin embargo, para una señal de audio o cualquier señal de alta impedancia variable (CA), tendrá que tener en cuenta todo lo anterior.
Este enlace incluye algunos buenos detalles sobre las características del ADC ATMega328.
Oli te mostró la información en la hoja de datos, aunque si eres nuevo en esto, su explicación puede ser un poco difícil de entender.
El ADC (convertidor analógico a digital) tiene un pequeño condensador, que contiene el voltaje de entrada analógica. Ese condensador se carga a través de la resistencia en la entrada. Una alta resistencia cargará el condensador más lentamente. Se recomiendan 10 kΩ como máximo, por lo que está bien usar un potmeter de ese valor. Los 40 kΩ de Oli como máximo son correctos, pero eso quedará claro a medida que aprenda sobre Thévenin.
En mi experiencia con Arduinos, con potenciómetros más allá de 10k, las lecturas fluctuarán. Resuelvo esto poniendo un capacitor de .1uf entre el limpiador y la tierra. Esto mantiene el voltaje estable para las lecturas analógicas. Al usar el condensador, he usado macetas de hasta 1 megaohmio y obtengo lecturas sólidas y constantes.