ทำไมฉันต้องใช้ตัวต้านทานเพิ่มเติมกับ photoresistor

ฉันยังใหม่กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดและฉันสงสัยว่าทำไมเราต้องใส่ตัวต้านทานแบบอนุกรมด้วยโฟโตเรสเตอร์เพื่อวัดความแปรผันของแสง ฉันหมายความว่า photoresistor เป็นตัวต้านทานอยู่แล้วทำไมเราต้องลดแรงดันในวงจรด้วยตัวต้านทานเพิ่มเติม? ขอบคุณล่วงหน้าสำหรับคำตอบของคุณ

แก้ไข:เพิ่มตัวอย่างสำหรับการคำนวณแรงดันไฟฟ้าในตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า

เพราะถ้าคุณต้องการวัดความต้านทานของบางสิ่งคุณต้องใช้แรงดันไฟฟ้ากับมัน
และถ้าคุณใช้แรงดันไฟฟ้าที่คุณจะต้องอย่างใดวัดแรงดันนั้นและโดยเพียงแค่การวัดระหว่างขั้ว photoresistor ของที่อยู่บนและ terminal ซึ่งอยู่บน G N Dคุณจะได้รับตรง + $+5\;V\;(V_{cc})$$GND$ไม่มีแรงดันไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงไม่ว่าจะมีขนาดเล็กหรือความต้านทานของ photoresistor ขนาดเล็กเพียงใด $+5\;V$

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

คุณวัด 5V ในแผนผังด้านบน

^{จำลองวงจรนี้}

ตอนนี้คุณสามารถวัดแรงดันไฟฟ้าตกที่ตัวต้านทานและจากค่านั้นคุณสามารถคาดเดาปริมาณแสงที่ตัวรับแสงจะได้รับ

ตัวอย่าง:

ในแผนภาพที่สองคุณจะเห็นว่ามีการใช้แรงดันไฟฟ้าข้ามและ$50\;\Omega$ความต้านทาน เพราะกฎของโอห์มบอกว่า U = R ⋅ ฉันและปัจจุบันจะต้องเท่ากันในวงจรชุดจำนวนเดียวกันของการไหลของกระแสผ่าน R 1และ R 2 ในวงจรอนุกรมกระแสไฟฟ้ายังคงเหมือนเดิม แต่แรงดันไฟฟ้าจะถูกใช้ร่วมกันระหว่างวงจร เราสามารถเขียนสมการต่อไปนี้:$100\;\Omega$$U=R\cdot I$$R_1$$R_2$

= R 1 ⋅ $U_{R_1}$$R_1\cdot I$

คุณอาจถามว่าเราจะคำนวณแรงดันไฟฟ้าได้อย่างไรถ้าเราไม่รู้กระแส
ทีนี้เราไม่รู้กระแส แต่เราสามารถคำนวณได้โดยใช้กฎของโอห์ม
เราเขียนสมการของกฎเดิมของโอห์มต่างออกไป:

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

เพราะในกรณีนี้ความต้านทานรวมคือ$R_1+R_2$ (หรือในตัวอย่างของเรา) สมการสำหรับในปัจจุบันจะเป็นฉัน= $150\;\Omega$$I=\frac{U}{R_1+R_2}$ 2

เราสามารถใช้สมการนี้เพื่อแทนที่Iเดี่ยว$I$ตัวแปรในสมการที่กล่าวถึงข้างต้น
ดังนั้นสมการสำหรับตัวต้านทานแต่ละตัวจะเป็น:

= R 1 ⋅ $U_{R_1}$$R_1\cdot\frac{U}{R_1+R_2}$

= R 2$U_{R_2}$$R_2\cdot\frac{U}{R_1+R_2}$ 2

ถ้าเรามีบน R $50\;\Omega$$R_1$และบน R $100\;\Omega$$R_2$จากนั้นแรงดันไฟฟ้าบนพวกเขาจะเป็น

= R 1 ⋅ $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$

= R 2 ⋅ $U_{R_2}$V$R_2\cdot\frac{U}{R_1+R_2}=100\;\Omega\cdot\frac{5\;V}{50\;\Omega+100\;\Omega}=100\;\Omega\cdot\frac{5\;V}{150\;\Omega}=100\;\Omega\cdot0,0\dot3\;A=3,\dot3\;V$

หากจะเปลี่ยน (ตัวอย่างเช่นการส่องสว่างน้อยลง) และความต้านทานจะเพิ่มเป็น$R_2$แรงดันไฟฟ้าจะเป็น$150\;\Omega$

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

= R 2 ⋅ $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$.

The more the resistance of the photoresistor rises, the more voltage will drop across it.

If we give the photoresistor more illumination and its resistance falls to $75\;\Omega$, then the voltages will be

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

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

The lesser the resistance of the photoresistor gets, the less voltage will drop across it (and more voltage will drop across the other resistor).

As you can see, we moved from $3,\dot3\;V$ to $3,75\;V$ when the photoresistor's resistance rised then the voltage dropped to $3\;V$ when the resistance fell.

It depends how you are using the photoresistor.

If you are using it manually on the bench, to measure light levels, then you only need to connect it to a multimeter on an Ohms range, and measure its resistance.

If you are using it as part of a circuit that responds automatically to light levels, then the circuit has to measure its resistance. There is no way it can do that without additional components. The simplest way to do it is to put another resistor in series and use the voltage at the point where they join.

While it may appear that an Ohms reading multimeter magically measures resistance, internally it has a whole bunch of extra components. On the Ohms range, the most significant of which is a resistor or current source in series with the thing that's being measured. Take a peep at the circuit board inside a multimeter next time you are changing the battery.

A popular way to measure the resistance with a microcontroller like PIC or Arduino is to put the photoresistor between an output pin and an input pin, with a capacitor from the input pin to ground. The output pin is toggled, and the micro counts how many clock cycles pass before the input pin follows. This is effectively using the logic swing on the output pin to define a voltage, and measuring the current into the capacitor as a time to charge up. No resistors here, but you are still using extra components to measure at least one of voltage and current.

In a normal resistive series circuit, the voltage dropped by the circuit will equal the input voltage. If only one resistor is used, then the entire input voltage is dropped by it. A single Photoresistor will drop 9V if 9V is put across it. Simple Ohms law. V = I * R.

If more than one resistor is used, then the voltage drop is proportional across the resistors, based on their resistance. Resistors in series are a cumulative resistance, they simply add together. Again, ohms law, V = I * (R1 + R2 + Rn)

So a single Photoresistor, who's variable resistance is based on sunlight, will continue to drop the same voltage regardless the resistance. What changes is the current through it. V stays the same, r changes, so I changes.

By adding a fixed resistor, in relation to the photoresistor, you get a variable voltage across the photoresistor. The two resistances vary in proportion to the input voltage, causing a change in the voltage dropped against each. The total voltage drop across the fixed resistor and the photoresistor will be the same, but the actual drop against each will change.

This is the essence of a voltage divider.

^{simulate this circuit – Schematic created using CircuitLab}

To expand on domenix' great answer...

"Why measure the voltage drop over the resistor, not over the photoresistor?"

In the circuit (the second diagram in domenix' answer) that has a fixed-resistor (R1) in series with the photoresistor (R2), you can measure across either the fixed-resistor or the photoresistor for a voltage change when the light level (intensity) changes on the photoresistor.

The resistance of a photoresistor decreases with increasing light intensity.

This means that as the intensity of the light increases, the voltage you would measure across the photoresistor decreases, and the voltage you would measure across the the fixed-resistor increases.

So, the voltage across the photoresistor changes in the opposite direction as the change in the intensity of the light being detected. This may or may not be what you expect and may or may not be the behavior you want to see.

If you measure the voltage across the fixed-resistor, you will see that the voltage increases as the intensity of the light being detected increases.

Depending on your needs and the other components in your final circuit, you could look at the voltage across either the photoresistor or the fixed-resistor.

Also, keep in mind that if it will help in your circuit, you can swap the position of the photoresistor and the fixed-resistor. Then the voltage at the junction of the photoresistor and the fixed-resistor will increase relative to ground, as the intensity of the light being detected increases.