LM358 (Op-Amp) สำหรับเซนเซอร์ตรวจจับแสง?

ฉันกำลังดูเซ็นเซอร์แสงนี้ :

อะไรคือจุดที่มี LM358 (ฉันเชื่อว่าเป็น Op-Amp Dual) สำหรับ Light Sensor? บางทีฉันอาจจะพลาดบางสิ่ง .... แต่มันมีจุดประสงค์อะไร

ฉันรู้ว่านี่อาจเป็นคำถามที่ง่ายและโง่ แต่ทำไมคุณไม่อ่านข้อมูลแบบอะนาล็อกจาก Light Sensor?

LDRและ 10 k$\Omega$ตัวต้านทานรวมกันเป็นตัวแบ่งแรงดันซึ่งผลผลิตขึ้นอยู่กับความต้านทานของ LDR หากคุณเชื่อมต่อเอาท์พุทกับวงจรความต้านทานต่ำที่จะได้รับขนานกับหนึ่งในตัวต้านทานและบิดเบือนการอ่าน

แก้ไข (อีกคำถามของเซารอนสำหรับคำอธิบายเพิ่มเติม)
"ความต้านทาน" เป็นคำทั่วไปสำหรับการโหลดทุกประเภท แต่ที่นี่เราสามารถเรียกมันว่า "การต่อต้าน" สมมติว่าความต้านทานของ LDR ของเราคือ 10 k$\Omega$. จากนั้นกับ 10 k$\Omega$ ความต้านทานแบบอนุกรมพวกมันจะสร้างตัวแบ่ง 1/2 และผลลัพธ์จะเป็น 2.5 V แต่ถ้าเอาท์พุทจะไปยังส่วนถัดไปในวงจรซึ่งมี 10 k$\Omega$ ความต้านทานกับพื้นดินซึ่งจะขนานกับความต้านทานอนุกรมของ LDR และสอง 10 k$\Omega$ ตัวต้านทานแบบขนานให้ผลลัพธ์เป็น 5 k$\Omega$ความต้านทาน ดังนั้นตัวหารจะไม่เป็น 10 K ของ LDR อีกต่อไป$\Omega$ ในซีรี่ส์ที่มีตัวต้านทานซีรีย์ 10 k$\Omega$แต่มี 5 k$\Omega$แล้วอัตราส่วนของตัวหารจะกลายเป็น 1/3 แทน 1/2 เอาต์พุตจะเป็น 1.67 V แทน 2.5 V นั่นคือวิธีที่ความต้านทานโหลดสามารถบิดเบือนการอ่าน ในทางปฏิบัติความแตกต่างอาจไม่ใหญ่มาก แต่ในหลาย ๆ กรณีการอ่าน 2.4 V แทนที่จะเป็น 2.5 V ที่คาดไว้นั้นเป็นข้อผิดพลาดที่ใหญ่เกินไป

บัฟเฟอร์เกนแบบ unity จะแยกตัวหารออกจากโหลด

opamp มีความต้านทานอินพุตสูงและดังนั้นจะไม่เปลี่ยนการอ่าน

ถ้าคุณเชื่อมต่อเอาต์พุตของตัวแบ่งโดยตรงกับ ADC ของไมโครคอนโทรลเลอร์บัฟเฟอร์อาจไม่จำเป็น
ค่าจากกราฟของ LDR ให้ค่าประมาณ

30 k$\Omega$ ถึง 100 k$\Omega$ที่ 1 ลักซ์,
15 เค$\Omega$ค่าเฉลี่ยอยู่ที่ 10 lux,
2.5 k$\Omega$ ถึง 3.5 k$\Omega$ ที่ 100 ลักซ์

ด้วย 10 k$\Omega$ตัวต้านทานแบบอนุกรมซึ่งหมายความว่าสำหรับแหล่งจ่ายไฟ 5V แรงดันเอาต์พุตอาจแตกต่างกันระหว่าง 0.45 V และ 4 V. เอาต์พุตของLM358สามารถจัดการกับขีด จำกัด ล่าง แต่ 4 V อาจมีปัญหา เพื่อให้แน่ใจว่าถ้าคุณต้องใช้บัฟเฟอร์ให้ใช้ opamp Rail-To-Rail แทน อย่างที่ฉันพูดไปสำหรับการเชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์คุณอาจไม่จำเป็นต้องใช้

แก้ไข
จากนั้นคุณไม่จำเป็นต้องใช้ PCB เพียงซื้อ LDR ความเห็นของรัสเซลเกี่ยวกับ LDR ที่ จำกัด ใช้ที่นี่และเขาพูดถูก 100 lux คือสิ่งที่คุณได้รับในวันที่มืดมน ทันทีที่พระอาทิตย์ออกมาคุณจะมีมากกว่านั้นได้ง่ายๆแม้ในที่ร่ม แทนที่จะเลือก LDR อื่นฉันจะเปลี่ยนไปใช้โฟโตทรานซิสเตอร์ Phototransistorพวกมันเร็วกว่า LDR ที่ช้าอย่างไม่น่าเชื่อและเนื่องจากพวกมันมีเอาต์พุตปัจจุบันแรงดันตัวต้านทานจะเป็นแบบเส้นตรงกับแสงตกกระทบ คุณใช้มันในลักษณะเดียวกัน: ต่ออนุกรมกับตัวต้านทาน

phototransistorนี้ปรับให้เข้ากับความไวสเปกตรัมของตา มันถูกระบุตั้งแต่ 10 ลักซ์ (พลบค่ำ) ถึง 1,000 ลักซ์ (วันที่มีเมฆมาก) แม้ว่าฉันจะทำงานกับมันในระดับที่ต่ำเป็น 1 ลักซ์ (พลบค่ำลึก) และสูงถึงหลายพันลักซ์ (เต็มกลางวัน) โดยไม่มีปัญหา

คำอธิบายระดับการส่องสว่างจากที่นี่

แผนภาพแสดงไว้ด้านล่าง
ฉันได้เพิ่มการเชื่อมต่อจาก Opamp inverting input ไปยัง Opamp output เพราะมันถูกแสดงโดย D1 net labels แต่พลาดง่ายเนื่องจากแผนภาพที่น่าสมเพช คุณภาพ. ไม่จำเป็นต้องใช้ net-label ในการเชื่อมต่อนี้ในกรณีนี้และทำเช่นนั้นซ่อนการกำหนดค่าบัฟเฟอร์กำไรแบบเอกภาพคลาสสิก
เมื่อเอาต์พุตของ opamp 100% ถูกป้อนกลับไปยังอินพุตที่กลับมาดังที่ทำไว้ที่นี่เอาต์พุตจะติดตามอินพุตที่ไม่ถูกแปลง เอาต์พุตสามารถขับเคลื่อนสิ่งที่ opamp สามารถขับได้ในขณะที่อินพุตนั้นมีความสามารถของไดรฟ์ต่ำโดยต้องการเพียงเพื่อให้สามารถขับอินพุต opamp

opamp ที่ไม่ใส่อินพุต "เห็น" แรงดันไฟฟ้าที่จุดร่วมทั่วไป R_LDR & R1 =

Vin = Vcc x (R1 / (R1 + R_LDR)

วงจรไม่ดี!

จุดสำคัญที่ดูเหมือนว่าจะพลาดคือ LM358 opamp มีแรงดันไฟฟ้าอินพุตสูงสุดที่อนุญาตน้อยกว่า Vcc โดยมากถึง 1.5V ที่ 25 C หรือ 2V ตลอดช่วงอุณหภูมิทั้งหมด
ซึ่งหมายความว่าที่ 25C เมื่อ Vcc = 5V แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ IC สามารถจัดการได้คือ 5 - 1.5 = 3.5 VDC หากแรงดันไฟฟ้าขาเข้าสูงกว่า 3.5 VDC ด้วย Vcc = 5V แรงดันไฟฟ้าขาออกอาจไม่แน่นอน

ดูภาพแสดง R1 = 10k

ดังกล่าวข้างต้นแรงดันไฟฟ้าเข้าไปใน opamp = Vcc x (R1 / (R1 + R_LDR)
นี่จะเท่ากับ 3.5V เมื่อ 3.5V ลดลงทั่ว R1 และ 1.5V ลดลงทั่ว R_LDR ดังนั้นสิ่งนี้จะเกิดขึ้นเมื่อ R_LDR = 1.5 / 3.5 x 10k = 4300 โอห์ม
เมื่อความต้านทาน LDR ลดลงเมื่อมีแสงเพิ่มขึ้นขีด จำกัด ทางกฎหมายบนคือเมื่อ R_LDR = 4200 โอห์ม แต่ LDR จะปรากฏบนหน้าวิกิพีเดียของพวกเขาลดลงเหลือ 1K ที่ 100 ลักซ์ (แสดงว่าเป็น แพร่กระจายจาก 1k ถึง 2k สำหรับผลิตภัณฑ์ทั่วไป)

ค่าแสงที่ Vin = 3.5V สามารถอ่านได้จากกราฟ อย่างที่เห็นเมื่อ LDR = 4k3 ระดับ lux = บางแห่งในช่วง 40 ถึง 70 lux เนื่องจาก LDR แสดงว่ามีค่า 1K ที่ 100 lux บางแอมป์จะอนุญาตให้วัดช่วงที่ต้องการน้อยกว่าครึ่ง ในทางปฏิบัติหลาย opamps อาจเกิน 3.5V โหมดปกติ runmge และระดับลักซ์ที่วัดได้จะสูงขึ้น

ตัวเลือก LDR:

ระดับลักซ์สูงสุดแสดงเป็น 100 ลักซ์ นั่นคือระดับที่เพียงพอสำหรับการอ่าน แต่ต่ำกว่าที่แนะนำสำหรับการส่องสว่างภายในบ้าน แสงแดดเต็มรูปแบบคือ 100,000 ลักซ์และมืดครึ้มโดยทั่วไป แต่ไม่ใช่วันที่มีพายุอาจจะ 10,000 ลักซ์ ดังนั้นขีด จำกัด ของเซ็นเซอร์ 100 lux จึงต่ำมากสำหรับการทดลองที่น่าสนใจ PCBA เป็นราคาที่ตกลงที่ $ 5 (แม้ว่าใครบางคนอย่าง Sparkfun จะถูกคาดหวังว่าจะขายสิ่งที่เรียบง่ายนี้ให้น้อยกว่ามาก) แต่ในหลาย ๆ กรณีการซื้อ LDR และเพิ่มตัวต้านทานและป้อน 5V ในโดยไม่มีบัฟเฟอร์ opamp ผลลัพธ์ที่มีประโยชน์เท่าเทียมกันรวมถึงความสามารถในการเลือก LDR ที่มีประโยชน์มากกว่า