LM358 (Op-Amp) для датчика світла?

Я дивлюся на цей датчик світла :

Який сенс мати LM358 (подвійний оп-підсилювач, я вважаю) для датчика світла? Можливо, мені чогось не вистачає .... але якій саме цілі це служить?

Я знаю, що це, мабуть, просте і дурне питання. Але чому ви не можете просто прочитати аналогові дані з датчика світла?

LDR і 10 кОм$\Omega$резистор разом утворюють дільник напруги, вихід якого залежить від опору ЛДР. Якщо ви підключите вихід до ланцюга низького опору, який вийде паралельно одному з резисторів і спотворить показання.

редагувати (знову питання Саурона для подальшого пояснення)
"Імпеданс" - це загальне слово для будь-якого типу навантаження, але тут ми можемо назвати це "опір". Припустимо, опір нашого LDR становить 10 k$\Omega$. Потім з 10 к$\Omega$ серійний опір вони утворюватимуть 1/2 дільника, а вихід буде 2,5 В. Але якщо вихід буде переходити до наступної частини ланцюга, яка також має 10 к$\Omega$ опір заземленню, який став би паралельним ряду опору серії LDR та двох 10 к$\Omega$ паралельно резистори отримують 5 к$\Omega$опір. Таким чином, дільник більше не становить 10 кДР LDR$\Omega$ послідовно із серійним резистором 10 k$\Omega$, але з 5 к$\Omega$, і тоді відношення дільника стає 1/3 замість 1/2. Вихід буде 1,67 В замість 2,5 В. Ось такий опір навантаження може спотворити показання. На практиці різниця може бути не такою великою, але в багатьох випадках зчитування 2,4 В замість очікуваних 2,5 В - це вже занадто велика помилка.

Буфер посилення єдності ізолює дільник від його навантаження.

Операційний підсилювач має високий вхідний опір і тому не змінює показання.

Якщо ви підключите вихід дільника безпосередньо до АЦП мікроконтролера, буфер, ймовірно, не знадобиться.
Значення з графіка LDR дають приблизно

30 к$\Omega$ до 100 к$\Omega$при 1 лк,
15 к$\Omega$в середньому при 10 лк,
2,5 к$\Omega$ до 3,5 к$\Omega$ при 100 люкс.

З 10 к$\Omega$серійний резистор, що означає, що для живлення 5В вихідна напруга може змінюватись від 0,45 В до 4 В. Вихід LM358 може працювати з нижньою межею, але 4 В може бути проблемою. Щоб переконатися, якщо вам доведеться використовувати буфер, замість цього використовуйте оппам Rail-To-Rail. Як я вже сказав, для підключення до мікроконтролера вам, мабуть, не потрібен.

редагувати
Тоді вам не потрібна плата, просто купуйте LDR. Рассел коментує обмежений діапазон використовуваних тут LDR, і він має рацію. 100 люкс - це те, що ви отримуєте в дуже темний день. Як тільки вийде сонце, ви легко отримаєте більше, навіть у приміщенні. Замість вибору іншого LDR я перейшов би на фототранзистор . Вони набагато швидші, ніж неймовірно повільні ЛДР, і оскільки вони мають вихідний струм, напруга резистора буде лінійним із падаючим світлом. Ви використовуєте їх так само: послідовно з резистором.

Цей фототранзистор адаптований до спектральної чутливості ока. Він визначається від 10 люкс (сутінки) до 1000 люкс (похмурий день), хоча я працював з ним на рівні від 1 люкс (глибокий сутінок) і до кількох тисяч люкс (повне денне світло) без проблем.

Описи рівня освітленості звідси

Їх діаграма наведена нижче.
Я додав з'єднання від інвертування входу Opamp до виходу Opamp, оскільки це було показано мережевими мітками D1, але легко пропускалось через патетичну діаграму. якість. У цьому випадку не потрібно було використовувати мережеві мітки, щоб виконати це з'єднання, і це приховує класичну конфігурацію буфера посилення єдності.
Коли 100% виходу операційного апарата повертається на інвертуючий вхід, як це робиться тут, вихід відстежує неінвертуючий вхід. Вихід може керувати тим, на що здатний управляти операційним апаратом, тоді як вхід може мати низьку здатність диска, потребуючи лише для того, щоб мати змогу керувати входом підсилювача.

Операційний неінвертуючий вхід "бачить" напругу в загальній точці R_LDR & R1 =

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

Поганий контур!

Важливим моментом, який, здається, пропустили, є те, що підсилювач LM358 має максимально допустиму вхідну напругу менше Vcc на цілих 1,5 В при 25 С або стільки, як 2 В протягом усього температурного діапазону.
Це означає, що при 25С при Vcc = 5В максимальна вхідна напруга, з якою ІМ може працювати, становить 5 - 1,5 = 3,5 В постійного струму. Якщо напруга на вході колись перевищує 3,5 В постійного струму з Vcc = 5 В, то вихід може бути невизначеним.

Перегляд їх зображення показує R1 = 10k.

Як і вище, напруга в opamp = Vcc x (R1 / (R1 + R_LDR)
Це буде дорівнює 3,5 В при падінні 3,5 В на R1 і 1,5 В на R_LDR), так що це відбувається, коли R_LDR = 1,5 / 3,5 x 10k = 4300 Ом.
Коли опір ЛДР падає зі збільшенням світла, верхня межа легальної освітленості становить, коли R_LDR = 4200 Ом, АЛЕ ЛДР відображається на їхній сторінці Вікі як зменшення до 1К при 100 люкс. (Показано, що поширення від 1k до 2k для типового продукту).

Значення світла, де Vin = 3,5 В, можна прочитати з графіка. Як видно, коли LDR = 4k3, рівень люкс = десь в діапазоні від 40 до 70 люкс. Оскільки LDR показано як 1К при 100 лк, деякіпампа дозволять вимірювати менше половини потрібного діапазону. На практиці багато opamps можуть перевищувати 3,5 В загального режиму, і вимірюваний рівень люкс буде вище.

Вибір LDR:

Максимальний рівень люкс показаний як 100 люкс. Це рівень, достатній для читання, але значно нижчий від рекомендованого для домашнього освітлення. Повне сонячне світло становить 100 000 люкс, а типовий похмурий, але не зовсім бурхливий день може становити 10 000 люкс. Тому межа датчика в 100 люкс здається дуже низьким для цікавих експериментальних цілей. PCBA - це ціна в розмірі 5 доларів (хоча, як очікується, хтось, як Sparkfun, продасть щось таке просте за набагато менший), але у багатьох випадках купуючи LDR, додаючи резистор і подаючи 5 В, без буфера підсилювача, можна отримати не менш корисний результат, плюс можливість вибору LDR, відповідального за загальну корисність.