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Dimensionamento resistenze partitore di tensione

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] Dimensionamento resistenze partitore di tensione

Messaggioda Foto UtenteStemby » 2 gen 2021, 21:00

Buongiorno,
premettendo che sono cosciente di quali siano le insidie del partitore di tensione, avrei bisogno di una dritta sul dimensionamento delle due resistenze.

Il caso in realtà è abbastanza banale: ho bisogno di installare una centralina basata su Arduino in una zona dove non vi è allacciamento elettrico; userei quindi una batteria 12 V al piombo (quelle da UPS spero siano adeguate in termini di capacità, e costano poco) per alimentare il tutto, e mi piacerebbe avere un'indicazione di carica in modo da andare a sostituire la batteria con una gemella quando la tensione erogata è sotto al limite prestabilito.

L'idea sarebbe quindi di usare Arduino stesso per misurare (da input analogico) la tensione della batteria, e inviarmi (via SMS per esempio) un messaggio di allarme all'occorrenza; dato che sopra i 5V Arduino frigge, interporrei un partitore di tensione.

Ora, seguendo lo schema al link sopra riportato e trascurando Rc, Ra = (7/5)*Rb; dunque scolasticamente Ra potrebbe essere 7 Ω, 70 Ω, 7 kΩ, 7 MΩ, [...], mentre Rb potrebbe essere rispettivamente 5 Ω, 50 Ω, 5 kΩ, 5 MΩ, [...]. Tanto più le resistenze hanno valore alto, tanta meno corrente passa, tanto più il partitore risulta efficiente (consuma meno batteria); tuttavia affinché Rc sia trascurabile, Rc deve essere enormemente maggiore di (Ra + Rb). Sapete guidarmi nella scelta di valori sensati?

Leggendo qui sembrerebbe che Rc > 50 MΩ, ma che sia necessaria una corrente di circa 0,5 mA per far funzionare correttamente l'ADC. Se questi dati sono corretti, ipotizzando che Ra + Rb sia 24 kΩ, I varrebbe esattamente 0,5 mA.

I dati presentati vi risultano corretti? Se sì, i valori scelti vi sembrano adeguati?

Grazie, e buon anno!
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[2] Re: Dimensionamento resistenze partitore di tensione

Messaggioda Foto Utentevince59 » 2 gen 2021, 22:00

:shock: :shock: guarda che Arduino è alimentabile a 12V tramite lo spinotto presente sulla scheda. Al massimo si riscalda un po' di più il regolatore. Se vuoi 5v utilizza un LM7805.
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[3] Re: Dimensionamento resistenze partitore di tensione

Messaggioda Foto Utentegill90 » 2 gen 2021, 22:12

Premetto che uso veramente pochissimo Arduino, ti direi una coppia di valori 7k-5k dovrebbe andare più che bene. I conti con la Rc rischiano di essere un po' appossimativi visto che la Rc è una rappresentazione equivalente, tuttavia leggendo un paio di opinioni il consiglio che danno per l'ADC di Arduino è di stare sui 10k/15k di impedenza d'uscita, che sinceramente a me sembra un valore onesto.

Foto Utentevince59 credo che la domanda riguardi solo l'interfacciamento con l'ADC, mentre l'Arduino è alimentato per i fatti suoi... Corretto Foto UtenteStemby?
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[4] Re: Dimensionamento resistenze partitore di tensione

Messaggioda Foto UtenteMarcoD » 2 gen 2021, 22:15

Si, il tuo ragionamento è corretto.
Potresti anche mettere R1 10k e R2 5k,divideresti per 3.
Se nontrovi 5k usa 4,7 kohm .
O_/
Post scriptum:
Per ridurre il consumo potresti mettere
100k e 47k con in parallelo 10uF per filtrare eventuali disturbi.
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[5] Re: Dimensionamento resistenze partitore di tensione

Messaggioda Foto Utentelucaking » 2 gen 2021, 23:06

Scusate, ma se ho ben capito, si parla di alimentazione a batterie.
Non sarebbe più efficiente un modulino step down senza dissipare troppa potenza sul regolatore di Arduino o sul partitore?
Foto UtenteStemby, che scheda Arduino intendi usare?
Hai un idea dell' assorbimento della tua centralina?
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[6] Re: Dimensionamento resistenze partitore di tensione

Messaggioda Foto UtenteStemby » 2 gen 2021, 23:38

Grazie a tutti per le risposte!

gill90 ha scritto:Foto Utentevince59 credo che la domanda riguardi solo l'interfacciamento con l'ADC, mentre l'Arduino è alimentato per i fatti suoi... Corretto Foto UtenteStemby?

Corretto :)

MarcoD ha scritto:Se nontrovi 5k usa 4,7 kohm

In ogni caso pensavo di mettere in serie ad una delle due resistenze un trimmer, in modo da fare poi una regolazione di fino con un cacciavite.

Per ridurre il consumo potresti mettere
100k e 47k

Ma così non è troppo alta la resistenza totale? Ovvero, non arriva troppo poca corrente affinché l'ADV di Arduino funzioni correttamente?

A tal proposito in realtà vedo in giro dati contrastanti; ad esempio qui si consiglia una resistenza totale di 100 kΩ, quindi già ben al di sopra del limite ipotizzabile vedendo i dati che avevo riportato sopra.

con in parallelo 10uF per filtrare eventuali disturbi.

Saresti così gentile da spiegare ad un principiante come me quale sia la problematica, e come il condensatore rimedierebbe?

lucaking ha scritto:Scusate, ma se ho ben capito, si parla di alimentazione a batterie.

Più precisamente, si parla di misurazione del livello di carica di una batteria che genera una tensione nettamente superiore (12 V nominali) a quanto il convertitore analogico-digitale di Arduino (che si vorrebbe usare per fare la misurazione) sia in grado di sopportare (limite massimo 5 V).

Foto UtenteStemby, che scheda Arduino intendi usare?

Da stabilire. Potrebbe essere una Micro.

Hai un idea dell' assorbimento della tua centralina?

Non ancora, ma non dovrebbe essere esagerato. La parte più esosa potrebbe essere il modem GSM (o GPRS o quel che sarà), oppure un ricevitore GPS (+ GLONASS + Galileo + BeiDou?).
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[7] Re: Dimensionamento resistenze partitore di tensione

Messaggioda Foto Utentegill90 » 3 gen 2021, 1:11

In ultima analisi i parametri precisi per il calcolo dipendono dal micro montato sul tuo Arduino, è difficile dire così su due piedi un valore universale che soddisfi i requisiti di basso consumo e precisione di misura...

A rigor di logica se il tuo ingresso varia molto lentamente nel tempo e se la misurazione che farai non dovrà avere necessariamente una frequenza alta, ci puoi mettere anche valori di resistenza elevati, a patto che ci piazzi un condensatore sull'ingresso dell'ADC.


Detto in maniera molto approssimata, tipicamente all'interno di un ADC trovi uno stadio di "Sample&Hold" che si occupa di caricare per un certo intervallo di tempo una capacità C_{adc} di valore tipicamente basso (sulla decina di pF) per poi scollegarla dal mondo esterno e procedere internamente al processing del suo valore di tensione.



Senza entrare nel dettaglio di conti, capisci bene come ogni capacità dovrà richiedere del tempo per essere caricata al valore di tensione corrispondente (cioè ogni capacità avrà una costante di tempo ad essa associata). La capacità interna dell'ADC è fissa, così come la resistenza R_{adc} (che possiamo anche trascurare nella trattazione per comodità), mentre la capacità C_1 la possiamo gestire noi. Quella che tu chiami "corrente di ADC" non è altro che la corrente che scorre all'interno del pin di ADC per caricare tale capacità: come tu gliela fornisci è una scelta tua.
A questo punto, puoi decidere di:

- non usare C_1 e tenere una valore basso di resistenze per fare in modo che il percorso verso la capacità C_{adc} a partire da V_{bat} sia meno "resistente" possibile;
- tenere valori alti di resistenza e mettere una C_1 bella grossa: in questo modo le resistenze renderanno lenta la carica di C_1 (quindi questo approccio non lo puoi adottare se hai tensioni di inresso che variano molto velocemente), però ora C_1 sarà l'addetto alla carica di C_{adc}, e se C_1 >> C_{adc} ciò significa che potrà erogare lui una considerevole quantità di corrente necessaria a caricare C_{adc} senza ridurre apprezzabilmente la sua tensione (detto in altri modi è un partitore capacitivo).

Se il tuo obiettivo è misurare una tensione molto poco variabile e poco frequentemente, direi che questo secondo approccio potrebbe fare al caso tuo. C_1 fa sia da filtro passa basso (smorza le oscillazioni dell'ingresso perché è molto lenta da caricare e quindi il suo potenziale raggiunge il valore di regime molto lentamente), sia da serbatoio di carica per quando sarà triggerata una nuova conversione.
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[8] Re: Dimensionamento resistenze partitore di tensione

Messaggioda Foto UtenteStemby » 3 gen 2021, 1:48

Chiarissimo, Foto Utentegill90, grazie mille!
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[9] Re: Dimensionamento resistenze partitore di tensione

Messaggioda Foto Utentevince59 » 3 gen 2021, 11:19

Vero. Leggendo con attenzione non ci si riferiva all'alimentazione della board. Sorry.
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