Вопрос о последовательном резисторе с потенциометром

введите описание изображения здесь

На приведенном выше фрагменте схемы линейный потенциометр на 100 кОм подключен к контактам 1,3,4 J12. Внутренне мой код в MCU считывает 10-битный АЦП с контакта P1.3. Я ожидаю линейных значений АЦП (это то, что мне нужно), тогда как я нахожу полностью нелинейное резкое падение напряжения, за которым следует длинный хвост, когда потенциометр поворачивается от высоких значений к низким. Я не совсем понимаю, как это объяснить, но чувствую, что R12 (10 Ом) и R17 (10 кОм) как-то связаны с этим. При использовании потенциометра 5k я получаю почти линейное изменение напряжения.

Я хотел бы понять, как работает эта часть схемы и как я могу рассчитать входные напряжения от горшка (и, следовательно, ожидаемые значения АЦП) для различных значений горшка, таких как 100k, 10k, 5k и 1k.

Ценю ваши объяснения.

Потенциометры имеют три клеммы, и важно, как они соединяются, поэтому покажите это. Кроме того, ваша схема ужасно нарисована текстом, бегущим по сетям, и сети, соединяющие 4 точки.
Просто чтобы добавить к комментарию @Andyaka, часть этой схемы совершенно не нужна. (На самом деле, возможно, БОЛЬШИНСТВО из этого не нужно для вашего вопроса.) Вы бы сделали всем нам одолжение, если бы упростили его до необходимых частей. Я думаю, мы можем предположить, что два конца горшка подключены к земле и +3 В, а стеклоочиститель подключен к контакту 3 J12. Там можно многое выбросить.
Вы говорите, что это существующая плата или вы собираетесь сделать новую схему? Другими словами, сколько свободы у вас есть, чтобы все изменить? Как говорят другие, все могло быть намного проще.
Уточнить некоторые моменты; приведенное выше является частью принципиальной схемы для существующей платы. У меня пока нет возможности что-либо изменить (может быть, в следующей редакции). Отсюда моя причина показать больший фрагмент схемы, чем это необходимо для этого вопроса. Пожалуйста, игнорируйте все, кроме верхнего правого, если это помогает. Я не хочу перерисовывать его на случай, если допущу какие-то ошибки (нуб в электронике). Вывод-1 потенциометра подключен к заземлению J12-Pin1, вывод-3 подключен к J12-Pin4 3,3 В, а вывод-2 (дворник) подключен к J12-Pin3 и через него к P1.3 на MCU.
Обратите внимание, что J11 разомкнут, т.е. на нем нет перемычек.

Ответы (1)

Игнорируя конденсаторы, ваша схема в основном такова:

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Эта схема является просто транскрипцией вашей схемы, но без близлежащих конденсаторов и остальной части схемы, которая на самом деле не нужна, чтобы понять, почему вы получаете свои результаты.

Из приведенного выше уравнение довольно простое (где 0 % 1 ):

В "=" 3 В р 17 % р 17 + р 12 + р Икс % ( 1 % )

Предполагая, что потенциометр линейного конуса (не аудио конуса) и если р Икс "=" 100 к Ом тогда кривая для п 1,3 виден слева внизу. С другой стороны, если р Икс "=" 5 к Ом тогда кривая для п 1,3 теперь показано справа ниже:

введите описание изображения здесь введите описание изображения здесь

Причину такого поведения можно увидеть, изучив член знаменателя, р Икс % ( 1 % ) , в приведенном выше уравнении. Этот термин представляет собой эквивалентное Тевенину сопротивление потенциометра-делителя. Обратите внимание, что вклад этого члена не может превышать 25% значения потенциометра, независимо от значения % вращения. Так как знаменатель также включает р 17 "=" 10 к Ом , член потенциометра-делителя в делителе будет незначителен , если его максимальное значение много меньше, чем р 17 и будет значимым , если его максимальное значение приближается или превышает р 17 .

Если потенциометр 1 к Ом , то его максимальное значение Thevenin равно 250 Ом и это намного меньше, чем р 17 . Таким образом, настройка потенциометра не оказывает существенного влияния на делитель. Однако установка потенциометра влияет на числитель линейным образом. Таким образом, общее поведение является линейным, как вы и хотели.

Если потенциометр 100 к Ом , то его максимальное значение Thevenin равно 25 к Ом и это на самом деле довольно значительно и больше, чем р 17 . Таким образом, настройка потенциометра теперь очень сильно влияет на делитель. Поскольку этот эффект следует форме параболы, эффект делителя в результате оказывается довольно нелинейным. Настройка потенциометра влияет на числитель линейным образом, но это подавляется нелинейной параболической формой делителя. Таким образом, общее поведение вовсе не линейно.

Я действительно не знаю, почему вы не можете решить это, используя Thevenin и / или довольно простую математику делителя резисторов. Попробуйте свои силы в этом. Это довольно простая алгебра (и несколько терминов также хорошо компенсируются).

Большое спасибо! Я не совсем разбираюсь в схеме и, следовательно, не мог ее понять. Какова цель R12 и R17? Я бы предположил, что выход потенциометра будет напрямую подаваться на контакт. Если я правильно понимаю вашу схему, здесь есть два делителя напряжения; а) Выходное напряжение самого потенциометра. б) То, что выше R12, далее делится с R17. Почему?
@RamanathanR Я мог предположить, что дизайнер посчитал, что 10k и низкочастотный PI-фильтр могут помочь защитить вход микроконтроллера от статического заряда и других капризов, которые могут возникнуть на разъеме. Кроме того, они никогда не ожидали увидеть там 100-тысячный банк. Но в конечном итоге вы просите меня залезть в голову кому-то еще. Я бы поступил иначе.
Я вижу вашу точку зрения. Я искал информацию о некоторых из этих «шаблонов проектирования», используемых опытными инженерами-электронщиками. Будучи программистом, самостоятельно изучающим аппаратное обеспечение, часто бывает неприятно видеть, что что-то делается, но не понимать, почему и как. Отсюда моя публикация здесь. Спасибо за вашу помощь. Я думаю, что я уберу R17 и просто использую линейный потенциометр 1K, чтобы все было просто.
@RamanathanR Если вы планируете использовать банк на 1 тысячу, я бы оставил 10 тысяч на месте. Пиковый тевенин вашего горшка будет 250 Ом. Это будет полностью доминировать над ситуацией и должно быть достаточно хорошим.
Хорошо, мой план состоит в том, чтобы не трогать плату, а провести некоторое тестирование с использованием потенциометров 10k, 5k, 1k и посмотреть на линейность кривой напряжения. Если это удовлетворяет требованиям, я в порядке. Я буду модифицировать аппаратное обеспечение (каким бы тривиальным оно ни было) только после того, как хорошо в нем разберусь :-)
@RamanathanR Если вы не хотите видеть больше ответов, чем этот, вы можете пометить его как ответ. (Не ради себя, так как со мной все равно все в порядке. Но чтобы помочь другим не тратить свое время впустую, если оно не нужно.)
Чтобы завершить это, я провел несколько симуляций в Multisim (используя потенциометры 10k, 5k, 2k и 1k) для приведенной выше схемы и увидел лучшее линейное поведение с потенциометром 1k. Так что это проясняет, и я пометил этот ответ как принятый. Однако я все же хотел бы понять, почему разработчик будет использовать R12 и R17 в приведенной выше схеме. У кого есть идеи, пишите в комментариях :-)