L'impédance d'entrée de votre ADC met une limite supérieure sur la résistance utilisable du diviseur de tension. L'impédance d'entrée de l'ADC apparaît en parallèle avec \ $ R_2 \ $ et fait partie de l'équation du rapport de division:

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

(Les valeurs de résistance sont à titre indicatif uniquement. Vous devez consulter la fiche technique de votre ADC pour trouver son impédance d'entrée, qui peut ne pas être purement résistive. De plus, la fiche technique de votre ADC peut mentionner d'autres restrictions et / ou fournir des valeurs de résistance recommandées.)

Sans la charge ADC, l'équation de division est

$$ V _ {\ text {out}} = \ frac {R_2} {R_1 + R_2} V _ {\ text {in}} $$

Cependant, l'impédance d'entrée ADC est en fait en parallèle avec \ $ R_2 \ $ donc la tension de sortie est vraiment

$$ V _ {\ text {out}} = \ frac {R_2 \ parallel R _ {\ text {ADC}}} {R_1 + R_2 \ parallel R _ {\ text {ADC}}} V _ {\ text {in }} $$

Si \ $ R _ {\ text {ADC}} \ gg R_2 \ $ then \ $ R _ {\ text {ADC}} \ parallel R_2 \ approx R_2 \ $ (\ $ R _ {\ text {ADC}} \ $ est effectivement un circuit ouvert) et peut être ignoré dans l'équation de division. Cependant, si \ $ R _ {\ text {ADC}} \ approx R_2 \ $ then \ $ R _ {\ text {ADC}} \ parallel R_2 \ approx R_2 / 2 \ $ et que votre rapport de division réel n'est pas ce que vous pensiez était. Une bonne règle d'or est de s'assurer que \ $ 10 \ times R_2 \ leq R _ {\ text {load}} \ $, où l'ADC est \ $ R _ {\ text {load}} \ $ dans ce cas.

De plus, le bruit généré par une résistance est proportionnel à sa résistance, vous verrez donc plus de bruit avec des résistances de très haute valeur.

Le diviseur de tension se brise lorsqu'il n'est plus un diviseur de tension.Et quand cela arrive?Lorsque le courant traversant la charge commence à être du même ordre de grandeur que le courant traversant les résistances du diviseur.Mais ce n'est peut-être pas le seul facteur pour choisir les valeurs d'un diviseur de tension.

Pour le cas spécifique de l'ADC Arduino, et selon ce lien Impédance d'entrée des broches analogiques Arduino Uno?, l'impédance de source recommandée de tout ce qui est connecté à une entrée Arduino ADC doit être de 10 kOhm max.Puisque votre impédance source est dominée par vos résistances, les résistances du diviseur doivent également être de l'ordre de dizaines de kOhm.

L'ADC a un condensateur de retenue d'échantillons sur l'entrée.Probablement 10pF, comme estimation. La constante de temps de 10pF et 10MegOhms est de 100 microsecondes, après quoi le condensateur n'est chargé qu'à 63% de la valeur finale (précision de 9 dB, 1,6 bits).Après une autre constante de temps, encore 100 microsecondes, le plafond s'est chargé à 90% de la valeur finale (précision de 18 dB, 3,2 bits).Après une 3e constante de temps, vous avez une précision de 5 bits.Après 6 constantes de temps, vous avez une précision de 10 bits.

Vous devez donc autoriser 6 constantes de temps pour que l'entrée RC se stabilise.

Une autre façon de voir la charge demandée par la prise d'échantillons de l'ADC est par le calcul $$ Rin = Freq * SampleCap * MaxChargeVoltage $$ où 1MegaHertz Fsample et 10pF et 5 volts ressemble à $$ 1e6 * 1e-11 * 5 $$ ou charge moyenne de 500 000 Ohms sur votre diviseur de tension.Cela suggère qu'il y a une erreur moyenne.

Utilisez le premier bit de calcul ----- la constante de temps de réglage ----- pour une meilleure précision de mesure.

La limite dépend de la bande passante de bruit du circuit, y compris le câble et le bruit involontaire provenant de sources proches en transitoires mV / m ou mA / m et de la bande passante du signal dont vous avez besoin. Si la bande passante du signal est de 1 seconde de temps de montée et que le bruit est de 50 Hz, vous pouvez utiliser 1 gigaohm (1e9) = Req et 1nF (1e-9) donc RC = 1 seconde et obtenir une réduction de -6 dB par octave à 50 Hz ou 1 .. 2..4..8..16..32 ... 64 (6 octaves) ou environ 36 dB de réduction du bruit.

• Première définition des niveaux de bruit et de la bande passante
• 2ème définir les niveaux de signal et la bande passante
  • (ou erreur DC et temps de montée ou latence 10% à 90% où Tr = 0,35 / f-3dB)
• puis définissez la bande passante LPF et le rejet de bande f avec l'atténuation nécessaire
• alors RC est connu, choisissez R et C pour répondre à toutes les spécifications ci-dessus.

Si vous devez dépasser la bande passante du bruit mais que la fréquence est étroite (comme le bruit de ligne ou le bruit SMPS), utilisez un filtre Notch.

• Cette méthode vous permet de choisir la bonne valeur de résistance pour le circuit.
• par exemple un pont d'impédance pour le sol peut utiliser 100k, mais pour l'eau pure, il peut utiliser une source de courant constant équivalente à 100G Ohms à une certaine fréquence pour éviter les effets polaires des contaminants CC mais utiliser la capacité polaire de l'eau.
• Terraohms est destiné à une chimie environnementale de laboratoire spéciale sans contaminant, car tous les contaminants ajoutent une conductance dans Siemens ou une résistance inférieure.
• En règle générale, à bord, nous pourrions utiliser 10k à 10M sans câbles d'interface. Ensuite, en raison des effets d'antenne sur les câbles, nous pourrions utiliser 50 Ohms à 600 Ohms. pour réduire le bruit d'entrée sur les circuits.

N.B. Ce plus gros oubli sur tous les ingénieurs débutants est le manque de considération pour le bruit de non-correspondance d'impédance et le bruit en mode commun (CM) sur les circuits asymétriques devenant un signal de bruit différentiel. C'est là que les selfs CM ou les baluns ou les manchons en ferrite sont utilisés avec des signaux d'interface avec un blindage à la terre et des masses en étoile et un filtrage adéquat du bruit PS.

Différentes puces présentent des différences subtiles dans le fonctionnement de leurs étages d'entrée analogiques qui ne sont pas décrites dans leurs fiches techniques. En règle générale, lorsqu'une entrée analogique est échantillonnée, un condensateur à l'intérieur de la puce est connecté à la broche d'entrée. Cela provoquera une traction momentanée de la tension sur la broche vers la tension sur le capuchon jusqu'à ce qu'un courant suffisant puisse circuler dans ou hors de la broche pour atteindre une tension d'équilibre. Un tel comportement est commun à de nombreuses parties.

L'aspect qui diffère selon les puces, mais qui est rarement mentionné dans les fiches techniques, est la tension initiale sur le capuchon avant qu'il ne soit connecté à la broche. J'ai vu certaines parties où, si plusieurs lectures sont effectuées dans une succession raisonnablement rapide, la tension de plafond initiale pour chaque lecture sera assez proche de la tension de la dernière lecture. Si le même canal est échantillonné à chaque fois et que sa tension ne change pas trop, les perturbations qui en résultent seront mineures, permettant la mesure de signaux à impédance relativement élevée sans trop de perte de précision. J'ai également vu certaines parties où le bouchon semble être déchargé de manière constante. Lorsque vous utilisez une entrée à haute impédance, tous les échantillons seront tirés plus bas qu'ils ne le devraient, mais d'une quantité qui - au moins à court terme - sera raisonnablement cohérente. Pour rendre les choses désagréables, cependant, j'ai également vu certaines parties où le plafond sera parfois facturé à Vdd et parfois à Vss, sans rime ni raison apparentes. Lorsque vous utilisez une entrée à haute impédance, cela peut entraîner une inclinaison élevée de certaines lectures et une inclinaison faible pour certaines. Le seul moyen que j'ai trouvé pour obtenir des lectures utiles dans ce scénario est d'utiliser un pilote à faible impédance.

Je ne suis pas familier avec l'ADC sur l'Arduino Uno; l'expérimentation peut aider à montrer ce qu'elle fait. D'un autre côté, à moins que des problèmes de comportement subtils ne soient documentés, il n'y a aucune garantie que toutes les parties futures continueront à agir de la même manière.