¿Por qué la salida de mi divisor de voltaje parece variar según el orden de magnitud de la resistencia general?

Estoy trabajando en un proyecto en el que quiero que un Arduino Uno mida el voltaje de una batería de plomo ácido de 12V.

Los pines de lectura analógicos de Uno no pueden manejar 12 V sin procesar, por lo que necesito usar un divisor de voltaje con una relación de reducción de aproximadamente 1/3 para reducir el máximo de 14.70 (mientras se carga) a 5 V o menos para que el pin no se fríe.

Inicialmente construí mi circuito divisor con R2 = 503K ohms y R1 = 1M Ohms, lo que debería dar una relación Vout/Vin de 0.334. Construí el circuito y en la práctica obtengo una relación de 0,252 o algo así (el voltaje de la batería es 12,97 y el divisor genera 3,28 V, todo medido con un multímetro). 0,252 estaría bien y sería lo suficientemente seguro para el Arduino, pero quiero para acercarme lo más posible a 0.334 para obtener la mayor resolución de los voltajes de mi batería que me puede dar el 0-5V del pin analógico.

Elegí las resistencias más grandes que tengo porque no quiero que fluya más corriente de la absolutamente necesaria a través del divisor y se desperdicie como calor (también me pone nervioso por el riesgo de cortocircuito). Me doy cuenta de que esto hará que la corriente fluye a través del divisor extremadamente pequeño, algo del orden de 10^-6 amperios. Sin embargo, esto parece estar afectando el voltaje que se produce.

Me pregunto si existe algún tipo de requisito mínimo de corriente para que un multímetro/pin analógico lea un voltaje correctamente.

Verifiqué dos veces los valores de la resistencia con el multímetro (dentro de lo que sus especificaciones dicen que deberían estar con una tolerancia del 5%) y configuré un experimento que demostró el comportamiento extraño que estoy viendo.

Con R2=R1, construí dos divisores de voltaje diferentes, el primero con dos resistencias de 680K y el segundo con resistencias de 68K.

El divisor de 68K dio Vout/Vin de 6,33/12,97=0,488, más cerca del número teórico que debería obtener de 0,500.

El divisor de 680K dio Vout/Vin de 4,85/12,96=0,373.

¿Lo que da?

Es posible que desee utilizar un búfer entre su divisor y el pin analógico. Con resistencias de tan alto valor, cualquier carga afecta significativamente la lectura de voltaje.
@ Big6, ¿qué tipo de búfer?
Un amortiguador de voltaje. Hay muchas opciones. Vea esto: electronics.stackexchange.com/questions/344476/…
Si no me equivoco, se recomienda que la impedancia del circuito externo, conectado al ADC, sea inferior a 100 kOhm. Consulte la hoja de datos de MCU para estar seguro.
@FedeWar, ¿eso también se aplica a un multímetro? ¿Y por qué el circuito debe estar por debajo de 100kOhm?
@Alderson dame un poco para leerlo, pero creo que está bastante cerca
@Big6, si estoy entendiendo la raíz del problema, es básicamente que una vez que tengo un circuito donde el orden de magnitud de su impedancia está a la par con lo que es el multímetro o ADC (estadio de 1 MOhm para multímetro, estoy viendo 10-100 MOhm para Arduino ADC), el multímetro comienza a actuar como otra gran resistencia en lugar de una ruta de resistencia aproximadamente infinita.
Estás en lo correcto. Y es por eso que un amortiguador ayuda. Se presenta como una fuente de baja impedancia para el dispositivo de medición.
@BruceJohnJennerLawso Si lee esta respuesta , encontrará una discusión mucho más detallada sobre las razones por las que está observando esas diferencias. Creo que lo entiende cualitativamente ahora, a partir de la discusión aquí. Pero podría ser bueno ver una explicación "fácil" que también sea extensa y detallada. Incluso puede calcular la carga desconocida en su primer caso con la resistencia de 1 M Ohm: pasar de un 0,334 predicho a un 0,252 estimado indica que la carga de medición desconocida fue de 1,02 M Ohm.
"Veo 10-100 MOhm para Arduino ADC" : no estoy seguro de dónde obtiene esos valores, pero la hoja de datos de Atmega328P menciona que el ADC está optimizado para usar con una impedancia de fuente de <10kΩ. Es muy probable que la impedancia de su divisor de voltaje sea demasiado alta.
También mire la resistencia del medidor. Algunos tienen entrada R de 1 MOhm, algunos 10M, algunos... . 1M en paralelo con = 500K reduce R en un 33%. Incluso 10M en paralelo con 500K reduce R en aproximadamente un 5%. A medida que R se reduce, el error se reduce.

Respuestas (1)

La carga también es parte del divisor de voltaje. Cuando conecta su voltímetro, toma algo de corriente y, al hacerlo, cambia el voltaje en la unión.

El Arduino también hará esto. Debería haber detalles de cuánto en el manual para el procesador de Arduino.

¿Por qué la salida de mi divisor de voltaje parece variar según el orden de magnitud de la resistencia general?
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