Входное сопротивление: почему нагрузка просаживает сигнал

Любой вход что-то потребляет. Вход микроконтроллера — микроамперы, вход АЦП — зависит от схемы, вход осциллографа — 1 МОм, вход мотора — амперы. Чем больше входное сопротивление, тем меньше схема влияет на источник сигнала.

Пример, который проходят все. Делитель 10 кОм / 10 кОм даёт 2.5 В «в теории». Подключаем АЦП — он показывает 2.1 В. Почему: вход АЦП имеет сопротивление (у ESP32 порядка сотен килоом, у AVR — около 100 МОм), и оно шунтирует нижнее плечо. Если вход 100 кОм, нижнее плечо становится 10 || 100 = 9.1 кОм, и выход падает до 2.39 В. Если вход 10 кОм — до 1.67 В.

Отсюда правило: сопротивление источника сигнала должно быть меньше входного в 10–100 раз. Дешёвый способ — поставить между делителем и входом повторитель на операционном усилителе: он имеет вход десятки мегаом и выход единицы ом.

Тонкость: вход бывает не только резистивным. У АЦП есть ещё ёмкость выборки, и если источник высокоомный, конденсатор не успевает зарядиться за время измерения — результат «плавает». Поэтому в даташитах пишут «source impedance < 10 k».

Выход тоже не идеален: у любого источника есть выходное сопротивление. У делителя это R1 || R2. У датчика — своё, часто в килоомах. Чем выше выходное сопротивление, тем чувствительнее схема к наводкам и тем хуже работает длинный провод.

Практика:

— Делитель для АЦП: держи ток через делитель хотя бы в 10 раз больше тока утечки входа, но не настолько большим, чтобы греть резисторы.
— Для медленных сигналов (термистор, фоторезистор) ставь конденсатор 100 нФ параллельно нижнему плечу: он сгладит помехи и поможет АЦП.
— Для быстрых — только буфер, конденсатор не спасёт.

Проверь себя

Датчик с выходным сопротивлением 100 кОм подключён к АЦП с входным 10 кОм. Что увидишь?

Делитель из выходного сопротивления датчика и входа АЦП даст примерно 9 % от напряжения датчика — почти всё упадёт на выходном сопротивлении. Нужен буфер на операционном усилителе.