スイッチ回路におけるGPIO pinが読み取る電圧について

Question

添付画像（Freenove Ultimate Starter Kit,Tutorial.pdfより抜粋）の回路においてスイッチがオフの場合、GPIO pin18はHIGHとして読み取られることはわかる（0〜0.8VはLOW、1.3〜3.3VはHIGH）のですが、具体的に読み取っている電圧は3.3V電源に接続されているから3.3Vでしょうか？それともGPIO pin18を基準として、抵抗R3の前の節点までの1.65Vでしょうか？

初歩的な質問だと思いますが、教えていただけますと幸いです。

Answer 1

どういう計算で1.65って出てるのかわかりませんが、GPIO18が入力の設定であるなら、3.3Vですよ

Comments

[ponzu_3338]

回答ありがとうございます。
3.3V電源に直列に同じ大きさの抵抗が２つつながっているため、R2、R3それぞれに1.65Vかかっていると考えました。
ただ、「GPIO pinが読み取る電圧」がどの部分なのか、いまいちピンときていないため、質問させていただきました。

[y_waiwai]

そういう想像、とか想定、とかせずに、素直にテスター買ってきてそこの電圧測ろう

[y_waiwai]

どういう理屈で、GPIO１８が１．６５になる、というのを説明できるでしょうか。
それ出してくれたほうが説明しやすいですね

[ponzu_3338]

テスターを注文しました。明日届くので色々試してみます。
1.65Vは自分でも説明できないので、すみませんが忘れてください…
スイッチがオフの場合にもGPIO18に電流が流れているものと思っていたのですが、それが間違っているのでしょうか？この回路では、GPIO18には電流は流れないため、3.3Vから抵抗を2つ経由した点の電圧と3.3V電源との電位差は0、よってGPIOピンにかかる電圧は3.3Vということでしょうか？

[y_waiwai]

私の回答に、GPIO18が入力の設定ならば、という言葉がありますが、まさにそれを指してます
イマドキのロジック回路はCMOSロジックと言われるもので、こいつの入力の抵抗値はほとんど無限大で、おっしゃるように電流は流れません。
よって、ポートに直列につながる抵抗はほとんど無視できます

＃まあ、細かいことを言うと入力リーク電流や入力容量などがありますが

Answer 2

どう考えているのかちょっとわかりかねますが、
GPIO18の入力電圧というならば、それはGNDを基準電位として、に決まっています。

GPIO pin18を基準

にしたら18pinは必ず0Vになっちゃうでしょう?

GPIOを入力にした場合のインピーダンス(とりあえず等価抵抗と考えてください)は数MΩと考えてもいいです。
3.3V-10KΩ-10KΩ-(pin)-1MΩ-GND という回路を考えたとき、1MΩの両端電圧はどうなるでしょう、という問題に過ぎません。

Comments

[ponzu_3338]

>3.3V-10KΩ-10KΩ-(pin)-1MΩ-GND という回路を考えたとき、1MΩの両端電圧はどうなるでしょう、という問題に過ぎません。

こちらのコメントでようやく理解できました。

pinの先(ラズパイ内部)に接続されている電圧計の内部抵抗が他の抵抗に比べて十分に大きいので、その両端電圧は3.3Vと見なしてよい、ということですね。

pinを入力にした場合は、pinに電圧計が接続されていて、GNDからの電位差を測っている、という当たり前のことを知らず、混乱してしまい申し訳ありませんでした。

Answer 3

GPIO18の内部対抗:Rに依存します。
そこにかかる電圧は 3.3[V] × R/(20k+R) ですから Rが(20kに対し)十分大きければ 3.3[V]ですね。
※ 流れる電流は(たとえR=0でも)最大 3.3[V]/20[k-ohm] = 15[mA]程度です。