Înțelegerea rezistențelor pull-up și pull-down cu diagrame și formule

În acest post vom explora rezistența pull-Up și pull-down rezistor, de ce sunt utilizate în mod obișnuit în circuitele electronice, ce se întâmplă cu circuitele electronice fără rezistență Pull-Up sau Pull-down și Cum se calculează Pull-Up și Trageți în jos valorile rezistenței și, în cele din urmă, vom vedea despre configurația colectorului deschis.

Cum funcționează intrările și ieșirile logice în circuite digitale

În electronica digitală și în majoritatea circuitelor bazate pe microcontrolere, semnalele digitale implicate sunt procesate sub formă de logic1 sau logic0, adică „HIGH” sau „LOW”.

Porțile logice digitale devin unitățile fundamentale ale oricărui circuit digital și, folosind poarta „ȘI”, „SAU” și „NU” suntem capabili să construim circuite complexe, totuși, așa cum sa menționat mai sus, porțile digitale pot accepta doar două niveluri de tensiune care „ÎNALT ”Și„ LOW ”.

„HIGH” și „LOW” sunt, în general, sub formă de 5V și respectiv 0V. „HIGH” este denumit și „1” sau semnal pozitiv al alimentării, iar „LOW” este denumit și „0” sau semnal negativ al alimentării.

Problemele apar într-un circuit logic sau într-un microcontroler atunci când intrarea alimentată este undeva în regiunea nedefinită între 2V și 0V.

Într-o astfel de situație, este posibil ca un circuit logic sau un microcontroler să nu recunoască semnalul în mod corespunzător, iar circuitul va face unele presupuneri greșite și se va executa.

În general, o poartă logică poate recunoaște semnalul ca „LOW” dacă intrarea este sub 0,8V și poate recunoaște semnalul ca „HIGH” dacă intrarea este mai mare de 2V. Pentru microcontrolere, acest lucru poate varia de fapt foarte mult.

Nivele logice de intrare nedefinite

Problemele apar atunci când semnalul este între 0,8 V și 2 V și variază aleator la pinii de intrare, această problemă poate fi explicată cu un exemplu de circuit care utilizează un comutator conectat la un IC sau la un microcontroler.

Presupunem un circuit folosind un microcontroler sau un IC, dacă închidem circuitul, pinul de intrare va fi „LOW” și releul se va „ON”.

Dacă deschidem comutatorul, releul ar trebui să se oprească, nu? Nu chiar.

Știm că IC-urile digitale și microcontrolerele digitale iau intrarea doar ca „HIGH” sau „LOW”, atunci când deschidem comutatorul, pinul de intrare este doar deschis în circuit. Nu este nici „HIGH”, nici „LOW”.

Pinul de intrare trebuie să fie „HIGH” pentru a opri releul, dar în situația deschisă, acest pin devine vulnerabil la pickup-uri rătăcite, încărcări statice rătăcite și alte zgomote electrice din jur, care pot determina pornirea și oprirea releului. la întâmplare.

Pentru a preveni astfel de declanșatoare aleatorii datorate tensiunii de rătăcire, în acest exemplu devine obligatoriu legarea pinului de intrare digital afișat la o logică „HIGH”, astfel încât atunci când comutatorul este decuplat, pinul se conectează automat la o stare definită „HIGH” sau nivelul de aprovizionare pozitiv al CI.

Pentru a păstra pinul „HIGH” putem conecta pinul de intrare la Vcc.

În circuitul de mai jos pinul de intrare este conectat la Vcc, care păstrează intrarea „HIGH” dacă deschidem comutatorul, ceea ce împiedică declanșarea aleatorie a releului.

S-ar putea să vă gândiți, acum avem soluția elaborată. Dar nu .... încă nu!

Conform schemei, dacă închidem comutatorul, va exista scurtcircuit și oprim și scurtcircuităm întregul sistem. Circuitul dvs. nu poate avea niciodată o situație mai gravă decât un scurtcircuit.

Scurtcircuitul se datorează curentului foarte mare care trece printr-o cale de rezistență scăzută care arde urmele PCB, suflarea siguranței, declanșarea întrerupătoarelor de siguranță și chiar poate provoca daune fatale circuitului dumneavoastră.

Pentru a preveni un astfel de flux intens de curent și, de asemenea, pentru a menține pinul de intrare în starea „HIGH”, putem utiliza un rezistor care este conectat la Vcc, care este între „linia roșie”.

În această situație pinul va fi într-o stare „HIGH” dacă deschidem comutatorul, iar la închiderea comutatorului nu va exista niciun scurtcircuit, iar pinul de intrare este permis să se conecteze direct cu GND, făcându-l „ SCĂZUT'.

Dacă închidem comutatorul, va exista o scădere neglijabilă a tensiunii prin rezistența de tracțiune și restul circuitului va rămâne neafectat.

Trebuie să alegeți în mod optim valoarea rezistenței Pull-Up / Pull-Down, astfel încât să nu atragă excesul prin rezistor.

Calculul valorii rezistenței de tracțiune:

Pentru a calcula o valoare optimă, trebuie să cunoaștem 3 parametri: 1) Vcc 2) Tensiunea minimă de intrare prag care poate garanta ieșirea „HIGH” 3) Curent de intrare de nivel înalt (curentul necesar). Toate aceste date sunt menționate în foaia de date.

Să luăm exemplul porții logice NAND. Conform fișei sale tehnice Vcc este de 5V, tensiunea minimă de intrare prag (Tensiune de intrare de nivel înalt V_LOR) este 2V și curent de intrare de nivel înalt (I_LOR) este de 40 uA.

Prin aplicarea legii ohmului putem găsi valoarea corectă a rezistenței.

R = Vcc - V_{IH (MIN)}/ Eu_LOR

Unde,

Vcc este tensiunea de funcționare,

V_{IH (MIN)}este tensiunea de intrare de nivel înalt,

Eu_LOReste curentul de intrare de nivel înalt.

Acum să facem potrivirea,

R = 5 - 2/40 x 10 ^ -6 = 75K ohm.

Putem folosi o valoare a rezistenței de maxim 75K ohm.

NOTĂ:

Această valoare este calculată pentru condiții ideale, dar nu trăim într-o lume ideală. Pentru cea mai bună funcționare, puteți conecta un rezistor ușor mai mic decât valoarea calculată, de exemplu 70K, 65k sau chiar 50K ohm, dar nu reduceți rezistența suficient de scăzută încât să conducă un curent imens, de exemplu 100 ohmi, 220 ohmi pentru exemplul de mai sus.

Rezistențe multiple cu poartă

În exemplul de mai sus, am văzut cum se alege un rezistor de tragere pentru o poartă. Ce se întâmplă dacă avem 10 porți care trebuie conectate la rezistența Pull-Up?

Una dintre modalități este de a conecta 10 rezistențe Pull-Up la fiecare poartă, dar aceasta nu este o soluție rentabilă și ușoară. Cea mai bună soluție ar fi conectarea tuturor pinilor de intrare împreună la un singur rezistor Pull-Up.

Pentru a calcula valoarea rezistenței Pull-Up pentru condiția de mai sus, urmați formula de mai jos:

R = Vcc - V_{IH (MIN)}/ N x I_LOR

„N” este numărul de porți.

Veți observa că formula de mai sus este aceeași cu cea precedentă, singura diferență este înmulțirea numărului de porți.

Deci, să facem din nou calculele,

R = 5 -2 / 10 x 40 x 10 ^ -6 = 7,5K ohm (maxim)

Acum, pentru cele 10 porți NAND, am obținut valoarea rezistorului într-un mod în care curentul este de 10 ori mai mare decât o poartă NAND (în exemplul anterior), astfel încât rezistorul să poată menține minim 2V la sarcina maximă, ceea ce poate garanta necesarul ieșire fără nicio eroare.

Puteți utiliza aceeași formulă pentru calcularea rezistenței Pull-Up pentru orice aplicație.

Rezistențe de tragere:

Rezistorul Pull-Up păstrează pinul „HIGH” dacă nu este conectată nicio intrare cu rezistorul Pull-down, păstrează pinul „LOW” dacă nu este conectată nicio intrare.

Rezistența de tragere se face prin conectarea rezistorului la masă în loc de Vcc.

Pull-Down-ul poate fi calculat prin:

R = V_{IL (MAX)}/ Eu_THE

Unde,

V_{IL (MAX)}este tensiunea de intrare de nivel scăzut.

Eu_THEeste curent de intrare de nivel LOW.

Toți acești parametri sunt menționați în fișa tehnică.

R = 0,8 / 1,6 x 10 ^ -3 = 0,5K ohm

Putem folosi rezistență de maxim 500 ohmi pentru pull-down.

Dar, din nou, ar trebui să folosim o valoare a rezistenței mai mică de 500 ohmi.

Ieșire colector deschis / golire deschisă:

Putem spune că un pin este „ieșire colector deschis” atunci când IC-ul nu poate conduce ieșirea „HIGH”, ci poate conduce doar ieșirea „LOW”. Conectează pur și simplu ieșirea la sol sau se deconectează de la sol.

Putem vedea cum se realizează configurația colectorului deschis într-un IC.

Deoarece ieșirea este fie la masă, fie la circuit deschis, trebuie să conectăm un rezistor extern Pull-Up care poate transforma pinul „HIGH” atunci când tranzistorul este OFF.

Acest lucru este același pentru scurgerea deschisă. Singura diferență este că tranzistorul intern din interiorul IC este un MOSFET.

Acum, vă puteți întreba de ce avem nevoie de o configurație de scurgere deschisă? Trebuie oricum să conectăm un rezistor Pull-Up.

Ei bine, tensiunea de ieșire poate fi variată prin alegerea diferitelor valori ale rezistenței la ieșirea colectorului deschis, astfel încât să ofere mai multă flexibilitate pentru sarcină. Putem conecta sarcina la ieșire care are o tensiune de funcționare mai mare sau mai mică.

Dacă am avea o valoare fixă ​​a rezistenței de tragere, nu putem controla tensiunea la ieșire.

Un dezavantaj al acestei configurații este că consumă curent uriaș și poate să nu fie compatibil cu bateria, are nevoie de curent mai mare pentru funcționarea corectă.

Să luăm un exemplu de poarta „NAND” logică de scurgere deschisă IC 7401 și să vedem cum să calculăm valoarea rezistenței de tragere.

Trebuie să cunoaștem următorii parametri:

V_{OL (MAX)}care este tensiunea maximă de intrare la IC 7401 care poate garanta transformarea ieșirii „LOW” (0,4V).

Eu_{OL (MAX)}care este curentul de intrare de nivel scăzut (16mA).

Vcc este tensiunea de funcționare care este de 5V.

Deci, aici putem conecta o valoare a rezistenței Pull-Up în jur de 287 ohm.

Aveți întrebări? Vă rugăm să utilizați caseta de comentarii de mai jos pentru a vă exprima gândurile, întrebările dvs. vor primi răspuns cât mai curând posibil