V tomto príspevku sa budeme zaoberať pull-up rezistorom a pull-down rezistorom, prečo sa bežne používajú v elektronických obvodoch, čo sa stane s elektronickými obvodmi bez Pull-Up alebo Pull-down rezistora a Ako vypočítať Pull-Up a Hodnoty pull-down rezistorov a nakoniec uvidíme konfiguráciu otvoreného kolektora.

Ako fungujú logické vstupy a výstupy v digitálnych obvodoch

V digitálnej elektronike a vo väčšine obvodov založených na mikrokontroléroch sú príslušné digitálne signály spracovávané vo forme logic1 alebo logic0, tj. „VYSOKÝ“ alebo „NÍZKY“.

Digitálne logické brány sa stávajú základnými jednotkami každého digitálneho obvodu a pomocou brány „AND“, „OR“ a „NOT“ dokážeme vytvoriť zložité obvody, avšak ako je uvedené vyššie, digitálne brány môžu prijímať iba dve úrovne napätia, ktoré „VYSOKÁ ”A“ NÍZKE ”.

„VYSOKÉ“ a „NÍZKE“ majú zvyčajne formu 5 V a 0 V. „HIGH“ sa tiež označuje ako „1“ alebo kladný signál napájania a „LOW“ sa tiež označuje ako „0“ alebo záporný signál napájania.

Problémy vznikajú v logickom obvode alebo mikrokontroléri, keď je napájaný vstup niekde v nedefinovanej oblasti medzi 2 V a 0 V.

V takejto situácii nemusí logické obvody alebo mikrokontrolér správne rozpoznať signál a obvod urobí nesprávne predpoklady a vykoná sa.

Logická brána všeobecne dokáže rozpoznať signál ako „NÍZKY“, ak je vstup nižší ako 0,8 V, a dokáže rozpoznať signál ako „VYSOKÝ“, ak je vstup nad 2 V. Pre mikrokontroléry sa to môže v skutočnosti veľmi líšiť.

Nedefinované úrovne vstupnej logiky

Problémy nastávajú, keď je signál medzi 0,8 V a 2 V a náhodne sa líši na vstupných kolíkoch, tento problém je možné vysvetliť na príklade obvodu pomocou spínača pripojeného k integrovanému obvodu alebo mikrokontroléru.

Predpokladajme obvod pomocou mikrokontroléra alebo IC, ak obvod uzavrieme, vstupný kolík ide do polohy „LOW“ a relé sa zapne „ON“.

Ak otvoríme spínač, relé by sa malo vypnúť „VYPNUTÉ“ vpravo? No, ani nie.

Vieme, že digitálne integrované obvody a digitálne mikrokontroléry prijímajú vstup iba ako „VYSOKÝ“ alebo „NÍZKÝ“, keď otvoríme spínač, vstupný kolík je iba otvorený v obehu. Nie je to „VYSOKÉ“ ani „NÍZKE“.

Aby bolo možné relé vypnúť, musí byť vstupný kolík „VYSOKÝ“, ale v otvorenej situácii sa tento kolík stáva zraniteľným voči bludným snímačom, bludným statickým nábojom a iným elektrickým šumom z okolia, ktoré môžu spôsobiť zapnutie a vypnutie relé. náhodne.

Aby sa zabránilo takýmto náhodným spúšťačom v dôsledku bludného napätia, je v tomto príklade povinné viazať zobrazený digitálny vstupný kolík na logiku „HIGH“, takže keď sa spínač odklopí, kolík sa automaticky pripojí k definovanému stavu „HIGH“ alebo kladná úroveň dodávky IC.

Aby bol pin „HIGH“, môžeme pripojiť vstupný pin k Vcc.

V obvode pod ním je vstupný kolík pripojený k Vcc, ktorý udržuje vstup „HIGH“, ak otvoríme spínač, čo zabráni náhodnému spusteniu relé.

Možno si myslíte, že teraz máme riešenie vypracované. Ale nie .... zatiaľ nie!

Podľa schémy, ak zatvoríme spínač, dôjde ku skratu a k vypnutiu a skratu celého systému. Váš obvod nikdy nemôže mať najhoršiu situáciu ako skrat.

Skrat je spôsobený veľmi veľkým prúdom pretekajúcim cez cestu s nízkym odporom, ktorý spaľuje stopy po doske plošných spojov, prepálením poistky, spustením bezpečnostných spínačov a môže dokonca spôsobiť smrteľné poškodenie vášho obvodu.

Aby sme zabránili toku silného prúdu a tiež udržali vstupný kolík v stave „VYSOKÝ“, môžeme použiť rezistor, ktorý je pripojený k Vcc, teda medzi „červenou čiarou“.

V tejto situácii bude kolík v stave „VYSOKÝ“, ak otvoríme spínač, a po zatvorení spínača nedôjde ku skratu a taktiež je možné, aby sa vstupný kolík priamo spojil s GND, čo znamená „ NÍZKY “.

Ak spínač zatvoríme, dôjde k zanedbateľnému poklesu napätia prostredníctvom pull-up rezistora a zvyšok obvodu zostane nedotknutý.

Je potrebné optimálne zvoliť hodnotu odporu Pull-Up / Pull-Down, aby cez rezistor nečerpal prebytok.

Výpočet hodnoty pull-up rezistora:

Aby sme mohli vypočítať optimálnu hodnotu, musíme poznať 3 parametre: 1) Vcc 2) Minimálne prahové vstupné napätie, ktoré zaručuje, že výstup bude „HIGH“ 3) Vysoký vstupný prúd (požadovaný prúd). Všetky tieto údaje sú uvedené v údajovom liste.

Zoberme si príklad logickej brány NAND. Podľa jeho technického listu je Vcc 5 V, minimálne prahové vstupné napätie (vysoká úroveň vstupného napätia V_ICH) je 2 V a vstupný prúd vysokej úrovne (I_ICH) je 40 uA.

“diy regulátor otáčok motora DC ”

Použitím Ohmovho zákona nájdeme správnu hodnotu rezistora.

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

Kde,

Vcc je prevádzkové napätie,

V._{IH (MIN)}je VYSOKÉ Úroveň vstupného napätia,

Ja_ICHje vstupný prúd VYSOKEJ úrovne.

Teraz urobme párovanie,

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

Môžeme použiť hodnotu odporu maximálne 75K ohmov.

POZNÁMKA:

Táto hodnota sa počíta za ideálnych podmienok, ale nežijeme v ideálnom svete. Pre najlepšiu prevádzku môžete pripojiť odpor mierne nižší, ako je vypočítaná hodnota, napríklad 70K, 65k alebo dokonca 50K ohm, ale neznižujte odpor dostatočne nízky, aby mohol viesť obrovský prúd, napríklad 100 ohmov, pre vyššie uvedený príklad 220 ohmov.

Pull-Up rezistory s viacerými bránami

Vo vyššie uvedenom príklade sme videli, ako zvoliť Pull-up rezistor pre jednu bránu. Čo keď máme 10 hradiel, ktoré je potrebné všetky pripojiť k vyťahovaciemu odporu?

Jedným zo spôsobov je pripojenie 10 Pull-Up rezistorov na každú bránu, čo však nie je nákladovo efektívne a ľahké riešenie. Najlepšie by bolo prepojiť všetky vstupné piny na jeden Pull-Up rezistor.

Pri výpočte hodnoty odporu Pull-Up pre vyššie uvedenú podmienku postupujte podľa nasledujúceho vzorca:

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

„N“ je počet brán.

Všimnete si, že vyššie uvedený vzorec je rovnaký ako predchádzajúci, jediným rozdielom je násobenie počtu brán.

Poďme si teda urobiť matematiku znova,

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

Teraz pre 10 brán NAND sme dostali hodnotu rezistora tak, že prúd je 10-krát vyšší ako jedna brána NAND (v predchádzajúcom príklade), takže rezistor môže udržiavať minimálne 2 V pri špičkovom zaťažení, čo môže zaručiť požadovanú hodnotu výstup bez akejkoľvek chyby.

Rovnaký vzorec môžete použiť na výpočet Pull-Up rezistora pre každú aplikáciu.

Roletové rezistory:

Pull-Up rezistor udržuje pin „HIGH“, ak nie je pripojený žiadny vstup s Pull-down rezistorom, udržuje pin „LOW“, ak nie je pripojený žiadny vstup.

Roletový rezistor sa vyrába pripojením rezistora na zem namiesto Vcc.

Rozbaľovaciu ponuku je možné vypočítať podľa:

R = V_{IL (MAX)}/ Ja_THE

Kde,

V._{IL (MAX)}je vstupné napätie LOW level.

Ja_THEje vstupný prúd LOW level.

Všetky tieto parametre sú uvedené v údajovom liste.

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

Pre Pull-down môžeme použiť maximálne 500 ohmový odpor.

Ale opäť by sme mali použiť hodnotu odporu menšiu ako 500 ohmov.

Výstup otvoreného kolektora / Otvorený odtok:

Môžeme povedať, že pin je „výstup s otvoreným kolektorom“, keď IC nemôže riadiť výstup „HIGH“, ale môže riadiť iba jeho výstup „LOW“. Jednoducho pripojí výstup k zemi alebo sa odpojí od zeme.

Vidíme, ako sa konfigurácia otvoreného kolektora vytvára v IC.

Pretože výstup je buď uzemnený, alebo otvorený obvod, musíme pripojiť externý Pull-Up rezistor, ktorý dokáže otočiť pin „HIGH“, keď je tranzistor vypnutý.

To je rovnaké pre Open drain, jediný rozdiel je v tom, že vnútorný tranzistor vo vnútri IC je MOSFET.

Teraz sa môžete opýtať, prečo potrebujeme konfiguráciu otvoreného odtoku? Aj tak musíme pripojiť Pull-Up rezistor.

Výstupné napätie sa dá meniť výberom rôznych hodnôt odporu na výstupe otvoreného kolektora, takže poskytuje väčšiu flexibilitu pre záťaž. Na výstup, ktorý má vyššie alebo nižšie prevádzkové napätie, môžeme pripojiť záťaž.

Keby sme mali pevnú hodnotu pull-up rezistora, nemôžeme riadiť napätie na výstupe.

Jednou z nevýhod tejto konfigurácie je, že spotrebúva obrovský prúd a nemusí byť vhodný pre batériu. Pre správnu funkciu potrebuje vyšší prúd.

Uveďme si príklad brány IC 7401 s otvoreným odtokom „NAND“ a zistíme, ako vypočítať hodnotu pull-up rezistora.

Potrebujeme poznať nasledujúce parametre:

V._{OL (MAX)}čo je maximálne vstupné napätie pre IC 7401, ktoré zaručuje zopnutie výstupu „LOW“ (0,4 V).

Ja_{OL (MAX)}čo je vstupný prúd nízkej úrovne (16 mA).

Vcc je prevádzkové napätie, ktoré je 5V.