Поднимите и опустите резистор

Что такое резистор?

Резисторы - это устройства ограничения тока, которые широко используются в электронных схемах и изделиях. Это пассивный компонент, который обеспечивает сопротивление при прохождении через него тока. Есть много разных типов резисторов. Сопротивление измеряется в Ом со знаком Ом.

Что такое повышающий и понижающий резисторы и зачем они нам нужны?

Если мы рассматриваем цифровую схему, контакты всегда имеют значение 0 или 1. В некоторых случаях нам нужно изменить состояние с 0 на 1 или с 1 на 0. В любом случае нам нужно удерживать цифровой контакт либо 0. а затем измените состояние на 1, или нам нужно удерживать его 0, а затем изменить на 1. В обоих случаях нам нужно сделать цифровой вывод либо « High », либо « Low », но его нельзя оставлять плавающим.

Итак, в каждом случае состояние изменяется, как показано ниже.

Теперь, если мы заменим значение High и Low фактическим значением напряжения, тогда High будет логическим уровнем HIGH (скажем, 5 В), а Low будет заземлением или 0 В.

Нагрузочный резистор используется, чтобы сделать по умолчанию состояние цифрового штифта как высокий или на логическом уровне (в приведенном выше изображении оно 5V) и резистор ниспадающем делает точно напротив, это делает состояние по умолчанию цифровой контакт низкий (0 В).

Но зачем нам эти резисторы, вместо этого мы могли бы подключить цифровые логические выводы напрямую к напряжению логического уровня или к земле, как показано на рисунке ниже?

Что ж, мы не могли этого сделать. Поскольку цифровая схема работает с низким током, подключение логических выводов напрямую к источнику напряжения или к земле не является хорошим выбором. Поскольку прямое соединение в конечном итоге увеличивает ток, как и при коротком замыкании, может повредить чувствительную логическую схему, что не рекомендуется. Чтобы контролировать ток, нам нужны подтягивающие или понижающие резисторы. Подтягивающий резистор позволяет управлять потоком тока от источника напряжения питания к цифровым входным контактам, а подтягивающие резисторы могут эффективно контролировать поток тока от цифровых контактов к земле. В то же время оба резистора, подтягивающий и подтягивающий резисторы поддерживают цифровое состояние низкого или высокого уровня.

Где и как использовать подтягивающие и подтягивающие резисторы

Обратившись к приведенному выше изображению микроконтроллера, где контакты цифровой логики закорочены с землей и VCC, мы можем изменить соединение с помощью подтягивающих и понижающих резисторов.

Предположим, нам нужно логическое состояние по умолчанию и мы хотим изменить состояние с помощью какого-либо взаимодействия или внешних периферийных устройств, мы используем подтягивающие или понижающие резисторы.

Подтягивающие резисторы

Если нам нужно высокое состояние по умолчанию и мы хотим изменить состояние на Низкое с помощью какого-либо внешнего взаимодействия, мы можем использовать подтягивающий резистор, как на изображении ниже -

Контакт цифрового логического входа P0.5 может переключаться с логической 1 или высокого уровня на логический 0 или низкий с помощью переключателя SW1. Резистор R1 действует как нагрузочный резистор. Он связан с логическим напряжением от источника питания 5В. Таким образом, когда переключатель не нажат, логический входной вывод всегда имеет напряжение по умолчанию 5 В, или вывод всегда находится в состоянии высокого уровня, пока переключатель не будет нажат и контакт не закорочен на землю, что делает его логическим низким.

Однако, как мы заявили, контакт не может быть напрямую замкнут на землю или Vcc, так как это в конечном итоге приведет к повреждению цепи из-за состояния короткого замыкания, но в этом случае он снова замыкается на землю с помощью замкнутого переключателя. Но посмотрите внимательно, на самом деле он не замыкается. Потому что, согласно закону сопротивления, из-за подтягивающего сопротивления небольшое количество тока будет течь от источника к резисторам и переключателю, а затем достигнет земли.

Если мы не будем использовать этот подтягивающий резистор, выход будет напрямую закорочен на землю при нажатии переключателя, с другой стороны, когда переключатель будет разомкнут, контакт логического уровня будет плавающим и может вызвать некоторые нежелательные результат.

Понижающий резистор

То же самое и с понижающим резистором. Рассмотрим подключение ниже, где понижающий резистор показан с подключением:

На изображении выше происходит прямо противоположное. Выпадающий резистор R1, который соединен с землей или 0В. Таким образом, вывод цифрового логического уровня P0.3 становится нулевым по умолчанию, пока не будет нажат переключатель и вывод логического уровня не станет высоким. В таком случае небольшой ток течет от источника 5 В на землю с использованием замкнутого переключателя и понижающего резистора, что предотвращает замыкание вывода логического уровня с источником 5 В.

Итак, для различных схем логического уровня мы можем использовать резисторы Pull-up и Pull-down. Это наиболее часто встречается в различном встроенном оборудовании, системе однопроводного протокола, периферийных соединениях в микрочипе, Raspberry Pi, Arduino и различных встроенных секторах, а также для входов CMOS и TTL.

Расчет фактических значений подтягивающих и понижающих резисторов

Теперь, когда мы знаем, как использовать резисторы Pull-up и Pull-down, вопрос в том, каково будет номинал этих резисторов? Хотя во многих схемах цифрового логического уровня мы можем видеть подтягивающие или понижающие резисторы в диапазоне от 2 кОм до 4,7 кОм. Но какова будет реальная стоимость?

Чтобы понять это, нам нужно знать, что такое логическое напряжение? Какое напряжение считается низким логическим значением, а какое - высоким?

Для разных логических уровней разные микроконтроллеры используют разный диапазон для высокого и низкого логического уровня.

Если мы рассмотрим вход уровня транзисторно-транзисторной логики (TTL), на графике ниже будет показано минимальное логическое напряжение для определения высокого логического уровня и максимальное логическое напряжение для определения логического уровня как 0 или низкий.

Как мы можем видеть, что для логики TTL, максимальное напряжение логического 0 является 0.8V. Таким образом, если мы предоставим менее 0,8 В, логический уровень будет принят как 0. С другой стороны, если мы предоставим более 2 В до максимальных 5,25 В, логика будет принята как высокий. Но в диапазоне от 0,8 до 2 В это пустая область, при таком напряжении нельзя гарантировать, что логика будет принята как высокий или низкий. Итак, в целях безопасности, в архитектуре TTL мы принимаем от 0 В до 0,8 В как низкий уровень и от 2 В до 5 В как высокий, что гарантирует, что низкий и высокий уровень будут распознаваться логическими микросхемами при этом предельном напряжении.

Для определения значения используется формула простого закона Ома. Согласно закону Ома формула

V = I x R R = V / I

В случае подтягивающего резистора V будет напряжением источника - минимальное напряжение принимается как высокое.

И ток будет максимальным током, потребляемым логическими выводами.

Так, R _{подтягивание} = (напряжение _{питания} - V _{H (мин)}) / I _сток

Где V _supply - это напряжение питания, V _{H (min)} - минимально допустимое напряжение как High, а I _сток - это максимальный ток, потребляемый цифровым выводом.

То же самое применимо и к понижающему резистору. Но в формулу есть небольшое изменение.

R _{подтягивание} = (V _{L (макс.)} - 0) / I _{источник}

Где (V _{L (max)} максимальное напряжение принимается как низкий логический уровень, а I _source - это максимальный ток, поступающий с цифрового вывода.

Практический пример

Предположим, у нас есть логическая схема, в которой источник питания составляет 3,3 В, а допустимое высокое логическое напряжение составляет 3 В, и мы можем потреблять максимальный ток 30 мкА, тогда мы можем выбрать подтягивающий резистор, используя следующую формулу:

Теперь, если мы рассмотрим тот же пример, указанный выше, где схема принимает 1 В в качестве максимального логического низкого напряжения и может давать ток до 200 мкА, тогда резистор Pull down будет,

Подробнее о подтягивающих и понижающих резисторах

Помимо добавления подтягивающего или понижающего резистора, современные микроконтроллеры поддерживают внутренние подтягивающие резисторы для цифровых выводов ввода-вывода, которые присутствуют внутри блока микроконтроллера. Хотя в максимальных случаях это слабое подтягивание, значит, ток очень низкий.

Часто нам нужно подтянуть более 2 или 3 цифровых входов-выходов, в этом случае используется резисторная сеть. Его легко интегрировать и обеспечить меньшее количество выводов.

Он называется сетевым резистором или SIP-резисторами.

Это обозначение цепи резистора. Контакт 1 подключен к контактам резистора, этот контакт должен быть подключен к VCC для подтягивания или к земле для подтягивания. Благодаря использованию этого SIP-резистора устраняются отдельные резисторы, что сокращает количество компонентов и пространство на плате. Он доступен в различных значениях от нескольких Ом до килоом.