V tomto příspěvku se budeme zabývat pull-Up rezistorem a pull-down rezistorem, proč se běžně používají v elektronických obvodech, co se stane s elektronickými obvody bez Pull-Up nebo Pull-down rezistoru a Jak vypočítat Pull-Up a Hodnoty odporu dolů a nakonec uvidíme konfiguraci otevřeného kolektoru.

Jak logické vstupy a výstupy fungují v digitálních obvodech

V digitální elektronice a většině obvodů založených na mikrokontrolérech jsou příslušné digitální signály zpracovávány ve formě logic1 nebo logic0, tj. „VYSOKÝ“ nebo „NÍZKÝ“.

Digitální logická hradla se stávají základními jednotkami jakéhokoli digitálního obvodu a pomocí brány „AND“, „OR“ a „NOT“ dokážeme vytvářet složité obvody, avšak jak je uvedeno výše, digitální brány mohou přijímat pouze dvě úrovně napětí, které „HIGH “A„ NÍZKÉ “.

„VYSOKÝ“ a „NÍZKÝ“ mají obecně formu 5 V a 0 V. „HIGH“ se také označuje jako „1“ nebo kladný signál napájení a „LOW“ se také označuje jako „0“ nebo záporný signál napájení.

Problémy vznikají v logickém obvodu nebo mikrokontroléru, když je napájený vstup někde v nedefinované oblasti mezi 2 V a 0 V.

V takové situaci nemusí logické obvody nebo mikrokontrolér správně rozpoznat signál a obvod provede několik nesprávných předpokladů a provede se.

Logická brána obecně dokáže rozpoznat signál jako „NÍZKÝ“, pokud je vstup pod 0,8 V, a může rozpoznat signál jako „VYSOKÝ“, pokud je vstup nad 2 V. U mikrokontrolérů se to může skutečně hodně lišit.

Nedefinované úrovně vstupní logiky

Problémy vznikají, když je signál mezi 0,8 V a 2 V a mění se náhodně na vstupních pinech, tento problém lze vysvětlit příkladem obvodu pomocí spínače připojeného k IC nebo mikrokontroléru.

Předpokládejme obvod pomocí mikrokontroléru nebo IC, pokud obvod uzavřeme, vstupní pin přejde na „LOW“ a relé se zapne.

Pokud rozepneme spínač, relé by se mělo vypnout „VYPNUTO“ správně? No ne tak úplně.

Víme, že digitální integrované obvody a digitální mikrokontroléry přijímají vstup pouze jako „VYSOKÝ“ nebo „NÍZKÝ“, když rozepneme spínač, vstupní kolík je pouze otevřený. Není ani „VYSOKÝ“, ani „NÍZKÝ“.

Aby se relé vypnulo, musí být vstupní kolík „VYSOKÝ“, ale v otevřené situaci se tento kolík stává zranitelným vůči bludným snímačům, bludným statickým nábojům a dalším elektrickým šumům z okolí, které mohou způsobit zapnutí a vypnutí relé náhodně.

Aby se zabránilo takovým náhodným spouštěčům kvůli zbloudilému napětí, je v tomto příkladu povinné svázat zobrazený digitální vstupní kolík s logikou „VYSOKÁ“, takže když je spínač odklopen, kolík se automaticky připojí k definovanému stavu „VYSOKÝ“ nebo kladná úroveň dodávky IC.

Aby byl kolík „VYSOKÝ“, můžeme připojit vstupní kolík k Vcc.

V níže uvedeném obvodu je vstupní kolík připojen k Vcc, který udržuje vstup „HIGH“, pokud rozepneme spínač, což zabrání náhodnému spuštění relé.

Možná si myslíte, že nyní máme řešení vypracované. Ale ne .... ještě ne!

Podle schématu, pokud sepneme spínač, dojde ke zkratu a vypnutí a zkratu celého systému. Váš obvod nemůže mít nikdy nejhorší situaci než zkrat.

Zkrat je způsoben velmi velkým proudem protékajícím cestou s nízkým odporem, který spálí stopy po desce plošných spojů, spálením pojistky, spuštěním bezpečnostních spínačů a dokonce může způsobit smrtelné poškození vašeho obvodu.

Abychom zabránili toku silného proudu a také udrželi vstupní pin ve stavu „VYSOKÝ“, můžeme použít odpor, který je připojen k Vcc, tedy mezi „červenou čárou“.

V této situaci bude pin ve stavu „VYSOKÝ“, pokud spínač rozepneme, a při sepnutí spínače nedojde ke zkratu a také je možné, aby se vstupní pin přímo spojil s GND, takže NÍZKÝ'.

Pokud sepneme spínač, dojde k nepatrnému poklesu napětí prostřednictvím pull-up rezistoru a zbytek obvodu zůstane nedotčen.

Jeden musí optimálně zvolit hodnotu odporu Pull-Up / Pull-Down, aby přes odpor nevytahoval přebytek.

Výpočet hodnoty pull-up rezistoru:

Pro výpočet optimální hodnoty musíme znát 3 parametry: 1) Vcc 2) Minimální prahové vstupní napětí, které zaručuje, že výstup bude „HIGH“ 3) Vysoký vstupní proud (požadovaný proud). Všechny tyto údaje jsou uvedeny v datovém listu.

Vezměme si příklad logické brány NAND. Podle jeho datového listu je Vcc 5V, minimální prahové vstupní napětí (vysoká úroveň vstupního napětí V_JIM) je 2 V a vstupní proud vysoké úrovně (I._JIM) je 40 uA.

“stavový stroj mealy vs moore ”

Použitím Ohmova zákona můžeme najít správnou hodnotu rezistoru.

R = Vcc - V_{IH (MIN)}/ Já_JIM

Kde,

Vcc je provozní napětí,

PROTI_{IH (MIN)}je VYSOKÁ úroveň vstupního napětí,

Já_JIMje vstupní proud VYSOKÉ úrovně.

Nyní udělejme shodu,

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

Můžeme použít hodnotu rezistoru maximálně 75K ohmů.

POZNÁMKA:

Tato hodnota se počítá za ideálních podmínek, ale nežijeme v ideálním světě. Pro nejlepší provoz můžete připojit odpor mírně nižší než vypočítaná hodnota, řekněme 70K, 65k nebo dokonce 50K ohm, ale nesnižujte dostatečně nízký odpor, aby vedl obrovský proud, například 100 ohm, pro výše uvedený příklad 220 ohm.

Pull-Up rezistory s více hradly

Ve výše uvedeném příkladu jsme viděli, jak vybrat Pull-up rezistor pro jednu bránu. Co když máme 10 bran, které všechny je třeba připojit k Pull-Up rezistoru?

Jedním ze způsobů je připojení 10 Pull-Up rezistorů na každou bránu, ale není to nákladově efektivní a snadné řešení. Nejlepším řešením by bylo připojení všech vstupních pinů k jednomu Pull-Up rezistoru.

Chcete-li vypočítat hodnotu odporu Pull-Up pro výše uvedenou podmínku, postupujte podle následujícího vzorce:

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

„N“ je počet bran.

Zjistíte, že výše uvedený vzorec je stejný jako předchozí, jediným rozdílem je znásobení počtu bran.

Pojďme tedy znovu matematiku,

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

Nyní pro 10 bran NAND jsme dostali hodnotu rezistoru tak, že proud je 10krát vyšší než jedna brána NAND (v předchozím příkladu), takže rezistor může udržovat minimálně 2 V při špičkovém zatížení, což může zaručit požadovanou výstup bez jakékoli chyby.

Stejný vzorec můžete použít pro výpočet Pull-Up rezistoru pro jakoukoli aplikaci.

Pull-Down rezistory:

Pull-Up rezistor udržuje pin „HIGH“, pokud není připojen žádný vstup s Pull-down rezistorem, udržuje pin „LOW“, pokud není připojen žádný vstup.

Stahovací rezistor se vyrábí připojením rezistoru k zemi namísto Vcc.

Pull-Down lze vypočítat podle:

R = V_{IL (MAX)}/ Já_THE

Kde,

PROTI_{IL (MAX)}je vstupní napětí NÍZKÉ úrovně.

Já_THEje vstupní proud LOW.

Všechny tyto parametry jsou uvedeny v datovém listu.

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

Pro Pull-down můžeme použít maximálně 500 ohmový rezistor.

Ale opět bychom měli použít hodnotu rezistoru menší než 500 ohmů.

Otevřený výstup kolektoru / Otevřený odtok:

Můžeme říci, že pin je „výstup s otevřeným kolektorem“, když IC nemůže řídit výstup „HIGH“, ale může řídit pouze jeho výstup „LOW“. Jednoduše připojí výstup k zemi nebo se odpojí od země.

Můžeme vidět, jak se konfigurace otevřeného kolektoru provádí v IC.

Protože výstup je buď uzemněný, nebo otevřený obvod, musíme připojit externí Pull-Up rezistor, který může otočit pin „HIGH“, když je tranzistor VYPNUTÝ.

To je stejné pro Open drain, jediný rozdíl je v tom, že vnitřní tranzistor uvnitř IC je MOSFET.

Nyní se můžete zeptat, proč potřebujeme konfiguraci otevřeného odtoku? Musíme stejně připojit Pull-Up rezistor.

Výstupní napětí lze měnit výběrem různých hodnot rezistorů na výstupu otevřeného kolektoru, takže poskytuje větší flexibilitu zátěže. Můžeme připojit zátěž na výstup, který má vyšší nebo nižší provozní napětí.

Pokud bychom měli pevnou hodnotu pull-up rezistoru, nemohli bychom řídit napětí na výstupu.

Jednou z nevýhod této konfigurace je, že spotřebovává obrovský proud a nemusí být vhodný pro baterie, pro správnou funkci potřebuje vyšší proud.

Vezměme si příklad brány IC 7401 s otevřeným odtokem „NAND“ a podívejme se, jak vypočítat hodnotu pull-up rezistoru.

Potřebujeme znát následující parametry:

PROTI_{OL (MAX)}což je maximální vstupní napětí pro IC 7401, které může zaručit otočení výstupu „LOW“ (0,4 V).

Já_{OL (MAX)}což je nízkoúrovňový vstupní proud (16 mA).

Vcc je provozní napětí, které je 5V.