I dette innlegget skal vi utforske pull-up-motstand og pull-down-motstand, hvorfor de ofte brukes i elektroniske kretser, hva som skjer med elektroniske kretser uten pull-up eller pull-down-motstand, og hvordan beregne pull-up og Trekk ned motstandsverdier, og til slutt vil vi se om åpen samlekonfigurasjon.

Hvordan logiske innganger og utganger fungerer i digitale kretser

I digital elektronikk og de fleste mikrokontrollerbaserte kretsene behandles de involverte digitale signalene i form av logic1 eller logic0, dvs. “HIGH” eller “LOW”.

Digitale logiske porter blir de grunnleggende enhetene til enhver digital krets, og ved å bruke “AND”, “OR” og “NOT” gate er vi i stand til å bygge komplekse kretser, men som nevnt ovenfor kan digitale porter bare akseptere to spenningsnivåer som “HIGH ”Og” LAV ”.

“HIGH” og “LOW” er vanligvis i form av henholdsvis 5V og 0V. “HØY” blir også referert til som “1” eller positivt signal fra forsyningen, og “LAV” blir også referert til som “0” eller negativt signal fra forsyningen.

Problemer oppstår i en logikkrets eller en mikrokontroller når matet inngang er et sted i det udefinerte området mellom 2V og 0V.

I en slik situasjon kan det hende at logikkretser eller mikrokontroller ikke gjenkjenner signalet riktig, og kretsen vil gjøre noen gale forutsetninger og utføre.

Generelt kan en logisk gate gjenkjenne signalet som 'LAV' hvis inngangen er under 0,8V, og kan gjenkjenne signalet som 'HØY' hvis inngangen er over 2V. For mikrokontrollere kan dette faktisk variere mye.

Udefinerte logiske nivåer for inngang

Problemene oppstår når signalet er mellom 0,8V og 2V og varierer tilfeldig ved inngangspinnene. Dette problemet kan forklares med et eksempel på en krets som er koblet til en IC eller en mikrokontroller.

Anta en krets ved hjelp av en mikrokontroller eller en IC. Hvis vi lukker kretsen, går inngangspinnen 'LAV' og reléet slås 'PÅ'.

Hvis vi åpner bryteren, skal reléet slå 'AV', ikke sant? Vel egentlig ikke.

Vi vet at de digitale IC-ene og de digitale mikrokontrollerne bare tar input som “HIGH” eller “LOW”. Når vi åpner bryteren, er inngangspinnen bare åpen. Det er verken “HØY” eller “LAV”.

Inngangstappen må være “HØY” for å slå av reléet, men i åpen situasjon blir denne stiften sårbar for løssluppende pickups, avvikende statiske ladninger og annen elektrisk støy fra omgivelsene, noe som kan føre til at reléet slås PÅ og AV tilfeldig.

For å forhindre slike tilfeldige utløsere på grunn av avviksspenning, blir det i dette eksemplet obligatorisk å knytte den viste digitale inngangspinnen til en 'HIGH' -logikk, slik at når bryteren vippes av, kobles pinnen automatisk til en definert tilstand 'HIGH' eller det positive forsyningsnivået til IC.

For å holde pinnen “HIGH” kan vi koble inngangspinnen til Vcc.

I kretsen nedenfor er inngangspinnen koblet til Vcc, som holder inngangen “HIGH” hvis vi åpner bryteren, noe som forhindrer tilfeldig utløsning av reléet.

Du tenker kanskje, nå har vi funnet løsningen. Men nei .... ikke ennå!

I henhold til diagrammet, hvis vi lukker bryteren, vil det være kortslutning og slå av og kortslutte hele systemet. Kretsen din kan aldri ha noen verste situasjon enn kortslutning.

Kortslutningen skyldes veldig stor strøm som strømmer gjennom en lav motstandsbane som brenner PCB-spor, blåser av sikring, utløser sikkerhetsbrytere og til og med kan forårsake dødelig skade på kretsen din.

For å forhindre så sterk strømgjennomstrømning og også for å holde inngangspinnen i “HIGH” -tilstand, kan vi bruke en motstand som er koblet til Vcc, som er mellom den “røde linjen”.

I denne situasjonen vil pinnen være i “HIGH” -tilstand hvis vi åpner bryteren, og når du lukker bryteren, vil det ikke være noen kortslutning, og også inngangspinnen får lov til å koble direkte til GND, noe som gjør den til “ LAV'.

Hvis vi lukker bryteren, vil det være ubetydelig spenningsfall via pull-up-motstanden, og resten av kretsen forblir upåvirket.

Man må velge Pull-Up / Pull-Down motstandsverdien optimalt, slik at den ikke trekker overskudd gjennom motstanden.

Beregning av pull-up motstandsverdi:

For å beregne en optimal verdi må vi kjenne til tre parametere: 1) Vcc 2) Minimum terskelinngangsspenning som kan garantere at utgangen blir “HIGH” 3) Høy nivå inngangsstrøm (den nødvendige strømmen). Alle disse dataene er nevnt i databladet.

La oss ta eksemplet med logisk NAND-gate. I følge databladet er Vcc 5V, minimum terskelinngangsspenning (High level Input voltage V._DEM) er 2V og inngangsstrøm på høyt nivå (I_DEM) er 40 uA.

“hvordan genereres likestrøm ”

Ved å anvende ohms lov kan vi finne riktig motstandsverdi.

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

Hvor,

Vcc er driftsspenningen,

V_{IH (MIN)}er inngangsspenning på HØYT nivå,

Jeg_DEMer den høye inngangsstrømmen.

La oss nå sammenligne,

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

Vi kan bruke en motstandsverdi maksimalt 75K ohm.

MERK:

Denne verdien beregnes for ideelle forhold, men vi lever ikke i en ideell verden. For best drift kan du koble til en motstand litt lavere enn beregnet verdi, si 70K, 65k eller til og med 50K ohm, men ikke reduser motstanden lavt nok til at den vil lede enorm strøm, for eksempel 100 ohm, 220 ohm for eksemplet ovenfor.

Pull-Up motstander med flere porter

I eksemplet ovenfor så vi hvordan vi skulle velge en Pull-up-motstand for en port. Hva om vi har 10 porter som alle må kobles til Pull-Up-motstand?

En av måtene er å koble til 10 Pull-Up-motstander ved hver port, men dette er ikke kostnadseffektiv og enkel løsning. Den beste løsningen ville være å koble alle inngangspinnene sammen til en enkelt opptrekksmotstand.

For å beregne Pull-Up-motstandsverdien for tilstanden ovenfor, følg formelen nedenfor:

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

'N' er antall porter.

Du vil legge merke til at formelen ovenfor er den samme som den forrige, den eneste forskjellen er å multiplisere antall porter.

Så la oss gjøre matte igjen,

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

Nå for de 10 NAND-portene fikk vi motstandsverdien på en slik måte at strømmen er 10 ganger høyere enn en NAND-port (I forrige eksempel), slik at motstanden kan opprettholde minimum 2V ved toppbelastning, noe som kan garantere det nødvendige utdata uten feil.

Du kan bruke den samme formelen for å beregne Pull-Up-motstand for alle applikasjoner.

Nedtrekkbare motstander:

Pull-Up-motstanden holder pinnen 'HIGH' hvis ingen inngang er koblet til Pull-down-motstanden, den holder pinnen 'LOW' hvis ingen inngang er tilkoblet.

Nedtrekksmotstanden er laget ved å koble motstanden til jord i stedet for Vcc.

Nedtrekkingen kan beregnes ved å:

R = V_{IL (MAX)}/ JEG_DE

Hvor,

V_{IL (MAX)}er inngangsspenning på lavt nivå.

Jeg_DEer inngangsstrøm for lavt nivå.

Alle disse parametrene er nevnt i databladet.

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

Vi kan bruke maksimalt 500 ohm motstand for nedtrekk.

Men igjen, vi bør bruke en motstandsverdi mindre enn 500 ohm.

Åpent kollektorutgang / Åpent avløp:

Vi kan si at en stift er 'åpen kollektorutgang' når IC ikke kan drive utgangen 'HIGH', men bare kan drive sin utgang 'LOW'. Den kobler ganske enkelt utgangen til bakken eller kobler fra bakken.

Vi kan se hvordan den åpne samlerkonfigurasjonen er laget i en IC.

Siden utgangen enten er jordet eller åpen krets, må vi koble til en ekstern opptrekksmotstand som kan slå tappen “HØY” når transistoren er AV.

Dette er det samme for Open drain, den eneste forskjellen er at den interne transistoren inne i IC er en MOSFET.

Nå kan du spørre hvorfor trenger vi en åpen avløpskonfigurasjon? Vi må koble til en Pull-Up-motstand uansett.

Vel, utgangsspenningen kan varieres ved å velge forskjellige motstandsverdier ved åpen kollektorutgang, slik at den gir mer fleksibilitet for belastningen. Vi kan koble til belastning ved utgang som har høyere eller lavere driftsspenning.

Hvis vi hadde en fast motstandsverdi for opptrekksmotstand, kan vi ikke kontrollere spenningen ved utgangen.

En ulempe ved denne konfigurasjonen er at den bruker enorm strøm og kanskje ikke er batterivennlig, men at den trenger høyere strøm for riktig drift.

La oss ta eksempel på IC 7401 åpen avløpslogikk 'NAND' -port og se hvordan vi beregner opptrekksmotstandsverdi.

Vi må vite følgende parametere:

V_{OL (MAX)}som er den maksimale inngangsspenningen til IC 7401 som kan garantere å slå utgangen 'LAV' (0,4 V).

Jeg_{OL (MAX)}som er lavnivå inngangsstrøm (16mA).

Vcc er driftsspenningen som er 5V.