I det här inlägget ska vi utforska pull-up-motstånd och pull-down-motstånd, varför de ofta används i elektroniska kretsar, vad som händer med elektroniska kretsar utan pull-up eller pull-down-motstånd, och hur man beräknar pull-up och Dra ned motståndsvärden och slutligen kommer vi att se om öppen kollektor konfiguration.

Hur logiska in- och utgångar fungerar i digitala kretsar

I digital elektronik och de flesta mikrokontrollerbaserade kretsar behandlas de involverade digitala signalerna i form av logic1 eller logic0, dvs “HIGH” eller “LOW”.

Digitala logikgrindar blir de grundläggande enheterna i vilken digital krets som helst, och genom att använda 'AND', 'OR' och 'NOT' kan vi bygga komplexa kretsar, men som nämnts ovan kan digitala grindar endast acceptera två spänningsnivåer som 'HIGH ”Och” LOW ”.

“HIGH” och “LOW” är i allmänhet i form av 5V respektive 0V. 'HÖG' kallas också '1' eller positiv signal från matningen och 'LÅG' kallas också '0' eller negativ signal från matningen.

Problem uppstår i en logisk krets eller en mikrokontroller när den matade ingången är någonstans i det odefinierade området mellan 2V och 0V.

I en sådan situation kanske logikkretsar eller mikrokontroller inte känner igen signalen ordentligt, och kretsen kommer att göra fel antaganden och utföra.

Generellt kan en logisk grind känna igen signalen som 'LÅG' om ingången är under 0,8 V och kan känna igen signalen som 'HÖG' om ingången är över 2 V. För mikrokontroller kan detta faktiskt variera mycket.

Odefinierade ingångslogiknivåer

Problemen uppstår när signalen är mellan 0,8V och 2V och varierar slumpmässigt vid ingångsstiften. Detta problem kan förklaras med ett exempel på en krets med en omkopplare ansluten till en IC eller en mikrokontroller.

Antag en krets med en mikrokontroller eller en IC, om vi stänger kretsen går ingångsstiftet 'LOW' och reläet blir 'ON'.

Om vi öppnar omkopplaren ska reläet stängas av ”eller hur? Nåväl inte riktigt.

Vi vet att de digitala IC: erna och de digitala mikrokontrollerna endast tar ingången som antingen “HÖG” eller “LÅG”, när vi öppnar omkopplaren är ingångsstiftet bara öppet. Det är varken 'HÖG' eller 'LÅG'.

Ingångsstiftet måste vara “HÖGT” för att stänga av reläet, men i det öppna läget blir denna stift sårbar för avvikande pickups, avvikande statiska laddningar och annat elektriskt brus från omgivningen, vilket kan göra att reläet går PÅ och AV slumpvis.

För att förhindra sådana slumpmässiga utlösare på grund av avvikande spänning, i det här exemplet blir det obligatoriskt att binda den visade digitala ingångsstiftet till en 'HÖG' -logik, så att stiftet automatiskt ansluts till ett definierat tillstånd 'HÖG' när omkopplaren slås av. eller den positiva leveransnivån för IC.

För att hålla stiftet 'HÖG' kan vi ansluta ingångsstiftet till Vcc.

I kretsen nedan är ingångsstiftet anslutet till Vcc, vilket håller ingången “HÖG” om vi öppnar omkopplaren, vilket förhindrar slumpmässig utlösning av reläet.

Du kanske tror, nu har vi löst lösningen. Men nej .... inte ännu!

Enligt diagrammet kommer vi att kortsluta och stänga av och kortsluta hela systemet om vi stänger omkopplaren. Din krets kan aldrig ha någon värsta situation än en kortslutning.

Kortslutningen beror på mycket stor ström som strömmar genom en låg motståndsbana som bränner PCB-spåren, en säkring blåser, utlöser säkerhetsbrytare och till och med kan orsaka dödlig skada på din krets.

För att förhindra ett sådant kraftigt strömflöde och även för att hålla ingångsstiftet i “HÖGT” tillstånd kan vi använda ett motstånd som är anslutet till Vcc, det vill säga mellan den 'röda linjen'.

I denna situation kommer stiftet att vara i ”HÖGT” tillstånd om vi öppnar omkopplaren, och vid stängning av omkopplaren kommer det inte att finnas någon kortslutning, och även ingångsstiftet får ansluta direkt till GND, vilket gör det till “ LÅG'.

Om vi stänger omkopplaren kommer det att bli försumbar spänningsfall via pull-Up-motståndet och resten av kretsen förblir opåverkad.

Man måste välja Pull-Up / Pull-Down motståndsvärde optimalt så att det inte drar överskott genom motståndet.

Beräkning av pull-up-motståndsvärde:

För att beräkna ett optimalt värde måste vi känna till tre parametrar: 1) Vcc 2) Minsta tröskel ingångsspänning som kan garantera att utgången blir 'HÖG' 3) Hög nivå ingångsström (erforderlig ström). Alla dessa uppgifter nämns i databladet.

Låt oss ta exemplet med den logiska NAND-grinden. Enligt databladet är Vcc 5V, minsta tröskel ingångsspänning (hög nivå ingångsspänning V._DEM) är 2V och högnivåingångsström (I_DEM) är 40 uA.

“vad är gyroskop i mobilen ”

Genom att tillämpa ohms lag kan vi hitta rätt motståndsvärde.

R = Vcc - V._{IH (MIN)}/ Jag_DEM

Var,

Vcc är driftspänningen,

V_{IH (MIN)}är Ingångsspänning på HÖG nivå,

Jag_DEMär den höga ingångsströmmen.

Låt oss nu matcha,

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

Vi kan använda ett motståndsvärde maximalt 75K ohm.

NOTERA:

Detta värde beräknas för idealiska förhållanden, men vi lever inte i en ideal värld. För bästa drift kan du ansluta ett motstånd som är något lägre än det beräknade värdet, säg 70K, 65k eller till och med 50K ohm men minsk inte motståndet tillräckligt lågt för att leda enorm ström till exempel 100 ohm, 220 ohm för ovanstående exempel.

Pull-Up-motstånd med flera grindar

I exemplet ovan såg vi hur man väljer ett Pull-up-motstånd för en grind. Vad händer om vi har 10 grindar som alla måste anslutas till Pull-Up-motstånd?

Ett av sätten är att ansluta 10 Pull-Up-motstånd vid var och en av portarna, men det här är inte kostnadseffektiv och enkel lösning. Den bästa lösningen skulle vara att ansluta alla ingångsstiften tillsammans till ett enkelt Pull-Up-motstånd.

För att beräkna Pull-Up-motståndsvärdet för ovanstående tillstånd följer du formeln nedan:

R = Vcc - V._{IH (MIN)}/ N x I_DEM

'N' är antalet grindar.

Du kommer att märka att formeln ovan är densamma som den föregående, den enda skillnaden är att multiplicera antalet grindar.

Så, låt oss göra matte igen,

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

Nu för de 10 NAND-grindarna fick vi motståndsvärdet på ett sätt så att strömmen är tio gånger högre än en NAND-grind (I föregående exempel), så att motståndet kan upprätthålla minst 2V vid toppbelastning, vilket kan garantera det nödvändiga utdata utan något fel.

Du kan använda samma formel för att beräkna Pull-Up-motstånd för alla applikationer.

Neddragningsresistorer:

Pull-Up-motståndet håller stiftet 'HIGH' om ingen ingång är ansluten till Pull-down-motståndet, det håller stiftet 'LOW' om ingen ingång är ansluten.

Nedrullningsmotståndet görs genom att ansluta motståndet till jord istället för Vcc.

Pull-Down kan beräknas med:

R = V_{IL (MAX)}/ Jag_DE

Var,

V_{IL (MAX)}är ingångsspänning för LÅG nivå.

Jag_DEär LÅG nivå ingångsström.

Alla dessa parametrar nämns i databladet.

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

Vi kan använda maximalt 500 ohm motstånd för neddragning.

Men återigen bör vi använda ett motståndsvärde mindre än 500 ohm.

Öppen kollektorutgång / Öppna dränering:

Vi kan säga att en stift är 'öppen kollektorutgång' när IC inte kan driva utgången 'HÖG' utan bara kan driva dess utgång 'LÅG'. Den ansluter helt enkelt utgången till marken eller kopplas bort från marken.

Vi kan se hur den öppna samlarkonfigurationen görs i en IC.

Eftersom utgången antingen är jordad eller öppen krets måste vi ansluta ett externt Pull-Up-motstånd som kan vrida stiftet 'HÖG' när transistorn är AV.

Detta är detsamma för Open drain, den enda skillnaden är att den interna transistorn inuti IC är en MOSFET.

Nu kan du fråga varför behöver vi en öppen avloppskonfiguration? Vi måste ansluta ett Pull-Up-motstånd ändå.

Tja, utspänningen kan varieras genom att välja olika motståndsvärden vid den öppna kollektorutgången, så det ger mer flexibilitet för belastningen. Vi kan ansluta belastning vid utgång som har högre eller lägre driftspänning.

Om vi hade ett fast uppdragningsvärde kan vi inte kontrollera spänningen vid utgången.

En nackdel med denna konfiguration är att den förbrukar enorm ström och kanske inte är batterivänlig, den behöver högre ström för att den ska fungera korrekt.

Låt oss ta exempel på IC 7401 öppet avloppslogik 'NAND' -grind och se hur man beräknar uppdragningsvärde.

Vi måste känna till följande parametrar:

V_{OL (MAX)}vilket är den maximala ingångsspänningen till IC 7401 som kan garantera att utgången blir 'LÅG' (0,4 V).

Jag_{OL (MAX)}vilket är den låga ingångsströmmen (16mA).

Vcc är driftspänningen som är 5V.