U ovom postu istražit ćemo pull-up otpornik i pull-down otpornik, zašto se oni često koriste u elektroničkim sklopovima, što se događa s elektroničkim krugovima bez pull-up ili pull-down otpora i kako izračunati pull-up i Smanjene vrijednosti otpora i napokon ćemo vidjeti o konfiguraciji otvorenog kolektora.

Kako logički ulazi i izlazi rade u digitalnim krugovima

U digitalnoj elektronici i većini krugova temeljenih na mikrokontroleru uključeni digitalni signali obrađuju se u obliku logike1 ili logike0, tj. 'HIGH' ili 'LOW'.

Digitalna logička vrata postaju temeljne jedinice bilo kojeg digitalnog kruga, a pomoću vrata 'AND', 'OR' i 'NOT' možemo graditi složene sklopove, no kako je gore navedeno digitalna vrata mogu prihvatiti samo dvije razine napona koje 'HIGH 'I' LOW '.

'HIGH' i 'LOW' općenito su u obliku 5V, odnosno 0V. 'HIGH' se također naziva '1' ili pozitivni signal opskrbe, a 'LOW' se također naziva '0' ili negativni signal opskrbe.

Problemi nastaju u logičkom krugu ili mikrokontroleru kada se napajani ulaz nalazi negdje u nedefiniranom području između 2V i 0V.

U takvoj situaciji logički sklopovi ili mikrokontroleri možda neće pravilno prepoznati signal, a sklop će napraviti neke pogrešne pretpostavke i izvršiti.

Općenito logička vrata mogu prepoznati signal kao 'LOW' ako je ulaz ispod 0,8 V i mogu prepoznati signal kao 'HIGH' ako je ulaz iznad 2V. Za mikrokontrolere to zapravo može jako varirati.

Nedefinirani nivoi ulazne logike

Problemi nastaju kada je signal između 0,8 V i 2 V i slučajno varira na ulaznim pinovima, ovaj se problem može objasniti primjerom sklopa pomoću prekidača spojenog na IC ili mikrokontroler.

Pretpostavimo krug pomoću mikrokontrolera ili IC-a, ako zatvorimo krug, ulazni klin ide 'NISKO', a relej se uključuje 'ON'.

Ako otvorimo prekidač, relej bi se trebao isključiti, zar ne? Pa ne baš.

Znamo da digitalni IC i digitalni mikrokontroleri uzimaju ulaz samo kao 'HIGH' ili 'LOW', kad otvorimo prekidač, ulazni pin samo je otvoren. Nije ni „VISOKO“ ni „NISKO“.

Ulazni pin mora biti 'HIGH' da bi se relej isključio, ali u otvorenoj situaciji ovaj pin postaje osjetljiv na zalutale prijemnike, zalutale statičke naboje i druge električne buke iz okoline, što može dovesti do uključivanja i isključivanja releja nasumce.

Da bi se spriječili takvi slučajni okidači zbog zalutalog napona, u ovom primjeru postaje obavezno povezati prikazani digitalni ulazni pin na logiku “HIGH”, tako da se, kada se sklopka otklopi, pin automatski poveže u definirano stanje “HIGH” ili pozitivna razina opskrbe IC.

Da bi pin ostao „VISOK“, ulazni pin možemo spojiti na Vcc.

U donjem krugu ulazni pin spojen je na Vcc, koji zadržava ulaz 'HIGH' ako otvorimo prekidač, što sprječava slučajno aktiviranje releja.

Možda mislite, sada smo riješili rješenje. Ali ne .... još ne!

Prema dijagramu, ako zatvorimo prekidač, doći će do kratkog spoja i isključivanja i kratkog spoja cijelog sustava. Vaš krug nikada ne može imati najgoru situaciju od kratkog spoja.

Kratki spoj je posljedica vrlo velike struje koja prolazi kroz put s malim otporom koji sagorijeva tragove PCB-a, pregorijevanje osigurača, aktiviranje sigurnosnih prekidača, pa čak može uzrokovati fatalnu štetu na vašem krugu.

Da bismo spriječili tako snažno strujanje struje i također zadržali ulazni zatik u 'VISOKOM' stanju, možemo upotrijebiti otpornik koji je spojen na Vcc, odnosno između 'crvene crte'.

U ovoj situaciji pin će biti u 'HIGH' stanju ako otvorimo prekidač, a nakon zatvaranja prekidača neće doći do kratkog spoja, a također se ulazni pin može izravno povezati s GND-om, čineći ga ' NISKO ”.

Ako zatvorimo prekidač, doći će do zanemarivog pada napona preko pull-up otpora, a ostatak kruga ostat će nepromijenjen.

Treba optimalno odabrati vrijednost otpornika Pull-Up / Pull-Down kako ne bi povukao višak kroz otpor.

Izračun vrijednosti pull-up otpora:

Da bismo izračunali optimalnu vrijednost, moramo znati 3 parametra: 1) Vcc 2) Minimalni prag ulaznog napona koji može jamčiti da će izlaz biti „VISOK“ 3) Ulazna struja visoke razine (potrebna struja). Svi su ti podaci navedeni u tehničkom listu.

Uzmimo za primjer logička NAND vrata. Prema njegovom tehničkom listu Vcc je 5V, minimalni prag ulaznog napona (Ulazni napon visoke razine V_IH) je 2V i ulazna struja visoke razine (I_IH) je 40 uA.

“kako pretvoriti ascii u hex ”

Primjenom ohmovog zakona možemo pronaći ispravnu vrijednost otpora.

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

Gdje,

Vcc je radni napon,

V_{IH (MIN)}je HIGH Level ulazni napon,

Ja_IHje ulazna struja VISOKOG nivoa.

Sada napravimo podudaranje,

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

Možemo koristiti vrijednost otpora maksimalno 75K ohma.

BILJEŠKA:

Ova se vrijednost izračunava za idealne uvjete, ali ne živimo u idealnom svijetu. Za najbolji rad možete spojiti otpor malo niži od izračunate vrijednosti, recimo 70K, 65k ili čak 50K ohma, ali nemojte smanjiti otpor dovoljno nizak da će provoditi veliku struju, na primjer 100 ohma, 220 ohma za gornji primjer.

Višestruki otpornici na izvlačenje

U gornjem primjeru vidjeli smo kako odabrati povučni otpor za jedan ulaz. Što ako imamo 10 ulaza koji su svi potrebni za spajanje na pull-up otpornik?

Jedan od načina je povezivanje 10 pull-up otpornika na svaki ulaz, ali to nije isplativo i jednostavno rješenje. Najbolje rješenje bilo bi povezivanje svih ulaznih pinova zajedno s jednim Pull-Up otpornikom.

Da biste izračunali vrijednost pull-up otpora za gore navedeni uvjet, slijedite donju formulu:

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

'N' je broj vrata.

Primijetit ćete da je gornja formula ista kao i prethodna, jedina razlika je množenje broja vrata.

Pa, napravimo opet matematiku,

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

Sada smo za 10 NAND ulaza dobili vrijednost otpornika na način da je struja 10 puta veća od jednog NAND ulaza (u prethodnom primjeru), tako da otpornik može održavati minimalno 2V pri vršnom opterećenju, što može jamčiti potrebno izlaz bez ikakve greške.

Možete koristiti istu formulu za izračunavanje Pull-Up otpora za bilo koju primjenu.

Vučni otpornici:

Pull-Up otpor drži pin 'HIGH' ako nijedan ulaz nije povezan s Pull-down otpornikom, on drži pin 'LOW' ako nije povezan ulaz.

Padni otpor izrađen je spajanjem otpora na masu umjesto Vcc.

Izvlačenje se može izračunati na sljedeći način:

R = V_{IL (MAX)}/ I_THE

Gdje,

V_{IL (MAX)}je ulazni napon NISKE razine.

Ja_THEje ulazna struja NISKE razine.

Svi su ti parametri spomenuti u tehničkom listu.

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

Za povlačenje možemo koristiti maksimalno 500 ohmski otpornik.

Ali opet, trebali bismo koristiti vrijednost otpora manju od 500 ohma.

Izlaz otvorenog kolektora / otvoreni odvod:

Možemo reći da je pin 'izlaz otvorenog kolektora' kada IC ne može upravljati izlazom 'HIGH', ali može izlaziti samo svoj izlaz 'LOW'. Jednostavno povezuje izlaz sa zemljom ili odvaja od zemlje.

Možemo vidjeti kako se u IC-u vrši konfiguracija otvorenog kolektora.

Budući da je izlaz uzemljen ili je otvoren krug, moramo spojiti vanjski pull-up otpornik koji može okretati pin 'HIGH' kad je tranzistor ISKLJUČEN.

To je isto za otvoreni odvod jedina razlika je u tome što je unutarnji tranzistor unutar IC-a MOSFET.

Sad se možete pitati zašto nam treba otvorena konfiguracija odvoda? Ionako moramo spojiti pull-up otpornik.

Pa, izlazni napon se može mijenjati odabirom različitih vrijednosti otpora na izlazu otvorenog kolektora, tako da daje veću fleksibilnost za opterećenje. Na izlaz možemo priključiti opterećenje koje ima veći ili niži radni napon.

Ako smo imali fiksnu vrijednost povlačnog otpora, ne možemo kontrolirati napon na izlazu.

Nedostatak ove konfiguracije je taj što troši ogromnu struju i možda nije prikladan za bateriju, za svoj ispravan rad potrebna joj je veća struja.

Uzmimo primjer IC-7401 otvorenog odvodnog logičkog odvoda 'NAND' i vidjet ćemo kako izračunati vrijednost otpornog napora.

Moramo znati sljedeće parametre:

V_{OL (MAX)}što je maksimalni ulazni napon na IC 7401 koji može jamčiti okretanje izlaza 'NISKO' (0,4 V).

Ja_{OL (MAX)}što je ulazna struja niske razine (16mA).

Vcc je radni napon koji je 5V.