ดึงตัวต้านทานขึ้นและดึงลง

Resistor คืออะไร?

ตัวต้านทานเป็นอุปกรณ์ จำกัด ในปัจจุบันซึ่งมีการใช้อย่างมากในวงจรอิเล็กทรอนิกส์และผลิตภัณฑ์ เป็นส่วนประกอบแบบพาสซีฟที่ให้ความต้านทานเมื่อกระแสไหลผ่าน ตัวต้านทานมีหลายประเภท ความต้านทานวัดเป็นโอห์มโดยมีสัญลักษณ์ของΩ

Pull-up และ Pull-Down Resistor คืออะไรและทำไมเราถึงต้องการ?

หากเราพิจารณาวงจรดิจิทัลพินจะเป็น 0 หรือ 1 เสมอในบางกรณีเราจำเป็นต้องเปลี่ยนสถานะจาก 0 เป็น 1 หรือจาก 1 เป็น 0 ไม่ว่าในกรณีใดเราจำเป็นต้องถือพินดิจิทัลด้วย 0 จากนั้นเปลี่ยนสถานะเป็น 1 หรือเราต้องถือ 0 แล้วเปลี่ยนเป็น 1 ในทั้งสองกรณีเราต้องทำให้พินดิจิทัลเป็น ' สูง ' หรือ ' ต่ำ ' แต่ไม่สามารถปล่อยให้ลอยได้

ดังนั้นในแต่ละกรณีสถานะจะเปลี่ยนไปดังที่แสดงด้านล่าง

ทีนี้ถ้าเราแทนที่ค่าสูงและต่ำด้วยค่าแรงดันไฟฟ้าจริงค่าสูงจะเป็นระดับลอจิกสูง (สมมติว่า 5V) และต่ำจะเป็นกราวด์หรือ 0v

ต้านทานดึงขึ้นจะใช้เพื่อให้สถานะเริ่มต้นของขาดิจิตอลเป็นสูงหรือระดับตรรกะ (ในภาพด้านบนมันเป็น 5V) และตัวต้านทานแบบเลื่อนลงไม่ตรงข้ามก็จะทำให้สถานะเริ่มต้นของดิจิตอล ปักหมุดเป็นต่ำ (0V)

แต่ทำไมเราถึงต้องการตัวต้านทานเหล่านั้นแทนเราสามารถเชื่อมต่อพินลอจิกดิจิตอลโดยตรงกับแรงดันระดับลอจิกหรือกราวด์เหมือนภาพด้านล่าง?

เราไม่สามารถทำได้ เนื่องจากวงจรดิจิทัลทำงานในกระแสไฟฟ้าต่ำการเชื่อมต่อพินลอจิกเข้ากับแรงดันไฟฟ้าหรือกราวด์โดยตรงจึงไม่ใช่ทางเลือกที่ดี เนื่องจากในที่สุดการเชื่อมต่อโดยตรงจะเพิ่มการไหลของกระแสเช่นเดียวกับการลัดวงจรและอาจทำให้วงจรลอจิกที่ละเอียดอ่อนเสียหายซึ่งไม่แนะนำให้ใช้ ในการควบคุมการไหลของกระแสเราต้องดึงผู้ลงหรือดึงตัวต้านทานตัวต้านทานแบบดึงขึ้นช่วยให้การไหลของกระแสที่ควบคุมจากแหล่งจ่ายแรงดันไปยังพินอินพุตดิจิทัลซึ่งตัวต้านทานแบบดึงลงสามารถควบคุมการไหลของกระแสจากพินดิจิทัลไปยังกราวด์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในเวลาเดียวกันทั้งตัวต้านทานตัวต้านทานแบบดึงลงและแบบดึงขึ้นจะถือสถานะดิจิทัลไม่ว่าจะเป็นต่ำหรือสูง

สถานที่และวิธีใช้ตัวต้านทานแบบดึงขึ้นและแบบดึงลง

ด้วยการอ้างอิงภาพไมโครคอนโทรลเลอร์ด้านบนโดยที่พินลอจิกดิจิทัลถูกย่อส่วนด้วยกราวด์และ VCC เราสามารถเปลี่ยนการเชื่อมต่อโดยใช้ตัวต้านทานแบบดึงขึ้นและแบบดึงลง

สมมติว่าเราต้องการสถานะลอจิกเริ่มต้นและต้องการเปลี่ยนสถานะโดยการโต้ตอบหรืออุปกรณ์ต่อพ่วงภายนอกเราใช้ตัวต้านทานแบบดึงขึ้นหรือแบบเลื่อนลง

ตัวต้านทานแบบดึงขึ้น

หากเราต้องการสถานะสูงเป็นค่าเริ่มต้นและต้องการเปลี่ยนสถานะเป็นต่ำโดยการโต้ตอบภายนอกเราสามารถใช้ตัวต้านทานแบบดึงขึ้นได้ดังภาพด้านล่าง -

พินอินพุตตรรกะดิจิทัล P0.5 สามารถสลับจากลอจิก 1 หรือสูงเป็นลอจิก 0 หรือต่ำโดยใช้สวิตช์ SW1 ต้านทาน R1 จะทำหน้าที่เป็นตัวต้านทานดึงขึ้นเชื่อมต่อกับแรงดันลอจิกจากแหล่งจ่าย 5V ดังนั้นเมื่อไม่ได้กดสวิตช์พินอินพุตแบบลอจิคัลจะมีแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นที่ 5V หรือขาจะสูงเสมอจนกว่าจะกดสวิตช์และพินจะสั้นลงที่กราวด์ทำให้ลอจิกต่ำ

อย่างไรก็ตามตามที่เราระบุไว้ว่าพินไม่สามารถลัดวงจรลงกราวด์หรือ Vcc ได้โดยตรงเนื่องจากจะทำให้วงจรเสียหายเนื่องจากสภาวะไฟฟ้าลัดวงจรในที่สุด แต่ในกรณีนี้การลัดวงจรลงสู่พื้นอีกครั้งโดยใช้สวิตช์ปิด แต่ดูดีๆมันไม่ได้สั้นลงจริงๆ เนื่องจากตามกฎของโอห์มเนื่องจากความต้านทานแบบดึงขึ้นกระแสจำนวนเล็กน้อยจะไหลจากแหล่งกำเนิดไปยังตัวต้านทานและสวิตช์จากนั้นถึงพื้น

หากเราไม่ใช้ตัวต้านทานแบบดึงขึ้นนี้เอาต์พุตจะลัดวงจรลงสู่พื้นโดยตรงเมื่อกดสวิตช์ในทางกลับกันเมื่อสวิตช์จะเปิดพินระดับลอจิกจะลอยและอาจทำให้ไม่เป็นที่ต้องการ ผลลัพธ์.

ดึงตัวต้านทานลง

สิ่งเดียวที่เป็นจริงสำหรับตัวต้านทานแบบเลื่อนลงพิจารณาการเชื่อมต่อด้านล่างซึ่งแสดงตัวต้านทานแบบดึงลงพร้อมการเชื่อมต่อ -

ในภาพด้านบนสิ่งที่ตรงกันข้ามกับที่เกิดขึ้น เลื่อนลงต้านทาน R1 ซึ่งจะเชื่อมต่อกับพื้นดินหรือ 0V จึงทำให้พินระดับลอจิกดิจิทัล P0.3 เป็นค่าเริ่มต้น 0 จนกระทั่งกดสวิตช์และพินระดับตรรกะสูง ในกรณีเช่นนี้กระแสจำนวนเล็กน้อยจะไหลจากแหล่งจ่าย 5V ไปยังกราวด์โดยใช้สวิตช์ปิดและตัวต้านทานแบบดึงลงดังนั้นจึงป้องกันไม่ให้พินระดับลอจิกลัดวงจรด้วยแหล่ง 5V

ดังนั้นสำหรับวงจรระดับลอจิกต่างๆเราสามารถใช้ตัวต้านทานแบบดึงขึ้นและแบบดึงลงได้ พบมากที่สุดในฮาร์ดแวร์ฝังตัวต่างๆระบบโปรโตคอลสายเดียวการเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงในไมโครชิป Raspberry Pi Arduino และภาคฝังตัวต่างๆรวมถึงอินพุต CMOS และ TTL

การคำนวณค่าที่แท้จริงสำหรับตัวต้านทานแบบดึงขึ้นและแบบดึงลง

ตอนนี้เมื่อเรารู้วิธีใช้ตัวต้านทานแบบดึงขึ้นและแบบดึงลงคำถามก็คือค่าของตัวต้านทานเหล่านั้นจะเป็นเท่าใด? แม้ว่าในวงจรระดับลอจิกดิจิทัลจำนวนมากเราสามารถเห็นตัวต้านทานแบบดึงขึ้นหรือแบบดึงลงได้ตั้งแต่ 2k ถึง 4.7k แต่มูลค่าที่แท้จริงจะเป็นอย่างไร

เพื่อให้เข้าใจสิ่งนี้เราจำเป็นต้องรู้ว่าแรงดันลอจิกคืออะไร? แรงดันไฟฟ้าเท่าไหร่ที่เรียกว่า Logic low และเท่าไหร่ที่เรียกว่า Logic High?

สำหรับระดับตรรกะต่างๆไมโครคอนโทรลเลอร์ต่างๆจะใช้ช่วงที่แตกต่างกันสำหรับลอจิกสูงและลอจิกต่ำ

หากเราพิจารณาอินพุตระดับทรานซิสเตอร์ - ทรานซิสเตอร์ลอจิก (TTL) กราฟด้านล่างจะแสดงแรงดันลอจิกต่ำสุดสำหรับการกำหนดค่าลอจิกสูงและแรงดันลอจิกสูงสุดสำหรับการตรวจจับลอจิกเป็น 0 หรือต่ำ

เราจะเห็นได้ว่าตรรกะ TTL ที่แรงดันไฟฟ้าสูงสุดสำหรับการตรรกะ 0 0.8V ดังนั้นถ้าเราให้น้อยกว่า 0.8V ตรรกะระดับจะได้รับการยอมรับว่าเป็น 0. บนมืออื่น ๆ, ถ้าเราให้มากกว่า 2V ไปสูงสุด 5.25V ตรรกะจะได้รับการยอมรับในฐานะสูง แต่ที่ 0.8V ถึง 2V เป็นพื้นที่ว่างที่แรงดันไฟฟ้านั้นไม่สามารถรับประกันได้ว่าตรรกะจะได้รับการยอมรับว่าสูงหรือต่ำ ดังนั้นเพื่อความปลอดภัยในสถาปัตยกรรม TTL เรายอมรับ 0V ถึง 0.8V เป็น Low และ 2V ถึง 5V เป็น High ซึ่งรับประกันได้ว่าชิปลอจิกต่ำและสูงจะได้รับการยอมรับโดยชิปลอจิกที่แรงดันเล็กน้อยนั้น

ในการกำหนดค่าสูตรคือกฎของโอห์มอย่างง่าย ตามกฎของโอห์มสูตรคือ

V = ฉัน x R R = V / I

ในกรณีของตัวต้านทานแบบดึงขึ้น V จะเป็นแรงดันไฟฟ้าต้นทาง - แรงดันต่ำสุดที่ยอมรับเป็น High

และกระแสจะเป็นกระแสสูงสุดที่จมลงโดยพินลอจิก

ดังนั้น, R _pull-up = (_{อุปทาน} V - V _{H (นาที)}) / ฉัน_จม

โดยที่_{แหล่งจ่าย} V คือแรงดันไฟฟ้า V _{H (นาที)}คือแรงดันไฟฟ้าต่ำสุดที่ยอมรับได้ที่ High และ I _sink คือกระแสไฟฟ้าสูงสุดที่ขาดิจิตอลจม

สิ่งเดียวกันที่ใช้กับตัวต้านทานแบบเลื่อนลงแต่สูตรมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย

R _pull-up = (V _{L (สูงสุด)} - 0) / _{แหล่งที่มา} I

โดยที่ (V _{L (สูงสุด)} ยอมรับแรงดันไฟฟ้าสูงสุดเป็นลอจิกต่ำและ_{แหล่งที่มา} I คือกระแสไฟฟ้าสูงสุดที่มาจากพินดิจิทัล

ตัวอย่างการปฏิบัติ

สมมติว่าเรามีวงจรลอจิกที่แหล่งจ่ายคือ 3.3V และลอจิกแรงดันสูงที่ยอมรับได้คือ 3V และเราสามารถจมกระแสสูงสุดที่ 30uA จากนั้นเราสามารถเลือกตัวต้านทานแบบดึงขึ้นโดยใช้สูตรเช่นนี้ -

ตอนนี้ถ้าเราพิจารณาตัวอย่างเดียวกันที่ระบุไว้ข้างต้นโดยที่วงจรยอมรับ 1V เป็นตรรกะสูงสุดแรงดันไฟฟ้าต่ำและสามารถจ่ายกระแสได้สูงถึง 200uA ตัวต้านทานแบบดึงลงจะเป็น

ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับตัวต้านทานแบบดึงขึ้นและแบบดึงลง

นอกเหนือจากการเพิ่มตัวต้านทานแบบดึงขึ้นหรือแบบดึงลงแล้วไมโครคอนโทรลเลอร์ในปัจจุบันยังรองรับตัวต้านทานแบบดึงขึ้นภายในสำหรับพิน I / O ดิจิทัลซึ่งมีอยู่ภายในหน่วยไมโครคอนโทรลเลอร์ แม้ว่าในกรณีสูงสุดจะเป็นการดึงที่อ่อนแอ แต่หมายความว่ากระแสไฟฟ้าต่ำมาก

บ่อยครั้งที่เราต้องดึงพินอินพุต - เอาท์พุตดิจิตอลมากกว่า 2 หรือ 3 พินในกรณีเช่นนี้จะใช้เครือข่ายตัวต้านทาน ง่ายต่อการรวมและให้จำนวนพินที่ต่ำกว่า

มันจะเรียกว่าเป็นเครือข่ายหรือตัวต้านทานตัวต้านทาน SIP

นี่คือสัญลักษณ์ของสุทธิต้านทานพิน 1 เชื่อมต่อกับพินตัวต้านทานต้องเชื่อมต่อพินนี้ที่ VCC เพื่อดึงขึ้นหรือกราวด์เพื่อวัตถุประสงค์ในการดึงลง ด้วยการใช้ตัวต้านทาน SIP นี้ตัวต้านทานแต่ละตัวจะถูกกำจัดออกไปจึงช่วยลดจำนวนส่วนประกอบและพื้นที่ในบอร์ด มีให้เลือกหลายค่าตั้งแต่ไม่กี่โอห์มไปจนถึงกิโลโอห์ม