Σε αυτήν την ανάρτηση πρόκειται να διερευνήσουμε την αντίσταση pull-Up και την αντίσταση pull-down, γιατί χρησιμοποιούνται συνήθως σε ηλεκτρονικά κυκλώματα, τι συμβαίνει σε ηλεκτρονικά κυκλώματα χωρίς αντίσταση Pull-Up ή Pull-down και πώς να υπολογίσουμε το Pull-Up και Πτυσσόμενες τιμές αντίστασης και τέλος θα δούμε σχετικά με τη διαμόρφωση ανοιχτού συλλέκτη.

Πώς λειτουργούν οι λογικές είσοδοι και έξοδοι σε ψηφιακά κυκλώματα

Στα ψηφιακά ηλεκτρονικά και στα περισσότερα κυκλώματα με βάση τον μικροελεγκτή, τα εμπλεκόμενα ψηφιακά σήματα υποβάλλονται σε επεξεργασία με τη μορφή λογικής 1 ή λογικής0, δηλαδή 'ΥΨΗΛΟΣ' ή 'ΧΑΜΗΛΗ'.

Οι ψηφιακές πύλες λογικής γίνονται οι θεμελιώδεις μονάδες οποιουδήποτε ψηφιακού κυκλώματος, και χρησιμοποιώντας την πύλη 'ΚΑΙ', 'Ή' και 'ΟΧΙ' είμαστε σε θέση να κατασκευάσουμε σύνθετα κυκλώματα, ωστόσο, όπως σημειώνεται παραπάνω, οι ψηφιακές πύλες μπορούν να δεχτούν μόνο δύο επίπεδα τάσης που 'Και' LOW '.

Τα «ΥΨΗΛΑ» και «ΧΑΜΗΛΗ» έχουν γενικά τη μορφή 5V και 0V αντίστοιχα. Το 'ΥΨΗΛΟ' αναφέρεται επίσης ως '1' ή θετικό σήμα της τροφοδοσίας και το 'ΧΑΜΗΛΟ' αναφέρεται επίσης ως '0' ή αρνητικό σήμα της παροχής.

Προβλήματα προκύπτουν σε ένα λογικό κύκλωμα ή έναν μικροελεγκτή όταν η είσοδος τροφοδοσίας βρίσκεται κάπου στην απροσδιόριστη περιοχή μεταξύ 2V και 0V.

Σε μια τέτοια περίπτωση, λογικά κυκλώματα ή μικροελεγκτές ενδέχεται να μην αναγνωρίζουν το σήμα σωστά και το κύκλωμα θα κάνει κάποιες λανθασμένες υποθέσεις και θα εκτελέσει.

Γενικά, μια πύλη λογικής μπορεί να αναγνωρίσει το σήμα ως 'LOW' εάν η είσοδος είναι κάτω από 0,8V και μπορεί να αναγνωρίσει το σήμα ως 'HIGH' εάν η είσοδος είναι πάνω από 2V. Για τους μικροελεγκτές αυτό μπορεί πραγματικά να διαφέρει πολύ.

Απροσδιόριστα επίπεδα λογικής εισαγωγής

Τα προβλήματα προκύπτουν όταν το σήμα κυμαίνεται μεταξύ 0,8V και 2V και ποικίλλει τυχαία στους ακροδέκτες εισόδου, αυτό το ζήτημα μπορεί να εξηγηθεί με ένα παράδειγμα κυκλώματος χρησιμοποιώντας έναν διακόπτη συνδεδεμένο σε ένα IC ή έναν μικροελεγκτή.

Ας υποθέσουμε ότι ένα κύκλωμα χρησιμοποιεί έναν μικροελεγκτή ή ένα IC, εάν κλείσουμε το κύκλωμα, ο πείρος εισόδου πηγαίνει 'LOW' και το ρελέ ανάβει 'ON'.

Εάν ανοίξουμε το διακόπτη, το ρελέ πρέπει να σβήσει 'OFF' σωστά; Βασικά, όχι ακριβώς.

Γνωρίζουμε ότι τα ψηφιακά IC και οι ψηφιακοί μικροελεγκτές λαμβάνουν είσοδο μόνο ως 'HIGH' ή 'LOW', όταν ανοίγουμε το διακόπτη, ο ακροδέκτης εισόδου είναι απλά ανοιχτός. Δεν είναι ούτε «ΥΨΗΛΟ» ούτε «ΧΑΜΗΛΟ».

Ο ακροδέκτης εισόδου πρέπει να είναι «ΥΨΗΛΟΣ» για να απενεργοποιήσετε το ρελέ, αλλά σε ανοιχτή κατάσταση αυτός ο ακροδέκτης γίνεται ευάλωτος σε παρασυρόμενες παραλαβές, αδέσποτα στατικά φορτία και άλλους ηλεκτρικούς θορύβους από το περιβάλλον, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει την ενεργοποίηση και απενεργοποίηση του ρελέ τυχαία.

Για την αποφυγή τέτοιων τυχαίων ενεργοποιήσεων λόγω αδέσποτης τάσης, σε αυτό το παράδειγμα καθίσταται υποχρεωτικό να συνδέσετε τον εμφανιζόμενο ψηφιακό ακροδέκτη εισόδου με μια λογική 'HIGH', έτσι ώστε όταν ο διακόπτης είναι απενεργοποιημένος, ο πείρος συνδέεται αυτόματα με μια καθορισμένη κατάσταση 'HIGH' ή το θετικό επίπεδο προσφοράς του IC.

Για να διατηρήσουμε τον ακροδέκτη 'ΥΨΗΛΟ' μπορούμε να συνδέσουμε τον ακροδέκτη εισόδου με Vcc.

Στο παρακάτω κύκλωμα ο πείρος εισόδου είναι συνδεδεμένος με Vcc, το οποίο διατηρεί την είσοδο 'HIGH' εάν ανοίξουμε το διακόπτη, ο οποίος αποτρέπει την τυχαία ενεργοποίηση του ρελέ.

Μπορείτε να σκεφτείτε, τώρα έχουμε επεξεργαστεί τη λύση. Όχι .... όχι ακόμα!

Σύμφωνα με το διάγραμμα, εάν κλείσουμε το διακόπτη, θα υπάρχει βραχυκύκλωμα και απενεργοποίηση και βραχυκύκλωμα ολόκληρου του συστήματος. Το κύκλωμα δεν μπορεί ποτέ να έχει χειρότερη κατάσταση από βραχυκύκλωμα.

Το βραχυκύκλωμα οφείλεται σε πολύ μεγάλο ρεύμα που ρέει μέσω μιας διαδρομής χαμηλής αντίστασης που καίει τα ίχνη PCB, φυσάει την ασφάλεια, ενεργοποιεί διακόπτες ασφαλείας και μπορεί ακόμη και να προκαλέσει θανατηφόρα ζημιά στο κύκλωμα σας.

Για να αποτρέψουμε τόσο μεγάλη ροή ρεύματος και επίσης να διατηρήσουμε τον πείρο εισόδου σε κατάσταση «ΥΨΗΛΟ», μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε μια αντίσταση που είναι συνδεδεμένη με Vcc, που βρίσκεται μεταξύ της «κόκκινης γραμμής».

Σε αυτήν την περίπτωση, ο πείρος θα είναι σε κατάσταση 'ΥΨΗΛΗΣ' εάν ανοίξουμε το διακόπτη, και κατά το κλείσιμο του διακόπτη δεν θα υπάρχει βραχυκύκλωμα, και επίσης ο πείρος εισόδου επιτρέπεται να συνδεθεί απευθείας με το GND, καθιστώντας τον ' ΧΑΜΗΛΟΣ'.

Εάν κλείσουμε το διακόπτη, θα υπάρξει αμελητέα πτώση τάσης μέσω της αντίστασης pull-Up και το υπόλοιπο κύκλωμα δεν θα επηρεαστεί.

Κάποιος πρέπει να επιλέξει την τιμή αντίστασης Pull-Up / Pull-Down με βέλτιστο τρόπο, ώστε να μην τραβήξει περίσσεια μέσω της αντίστασης.

Υπολογισμός τιμής αντίστασης Pull-Up:

Για να υπολογίσουμε μια βέλτιστη τιμή, πρέπει να γνωρίζουμε 3 παραμέτρους: 1) Vcc 2) Ελάχιστη τάση εισόδου κατωφλίου που μπορεί να εγγυηθεί την παραγωγή «HIGH» 3) Ρεύμα εισόδου υψηλού επιπέδου (Το απαιτούμενο ρεύμα). Όλα αυτά τα δεδομένα αναφέρονται στο φύλλο δεδομένων.

Ας πάρουμε το παράδειγμα της λογικής πύλης NAND. Σύμφωνα με το δελτίο δεδομένων Vcc είναι 5V, ελάχιστη τάση εισόδου κατωφλίου (Τάση εισόδου υψηλού επιπέδου V_ΤΟΥΣ) είναι ρεύμα εισόδου 2V και υψηλού επιπέδου (I_ΤΟΥΣ) είναι 40 uA.

“εναλλάκτης λάμπας led με 555 ic ”

Με την εφαρμογή του νόμου του ohm μπορούμε να βρούμε τη σωστή τιμή αντίστασης.

R = Vcc - V_{IH (MIN)}/ ΕΓΩ_ΤΟΥΣ

Που,

Vcc είναι η τάση λειτουργίας,

Β_{IH (MIN)}είναι υψηλή τάση εισόδου,

Εγώ_ΤΟΥΣείναι το ρεύμα εισόδου ΥΨΗΛΟΥ επιπέδου.

Τώρα ας κάνουμε το ταίριασμα,

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

Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αντίσταση μέγιστης τιμής 75K ohm.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ:

Αυτή η τιμή υπολογίζεται για ιδανικές συνθήκες, αλλά δεν ζούμε σε έναν ιδανικό κόσμο. Για βέλτιστη λειτουργία, μπορείτε να συνδέσετε μια αντίσταση ελαφρώς χαμηλότερη από την υπολογιζόμενη τιμή, ας πούμε 70K, 65k ή ακόμα και 50K ohm, αλλά δεν μειώνετε την αντίσταση αρκετά χαμηλή ώστε να έχει τεράστιο ρεύμα για παράδειγμα 100 ohm, 220 ohm για το παραπάνω παράδειγμα.

Πολλαπλές αντιστάσεις Pull-Up

Στο παραπάνω παράδειγμα, είδαμε πώς να επιλέξουμε μια αντίσταση Pull-up για μία πύλη. Τι γίνεται αν έχουμε 10 πύλες που όλοι πρέπει να συνδεθούν με την αντίσταση Pull-Up;

Ένας από τους τρόπους είναι να συνδέσετε 10 αντιστάσεις Pull-Up σε κάθε πύλη, αλλά αυτή δεν είναι οικονομική και εύκολη λύση. Η καλύτερη λύση θα ήταν η σύνδεση όλων των ακίδων εισόδου μαζί με μία αντίσταση Pull-Up.

Για να υπολογίσετε την τιμή αντίστασης Pull-Up για την παραπάνω συνθήκη ακολουθήστε τον παρακάτω τύπο:

R = Vcc - V_{IH (MIN)}/ Ν x Ι_ΤΟΥΣ

Το «Ν» είναι ο αριθμός των πυλών.

Θα παρατηρήσετε ότι ο παραπάνω τύπος είναι ο ίδιος με τον προηγούμενο, η μόνη διαφορά είναι ο πολλαπλασιασμός του αριθμού των πυλών.

Ας κάνουμε ξανά τα μαθηματικά,

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

Τώρα για τις 10 πύλες NAND, έχουμε την τιμή της αντίστασης με τρόπο που το ρεύμα είναι 10 φορές υψηλότερο από μία πύλη NAND (Στο προηγούμενο παράδειγμα), έτσι ώστε η αντίσταση να μπορεί να διατηρήσει τουλάχιστον 2V στο φορτίο αιχμής, το οποίο μπορεί να εγγυηθεί την απαιτούμενη έξοδος χωρίς κανένα σφάλμα.

Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον ίδιο τύπο για τον υπολογισμό της αντίστασης Pull-Up για οποιαδήποτε εφαρμογή.

Αντίσταση Pull-Down:

Η αντίσταση Pull-Up διατηρεί τον πείρο 'ΥΨΗΛΟ' εάν δεν υπάρχει είσοδος με αντίσταση Pull-down, διατηρεί τον πείρο 'LOW' εάν δεν υπάρχει σύνδεση.

Η αντίσταση προς τα κάτω κατασκευάζεται συνδέοντας την αντίσταση στη γείωση αντί για Vcc.

Το Pull-Down μπορεί να υπολογιστεί με:

R = V_{IL (MAX)}/ ΕΓΩ_Ο

Που,

Β_{IL (MAX)}είναι χαμηλή τάση εισόδου.

Εγώ_Οείναι ρεύμα εισόδου χαμηλού επιπέδου.

Όλες αυτές οι παράμετροι αναφέρονται στο φύλλο δεδομένων.

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

Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε μέγιστη αντίσταση 500 ohm για Pull-down.

Αλλά και πάλι, θα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε μια τιμή αντίστασης μικρότερη από 500 ohms.

Ανοιχτή έξοδος συλλέκτη / Open Drain:

Μπορούμε να πούμε ότι ένας ακροδέκτης είναι 'έξοδος συλλέκτη ανοιχτού' όταν το IC δεν μπορεί να οδηγήσει την έξοδο 'HIGH' αλλά μπορεί να οδηγήσει μόνο την έξοδο 'LOW' Συνδέει απλώς την έξοδο στο έδαφος ή αποσυνδέεται από τη γείωση.

Μπορούμε να δούμε πώς γίνεται η διαμόρφωση ανοιχτού συλλέκτη σε ένα IC.

Δεδομένου ότι η έξοδος είναι είτε γείωση είτε ανοιχτό κύκλωμα, πρέπει να συνδέσουμε μια εξωτερική αντίσταση Pull-Up που μπορεί να γυρίσει τον πείρο 'HIGH' όταν το τρανζίστορ είναι απενεργοποιημένο.

Αυτό είναι ίδιο για το Open drain, η μόνη διαφορά είναι ότι το εσωτερικό τρανζίστορ μέσα στο IC είναι ένα MOSFET.

Τώρα, μπορείτε να ρωτήσετε γιατί χρειαζόμαστε μια ανοιχτή διαμόρφωση αποστράγγισης; Πρέπει να συνδέσουμε μια αντίσταση Pull-Up ούτως ή άλλως.

Λοιπόν, η τάση εξόδου μπορεί να μεταβληθεί επιλέγοντας διαφορετικές τιμές αντίστασης στην έξοδο ανοιχτού συλλέκτη, οπότε δίνει μεγαλύτερη ευελιξία για το φορτίο. Μπορούμε να συνδέσουμε φορτίο στην έξοδο που έχει υψηλότερη ή χαμηλότερη τάση λειτουργίας.

Εάν είχαμε μια σταθερή τιμή αντίστασης έλξης, δεν μπορούμε να ελέγξουμε την τάση στην έξοδο.

Ένα μειονέκτημα αυτής της διαμόρφωσης είναι ότι, καταναλώνει τεράστιο ρεύμα και μπορεί να μην είναι φιλικό προς την μπαταρία, χρειάζεται υψηλότερο ρεύμα για τη σωστή λειτουργία του.

Ας πάρουμε για παράδειγμα την πύλη 'NAND' λογικής ανοιχτού αποστράγγισης IC 7401 και να δούμε πώς να υπολογίσουμε την τιμή αντίστασης έλξης.

Πρέπει να γνωρίζουμε τις ακόλουθες παραμέτρους:

Β_{OL (MAX)}Ποια είναι η μέγιστη τάση εισόδου στο IC 7401 που μπορεί να εγγυηθεί ότι η έξοδος “LOW” (0,4V).

Εγώ_{OL (MAX)}που είναι το ρεύμα εισόδου χαμηλού επιπέδου (16mA).

Vcc είναι η τάση λειτουργίας που είναι 5V.