Šiame įraše mes ištirsime „pull-up“ ir „pull-down“ rezistorius, kodėl jie dažniausiai naudojami elektroninėse grandinėse, kas nutinka elektroninėms grandinėms be „Pull-Up“ ar „Pull-down“ rezistoriaus ir kaip apskaičiuoti „pull-up“ ir Nuleidžiamo rezistoriaus vertės ir galiausiai pamatysime atviro kolektoriaus konfigūraciją.

Kaip loginiai įėjimai ir išėjimai veikia skaitmeninėse grandinėse

Skaitmeninėje elektronikoje ir daugumoje mikrovaldikliais pagrįstų grandinių susiję skaitmeniniai signalai apdorojami logikos1 arba logikos0 pavidalu, t. Y. „HIGH“ arba „LOW“.

Skaitmeniniai loginiai vartai tampa pagrindiniais bet kurios skaitmeninės grandinės vienetais, o naudodami „AND“, „OR“ ir „NOT“ vartus mes galime sukurti sudėtingas grandines, tačiau, kaip minėta pirmiau, skaitmeniniai vartai gali priimti tik du įtampos lygius, kurie „HIGH“ “Ir„ LOW “.

„HIGH“ ir „LOW“ paprastai yra atitinkamai 5V ir 0V formos. „HIGH“ taip pat vadinamas „1“ arba teigiamas maitinimo šaltinio signalas, o „LOW“ - taip pat vadinamas „0“ arba neigiamu maitinimo šaltinio signalu.

Problemos iškyla loginėje grandinėje arba mikrovaldiklyje, kai paduota įvestis yra kažkur neapibrėžtame regione tarp 2V ir 0V.

Esant tokiai situacijai, loginės grandinės arba mikrovaldiklis gali netinkamai atpažinti signalą, o grandinė pateiks klaidingas prielaidas ir vykdys.

Paprastai loginiai vartai gali atpažinti signalą kaip „LOW“, jei įėjimas yra žemesnis nei 0,8 V, ir gali atpažinti signalą kaip „HIGH“, jei įėjimas yra didesnis nei 2 V. Mikrovaldikliams tai iš tikrųjų gali labai skirtis.

Nenustatyti įvesties logikos lygiai

Problemos kyla, kai signalas yra nuo 0,8 V iki 2 V ir skiriasi atsitiktinai prie įvesties kaiščių. Šią problemą galima paaiškinti grandinės pavyzdžiu, naudojant jungiklį, prijungtą prie IC arba mikrovaldiklio.

Tarkime, kad grandinė naudojama naudojant mikrovaldiklį arba IC, jei uždarome grandinę, įvesties kaištis eina „LOW“, o relė įsijungia „ON“.

Jei atidarysime jungiklį, relė turėtų „išjungti“ į dešinę? Na nelabai.

Mes žinome, kad skaitmeniniai IC ir skaitmeniniai mikrovaldikliai įeina tik „HIGH“ arba „LOW“, kai atidarome jungiklį, įvesties kaištis yra tiesiog atidarytas. Tai nėra nei „HIGH“, nei „LOW“.

Norint išjungti relę, įvesties kaištis turi būti „HIGH“, tačiau esant atvirai situacijai, šis kaištis tampa pažeidžiamas nuklydusiems pikapams, statiniams statiniams krūviams ir kitam aplinkos triukšmui, dėl kurio relė gali įsijungti ir išjungti. atsitiktinai.

Norint išvengti tokių atsitiktinių trigerių dėl klaidinančios įtampos, šiame pavyzdyje parodytą skaitmeninio įvesties kaištį privaloma susieti su „HIGH“ logika, kad, kai jungiklis bus atjungtas, kaištis automatiškai prisijungs prie apibrėžtos būsenos „HIGH“ arba teigiamas IC tiekimo lygis.

Norėdami išlaikyti kaištį „HIGH“, mes galime prijungti įvesties kaištį prie Vcc.

Žemiau esančioje grandinėje įvesties kaištis yra prijungtas prie Vcc, kuris išsaugo įvestį 'HIGH', jei atidarysime jungiklį, kuris neleidžia atsitiktinai įjungti relės.

Galite pagalvoti, kad dabar mes turime sprendimą. Bet ne .... dar ne!

Pagal schemą, jei uždarysime jungiklį, bus trumpasis jungimas ir visos sistemos išjungimas ir trumpasis jungimas. Jūsų grandinėje niekada negali būti blogiausios padėties nei trumpasis jungimas.

Trumpasis jungimas atsiranda dėl labai didelės srovės, tekančios per mažo pasipriešinimo kelią, kuris sudega PCB pėdsakus, išpučia saugiklį, suveikia saugos jungiklius ir netgi gali mirtinai pakenkti jūsų grandinei.

Norėdami užkirsti kelią tokiam dideliam srovės srautui ir išlaikyti įvesties kaištį „HIGH“ būsenoje, galime naudoti rezistorių, sujungtą su Vcc, tai yra tarp „raudonos linijos“.

Šioje situacijoje kaištis bus „HIGH“ būsenoje, jei atidarysime jungiklį, o uždarius jungiklį nebus trumpojo jungimo, o įvesties kaiščiui leidžiama tiesiogiai prisijungti prie GND, todėl LOW “.

Jei uždarysime jungiklį, įtampos kritimas per pritraukimo rezistorių bus nereikšmingas, o likusi grandinės dalis nebus paveikta.

Reikia pasirinkti optimalų „Pull-Up / Pull-Down“ rezistoriaus vertę, kad per rezistorių jis nepatektų pertekliaus.

Apskaičiuojama „Pull-Up Resistor“ vertė:

Norėdami apskaičiuoti optimalią vertę, turime žinoti 3 parametrus: 1) Vcc 2) Minimali įėjimo įtampos slenkstis, kuris gali garantuoti, kad išvestis būtų „HIGH“ 3) Aukšto lygio įėjimo srovė (Reikalinga srovė). Visi šie duomenys yra paminėti duomenų lape.

Paimkime loginių NAND vartų pavyzdį. Pagal jo duomenų lapą Vcc yra 5 V, minimali įėjimo įtampa (aukšto lygio įėjimo įtampa V_JUOS) yra 2 V ir aukšto lygio įėjimo srovė (I_JUOS) yra 40 uA.

“paaiškinti bangos ilgio ir dažnio santykį ”

Taikydami omo dėsnį galime rasti teisingą rezistoriaus vertę.

R = Vcc - V_{IH (MIN)}/ Aš_JUOS

Kur,

Vcc yra darbinė įtampa,

V_{IH (MIN)}yra AUKŠTO lygio įėjimo įtampa,

Aš_JUOSyra AUKŠTO lygio įėjimo srovė.

Dabar atlikime derinimą,

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

Galime naudoti didžiausią rezistoriaus vertę 75K omų.

PASTABA:

Ši vertė apskaičiuojama idealioms sąlygoms, tačiau mes negyvename idealiame pasaulyje. Geriausiam veikimui galite prijungti rezistorių, šiek tiek mažesnį nei apskaičiuota, tarkim, 70K, 65k ar net 50K om, bet nesumažinkite atsparumo pakankamai žemai, kad aukščiau pateiktame pavyzdyje jis atliktų didžiulę srovę, pavyzdžiui, 100 omų, 220 omų.

Keli vartai Pull-Up rezistoriai

Ankstesniame pavyzdyje mes matėme, kaip pasirinkti vieniems vartams 'Pull-up' rezistorių. Ką daryti, jei turime 10 vartų, kuriuos visus reikia prijungti prie „Pull-Up“ rezistoriaus?

Vienas iš būdų yra prijungti po 10 „Pull-Up“ rezistorių prie kiekvieno varto, tačiau tai nėra ekonomiškas ir lengvas sprendimas. Geriausias sprendimas būtų visus įvesties kaiščius sujungti su vienu „Pull-Up“ rezistoriumi.

Norėdami apskaičiuoti aukščiau nurodytos sąlygos ištraukimo rezistoriaus vertę, vadovaukitės toliau pateikta formule:

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

„N“ yra vartų skaičius.

Pastebėsite, kad aukščiau pateikta formulė yra tokia pati kaip ankstesnė, vienintelis skirtumas yra vartų skaičiaus padauginimas.

Taigi, vėl atlikkime matematiką,

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

Dabar, kalbant apie 10 NAND vartų, mes gavome rezistoriaus vertę taip, kad srovė būtų 10 kartų didesnė už vieną NAND vartą (ankstesniame pavyzdyje), kad rezistorius galėtų išlaikyti mažiausiai 2 V esant didžiausiai apkrovai, o tai gali garantuoti reikiamą išvestis be jokios klaidos.

Tą pačią formulę galite naudoti apskaičiuodami „Pull-Up“ rezistorių bet kuriai programai.

Nuleidžiami rezistoriai:

„Pull-Up“ rezistorius išlaiko kaištį „HIGH“, jei su „pull-down“ rezistoriumi nėra prijungta jokia įvestis, jis išlaiko kaištį „LOW“, jei joks įėjimas nėra prijungtas.

Nuleidžiamas rezistorius yra pagamintas sujungiant rezistorių su žeme, o ne Vcc.

Ištraukiamą žemyn galima apskaičiuoti:

R = V_{IL (MAX)}/ Aš

Kur,

V_{IL (MAX)}yra LOW lygio įėjimo įtampa.

Ašyra LOW lygio įėjimo srovė.

Visi šie parametrai yra paminėti duomenų lape.

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

„Pull-down“ galime naudoti ne daugiau kaip 500 omų rezistorių.

Bet vėlgi turėtume naudoti mažesnę nei 500 omų rezistoriaus vertę.

Atidaryto kolektoriaus išėjimas / „Open Drain“:

Galime sakyti, kad kaištis yra „atvira kolektoriaus išvestis“, kai IC negali valdyti išėjimo „HIGH“, bet gali valdyti tik „LOW“. Jis tiesiog sujungia išvestį su žeme arba atjungia nuo žemės.

Mes galime pamatyti, kaip IC veikia atvirojo kolektoriaus konfigūracija.

Kadangi išvestis yra įžeminta arba atvira grandinė, turime prijungti išorinį „Pull-Up“ rezistorių, kuris gali pasukti kaištį „HIGH“, kai tranzistorius yra išjungtas.

Tai tas pats „Open drain“ atveju, vienintelis skirtumas yra tas, kad IC viduje esantis vidinis tranzistorius yra MOSFET.

Dabar galite paklausti, kodėl mums reikalinga atviro nutekėjimo konfigūracija? Vis tiek turime prijungti „Pull-Up“ rezistorių.

Na, išėjimo įtampa gali būti keičiama pasirinkus skirtingas rezistoriaus vertes atviro kolektoriaus išėjime, todėl tai suteikia daugiau lankstumo apkrovai. Mes galime prijungti apkrovą išėjime, kurio darbinė įtampa yra didesnė arba mažesnė.

Jei mes turėjome fiksuotą traukiamojo rezistoriaus vertę, mes negalime valdyti išėjimo įtampos.

Vienas šios konfigūracijos trūkumų yra tas, kad ji sunaudoja didžiulę srovę ir gali būti netinka akumuliatoriams, norint ją tinkamai naudoti, reikia didesnės srovės.

Paimkime IC 7401 atviro nutekėjimo logikos „NAND“ vartų pavyzdį ir sužinokime, kaip apskaičiuoti traukiamojo rezistoriaus vertę.

Turime žinoti šiuos parametrus:

V_{OL (MAX)}kuri yra didžiausia IC 7401 įėjimo įtampa, kuri gali garantuoti, kad išėjimas bus „LOW“ (0,4 V).

Aš_{OL (MAX)}kuri yra žemo lygio įėjimo srovė (16mA).

Vcc yra 5 V darbinė įtampa.