En aquest post explorarem la resistència pull-up i la resistència pull-down, per què s’utilitzen habitualment en circuits electrònics, què passa amb els circuits electrònics sense resistència pull-up o pull-down i com es calcula la funció pull-up i Valors de la resistència desplegable i, finalment, veurem la configuració del col·lector obert.
Com funcionen les entrades i sortides lògiques en circuits digitals
En electrònica digital i la majoria de circuits basats en microcontroladors, els senyals digitals implicats es processen en forma de logic1 o logic0, és a dir, 'HIGH' o 'LOW'.
Les portes lògiques digitals es converteixen en les unitats fonamentals de qualsevol circuit digital i, mitjançant la utilització de portes 'AND', 'OR' i 'NOT', podem construir circuits complexos, però, com es va assenyalar anteriorment, les portes digitals només poden acceptar dos nivells de voltatge que 'HIGH' ”I“ BAIX ”.
Els 'ALT' i 'BAIX' solen tenir la forma de 5V i 0V respectivament. 'HIGH' també es denomina '1' o senyal positiu del subministrament i 'LOW' també es denomina '0' o senyal negatiu del subministrament.
Els problemes sorgeixen en un circuit lògic o en un microcontrolador quan l’entrada alimentada es troba en algun lloc de la regió no definida entre 2V i 0V.
En aquesta situació, és possible que un circuit lògic o un microcontrolador no reconegui el senyal correctament i el circuit farà alguns supòsits i s’executarà equivocadament.
En general, una porta lògica pot reconèixer el senyal com a 'BAIX' si l'entrada és inferior a 0,8 V i pot reconèixer el senyal com 'ALT' si l'entrada és superior a 2 V. Per als microcontroladors, això pot variar molt.
Nivells lògics d'entrada sense definir
Els problemes sorgeixen quan el senyal està entre 0,8 V i 2 V i varia aleatòriament als pins d'entrada, aquest problema es pot explicar amb un circuit d'exemple que utilitza un commutador connectat a un IC o a un microcontrolador.
Suposem un circuit mitjançant un microcontrolador o un CI, si tanquem el circuit, el pin d’entrada es posa “BAIX” i el relé s’encén.
Si obrim l’interruptor, el relé hauria d’estar apagat, oi? Doncs no realment.
Sabem que els CI digitals i els microcontroladors digitals només prenen l'entrada com a 'ALTA' o 'BAIXA', quan obrim l'interruptor, el pin d'entrada només està obert. No és ni 'ALT' ni 'BAIX'.
El pin d'entrada ha de ser 'HIGH' per apagar el relé, però en la situació oberta aquest pin es torna vulnerable a les captacions perdudes, a les càrregues estàtiques perdudes i a altres sorolls elèctrics que els envolten, cosa que pot provocar que el relé s'encengui i s'apagui. a l’atzar.
Per evitar aquests desencadenants aleatoris a causa del voltatge perdut, en aquest exemple es fa obligatori lligar el pin d'entrada digital mostrat a una lògica 'HIGH', de manera que quan es desactiva l'interruptor, el pin es connecta automàticament a un estat definit 'HIGH'. o el nivell d’oferta positiu del CI.
Per mantenir el pin 'HIGH' podem connectar el pin d'entrada a Vcc.
En el circuit següent, el pin d'entrada està connectat a Vcc, que manté l'entrada 'HIGH' si obrim l'interruptor, cosa que impedeix l'activació aleatòria del relé.
Podeu pensar, ara ja tenim la solució resolta. Però no .... encara no!
Segons el diagrama, si tanquem l’interruptor, hi haurà curtcircuit i apagat i curtcircuitant tot el sistema. El vostre circuit no pot tenir mai pitjor situació que un curtcircuit.
El curtcircuit es deu a un corrent molt gran que flueix a través d’un recorregut de baixa resistència que crema les traces del PCB, el bufat d’un fusible, l’activació d’interruptors de seguretat i fins i tot pot causar danys mortals al vostre circuit.
Per evitar un flux de corrent tan fort i també per mantenir el pin d'entrada en estat 'ALT', podem utilitzar una resistència connectada a Vcc, que es troba entre la 'línia vermella'.
En aquesta situació, el pin estarà en estat 'HIGH' si obrim l'interruptor i, en tancar l'interruptor, no hi haurà cap curtcircuit, i també es permet que el pin d'entrada es connecti directament amb el GND, cosa que el converteix en ' BAIX'.
Si tanquem l’interruptor, hi haurà una caiguda de tensió insignificant a través de la resistència de tracció i la resta del circuit quedarà afectat.
S'ha de triar el valor de la resistència Pull-Up / Pull-Down de manera òptima perquè no tregui l'excés a través de la resistència.
Càlcul del valor de la resistència pull-up:
Per calcular un valor òptim, hem de conèixer 3 paràmetres: 1) Vcc 2) Llindar mínim de tensió d’entrada que pot garantir que la sortida sigui “ALTA” 3) Corrent d’entrada d’alt nivell (el corrent requerit). Totes aquestes dades s’esmenten al full de dades.
Prenguem l’exemple de la porta NAND lògica. Segons la seva fitxa tècnica, Vcc és de 5 V, el llindar mínim de tensió d'entrada (alt nivell de tensió d'entrada VELLS) és de 2 V i corrent d’entrada d’alt nivell (IELLS) és de 40 uA.
Aplicant la llei d’ohm podem trobar el valor de resistència correcte.
R = Vcc - VIH (MIN)/ JoELLS
On,
Vcc és la tensió de funcionament,
VIH (MIN)és el voltatge d'entrada de nivell alt,
JoELLSés el corrent d'entrada de nivell ALT.
Ara fem la coincidència,
R = 5 - 2/40 x 10 ^ -6 = 75K ohm.
Podem utilitzar un valor de resistència màxim de 75K ohm.
NOTA:
Aquest valor es calcula per a les condicions ideals, però no vivim en un món ideal. Per a una millor operació, podeu connectar una resistència lleugerament inferior al valor calculat, per exemple, 70K, 65k o fins i tot 50K ohm, però no reduïu la resistència prou baixa com per conduir un corrent enorme, per exemple, 100 ohm, 220 ohm per a l’exemple anterior.
Resistències Pull-Up de múltiples portes
A l'exemple anterior, vam veure com escollir una resistència de tracció per a una porta. Què passa si tenim 10 portes que totes necessitem connectar a la resistència Pull-Up?
Una de les maneres és connectar 10 resistències Pull-Up a cadascuna de les portes, però no és una solució rendible i senzilla. La millor solució seria connectar tots els pins d'entrada junts a una sola resistència Pull-Up.
Per calcular el valor de la resistència Pull-Up per a la condició anterior, seguiu la fórmula següent:
R = Vcc - VIH (MIN)/ N x IELLS
La 'N' és el nombre de portes.
Notareu que la fórmula anterior és la mateixa que l'anterior, l'única diferència és multiplicar el nombre de portes.
Per tant, tornem a fer les matemàtiques,
R = 5 -2 / 10 x 40 x 10 ^ -6 = 7,5 K ohm (màxim)
Ara, per a les 10 portes NAND, obtenim el valor de la resistència de manera que el corrent sigui 10 vegades superior a una porta NAND (a l’exemple anterior), de manera que la resistència pugui mantenir un mínim de 2V a la màxima càrrega, cosa que pot garantir la sortida sense cap error.
Podeu utilitzar la mateixa fórmula per calcular la resistència Pull-Up per a qualsevol aplicació.
Resistències desplegables:
La resistència pull-up manté el pin 'HIGH' si no hi ha cap entrada connectada amb la resistència pull-down, manté el pin 'LOW' si no hi ha cap entrada connectada.
La resistència desplegable es fa connectant la resistència a terra en lloc de Vcc.
El desplegable es pot calcular mitjançant:
R = VIL (MAX)/ JoEL
On,
VIL (MAX)és el voltatge d'entrada de nivell BAIX.
JoELés el corrent d'entrada de nivell BAIX.
Tots aquests paràmetres s’esmenten al full de dades.
R = 0,8 / 1,6 x 10 ^ -3 = 0,5 K ohm
Podem utilitzar una resistència màxima de 500 ohms per al desplegament.
Però, de nou, hauríem d’utilitzar un valor de resistència inferior a 500 ohms.
Sortida de col·lector obert / Obert de drenatge:
Podem dir que un pin és 'sortida de col·lector obert' quan l'IC no pot conduir la sortida 'ALTA', sinó que només pot conduir la seva sortida 'BAIX'. Simplement connecta la sortida a terra o es desconnecta de terra.
Podem veure com es realitza la configuració del col·lector obert en un CI.
Com que la sortida és de terra o de circuit obert, hem de connectar una resistència Pull-Up externa que pugui fer girar el pin 'HIGH' quan el transistor estigui apagat.
Això és el mateix per al drenatge obert. L'única diferència és que el transistor intern a l'interior de l'IC és un MOSFET.
Ara, podeu preguntar-vos per què necessitem una configuració de drenatge obert? De totes maneres, hem de connectar una resistència Pull-Up.
Bé, el voltatge de sortida es pot variar escollint diferents valors de resistència a la sortida del col·lector obert, de manera que proporciona més flexibilitat per a la càrrega. Podem connectar la càrrega a la sortida que té un voltatge de funcionament superior o inferior.
Si tinguéssim un valor de resistència de tracció fix, no podrem controlar la tensió a la sortida.
Un desavantatge d’aquesta configuració és que consumeix un corrent enorme i pot no ser compatible amb la bateria, necessita un corrent superior per al seu correcte funcionament.
Prenguem l'exemple de la porta 'NAND' de la lògica de drenatge obert IC 7401 i vegem com es calcula el valor de la resistència de tracció.
Hem de conèixer els paràmetres següents:
VOL (MAX)que és el voltatge màxim d'entrada a l'IC 7401 que pot garantir que la sortida sigui 'BAIXA' (0,4 V).
JoOL (MAX)que és el corrent d'entrada de nivell baix (16 mA).
Vcc és la tensió de funcionament que és de 5V.
Així doncs, aquí podem connectar un valor de resistència Pull-Up al voltant de 287 ohm.
Tens alguna pregunta? Utilitzeu el quadre de comentaris que hi ha a continuació per expressar els vostres pensaments i les vostres consultes seran respostes al més aviat possible
Anterior: memòria intermèdia digital: funcionament, definició, taula de veritat, doble inversió, ventilació Següent: Comprensió del control escalar (V / f) per a motors d’inducció
