Co to jest rezystor podciągający i jak go używać?

Obraz tworzący obwód cyfrowy, w którym do włączenia diody LED wymagany jest przycisk. Prawidłowo podłączasz obwód, podłączając jeden koniec przycisku do wejścia cyfrowego i uziemienie do drugiego. Kiedy w końcu podłączysz zasilanie, zauważysz, że dioda LED włącza się i wyłącza bez naciskania przełącznika.

Jeśli kiedykolwiek obserwowałeś takie sytuacje, prawdopodobnie zapomniałeś dodać rezystor podciągający do swojego obwodu cyfrowego. Czym dokładnie jest rezystor podciągający? Jak to działa i jak z niego korzystać?

Co to jest rezystor podciągający?

Rezystor podciągający to rezystor dodawany do obwodu cyfrowego w celu uniknięcia niepożądanych sygnałów, które mogą zakłócać logikę lub programowanie obwodu. Jest to sposób na polaryzację lub przeciągnięcie linii wejściowej do dodatniej lub VCC, gdy żadne inne aktywne urządzenie nie steruje linią. Przeciągając linię do VCC, skutecznie ustawiasz domyślny stan linii na 1 lub prawda.

Ustawienie domyślnego stanu wszystkich pinów wejściowych jest ważne, aby uniknąć losowych sygnałów generowanych podczas jego stanu zmiennego. Pin wejściowy jest w stanie zmiennym, gdy zostanie odłączony od aktywnego źródła, takiego jak uziemienie lub VCC.

Rezystory podciągające są zwykle używane w obwodach cyfrowych mikrokontrolery i komputery jednopłytkowe.

Jak działa rezystor podciągający w obwodzie

W przypadku używania przełącznika chwilowego w obwodzie cyfrowym, naciśnięcie przełącznika spowoduje zamknięcie obwodu i przesłanie wartości true lub high do mikrokontrolera. Jednak rozłączenie przełącznika niekoniecznie powstrzyma pin wejściowy przed wysyłaniem takich sygnałów.

Dzieje się tak, ponieważ odcięcie połączenia za pomocą przełącznika oznacza, że ​​nie jest już podłączone do niczego poza powietrzem. Powoduje to, że linia znajduje się w stanie pływającym, w którym sygnały z otoczenia mogą potencjalnie spowodować, że kołek podniesie się wysoko w dowolnym momencie.

Aby zatrzymać rejestrację tych przypadkowych sygnałów w twoim obwodzie, będziesz musiał wprowadzić do linii wejściowej wystarczające napięcie, aby nadal rejestrowało wysokie napięcie, gdy masa nie jest już wykrywana. Nie można jednak bezpośrednio podłączyć VCC do linii wejściowej, ponieważ obwód ulegnie zwarciu, gdy tylko przełącznik/czujnik połączy linię z masą.

Aby uniknąć zwarcia napięcia podciągającego, musisz użyć rezystora. Posiadanie rezystora o odpowiedniej wartości zapewni, że linia pływająca będzie miała wystarczające napięcie, aby wzrosnąć wysoko, a jednocześnie wystarczająco nisko, aby nie spowodować przedwczesnego zwarcia obwodu. Wielkość rezystancji będzie zależała od typu logiki używanego w obwodzie.

Wyjaśnianie rodzin logicznych

Aby poprawnie obliczyć wartość rezystancji rezystora podciągającego, musisz wiedzieć, jakiego typu logiki używa twój obwód. Rodzina logiczna, z której korzysta twój obwód, będzie dyktować wartość rezystancji, której będzie potrzebował twój rezystor podciągający.

Istnieje kilka rodzajów logiki. Oto kilka z nich:

Jeśli nie masz pewności, której rodziny logiki używasz, jest bardzo prawdopodobne, że Twój obwód używa rodzin logiki CMOS lub TTL, ponieważ ECL i DTL są od dawna przestarzałe. Oznaczenia chipów z przedrostkami „74” lub „54” ​​to zazwyczaj chipy TLL, podczas gdy oznaczenia chipów z „CD” lub „MC” wskazują na chip CMOS. Jeśli nadal nie masz pewności, możesz łatwo dowiedzieć się, jakiej rodziny logiki używa twój kontroler, szybko wyszukując jego arkusz danych online.

Jak obliczyć wartość rezystora podciągającego

Teraz, gdy rozumiesz już różne typy rodzin układów logicznych oraz ich minimalne i maksymalne napięcia włączenia, możemy teraz przystąpić do obliczania wartości dla naszego rezystora podciągającego.

Aby obliczyć prawidłową wartość rezystora, potrzebujesz trzech wartości. Minimalne napięcie w rodzinie układów logicznych, z których korzysta twój obwód, napięcie zasilania obwodu i wejściowy prąd upływowy, które można znaleźć w arkuszu danych lub przez za pomocą multimetru.

Gdy masz już wszystkie zmienne, możesz po prostu podstawić je do następującej formuły:

Wartość rezystancji = (napięcie zasilania - wysokie napięcie logiczne) / wejściowy prąd upływu

Załóżmy na przykład, że twój obwód wykorzystuje TTL, a linia wejściowa wykorzystuje 100uA przy 5V. Wiemy, że TTL potrzebuje minimum 2 V, aby podnieść wysokie i maksymalnie 0,8 V, aby podnieść niskie. Oznaczałoby to, że właściwe napięcie wychodzące z naszego rezystora podciągającego powinno wynosić od 3 V do 4 V, ponieważ napięcie musi być wyższe niż 2 V, ale nie wyższe niż nasze napięcie zasilania, które wynosi 5 V.

Nasze podane wartości to:

• Napięcie zasilania = 5V
• Wysokie napięcie logiczne = 4V
• Wejściowy prąd upływu = 100μA lub 0,0001A

Teraz, gdy mamy już zmienne, wstawmy je do wzoru:

(5 V - 4 V) / 100 μA = 10 000 omów

Nasz rezystor podciągający musi mieć 10 000 omów (10 kiloomów lub 10 kΩ).

Jak używać rezystora podciągającego w obwodzie

Rezystory podciągające są zwykle stosowane w obwodach cyfrowych, aby uniknąć niepożądanych zakłóceń w programowaniu cyfrowym obwodu. Możesz użyć rezystorów podciągających, jeśli obwód cyfrowy wykorzystuje przełączniki i czujniki jako urządzenia wejściowe. Ponadto rezystory podciągające będą skuteczne tylko wtedy, gdy piny wejściowe są podłączone do masy. Jeśli piny wejściowe są podłączone do VCC, możesz zamiast tego użyć rezystorów obniżających napięcie.

Aby użyć rezystora podciągającego, musisz zlokalizować linię wejściową, która łączy się z urządzeniem wejściowym. Po zlokalizowaniu będziesz chciał obliczyć, jaka jest wartość twojego rezystora, korzystając ze wzoru omówionego wcześniej. Jeśli twój obwód tak naprawdę nie wymaga dużej precyzji, możesz po prostu użyć wartości rezystorów w zakresie od 1 kΩ do 10 kΩ.

Teraz, gdy masz rezystor o odpowiedniej wartości, możesz umieścić jeden koniec rezystora podciągającego w VCC i jeden koniec między urządzeniem wejściowym a MCU. Gratulacje! Wiesz już, czym jest rezystor podciągający i jak go używać.

Niektóre mikrokontrolery, takie jak płyty Arduino i SBC, takie jak Raspberry Pi, mają wewnętrzne rezystory podciągające, które można wyzwalać w kodzie zamiast zewnętrznych rezystorów podciągających.

Ugruntuj swoją wiedzę poprzez doświadczenie

Podsumowując, rezystor podciągający jest ważnym elementem pomagającym chronić obwód przed pobliskimi zakłóceniami. Ustawienie domyślnego stanu styku wejściowego na wysoki zapobiega przypadkowym sygnałom zakłócającym logikę lub programowanie obwodu. A teraz, gdy wiesz, jak go używać, możesz chcieć utrwalić swoją nowo zdobytą wiedzę, stosując ją w swoich kolejnych projektach.