Mi az a felhúzó ellenállás és hogyan kell használni?

Digitális áramkör képalkotása, ahol egy nyomógomb szükséges a LED bekapcsolásához. Az áramkört megfelelően huzalozza, a nyomógomb egyik végét csatlakoztatja a digitális bemenethez, a másik végét pedig földelje. Amikor végre áramot ad, észreveszi, hogy a LED ki- és bekapcsol a kapcsoló megnyomása nélkül.

Ha valaha is megfigyelt ehhez hasonló helyzeteket, akkor valószínűleg elfelejtett felhúzó ellenállást hozzáadni a digitális áramkörhöz. Tehát mi is az a felhúzó ellenállás? Hogyan működik, és hogyan használod?

Mi az a felhúzó ellenállás?

A felhúzó ellenállás egy olyan ellenállás, amelyet a digitális áramkörhöz ad, hogy elkerülje a nem kívánt jeleket, amelyek megzavarhatják az áramkör logikáját vagy programozását. Ez egy módja annak, hogy egy bemeneti vonalat pozitívra vagy VCC-re húzzunk, amikor más aktív eszköz nem vezeti a vonalat. Ha a vonalat VCC-re húzza, akkor a vonal alapértelmezett állapotát 1-re vagy igazra állítja.

Az összes bemeneti érintkező alapértelmezett állapotának beállítása fontos, hogy elkerülje a véletlenszerű jelek generálását a lebegő állapot során. A bemeneti érintkező lebegő állapotban van, amikor leválasztják egy aktív forrásról, például a földről vagy a VCC-ről.

A felhúzó ellenállásokat általában digitális áramkörökben használják mikrokontrollerek és egylapos számítógépek.

Hogyan működik a felhúzó ellenállás az áramkörben

Ha egy digitális áramkörön pillanatnyi kapcsolót használ, a kapcsoló megnyomásával az áramkör bezárul, és igaz vagy magas értéket küld a mikrokontrollernek. A kapcsoló kikapcsolása azonban nem feltétlenül akadályozza meg a bemeneti érintkezőt az ilyen jelek küldésében.

Ennek az az oka, hogy a kapcsolat átvágása egy kapcsolón keresztül azt jelenti, hogy az már nem csatlakozik semmihez, csak levegőhöz. Ez azt eredményezi, hogy a vonal lebegő állapotba kerül, ahol a környezetből érkező jelek potenciálisan a tű bármely pillanatban magasra emelkedését okozhatják.

Annak megakadályozása érdekében, hogy ezek a kósza jelek regisztráljanak az áramkörbe, elegendő feszültséget kell a bemeneti vezetékbe befecskendeznie, hogy az továbbra is magasan regisztráljon, amikor már nem érzékeli a földet. Azonban nem csatlakoztathatja közvetlenül a VCC-t a bemeneti vezetékhez, mivel az áramkör rövidre fog állni, amint a kapcsoló/érzékelő csatlakoztatja a vezetéket a földhöz.

A felhúzó feszültség rövidre zárásának elkerülése érdekében ellenállást kell használnia. A megfelelő értékű ellenállás biztosítja, hogy a lebegő vezetéknek elegendő feszültsége legyen ahhoz, hogy magasra, míg elég alacsonyra emelje, hogy ne zárja idő előtt rövidre az áramkört. Az ellenállás mértéke az áramkör által használt logikai típustól függ.

Logikai családok magyarázata

A felhúzó ellenállás ellenállásának megfelelő kiszámításához tudnia kell, milyen logikai típust használ az áramkör működéséhez. Az áramkör által használt logikai család határozza meg azt az ellenállásértéket, amelyre a felhúzó ellenállásnak szüksége lesz.

Többféle logika létezik. Íme néhány közülük:

Ha nem biztos abban, hogy melyik logikai családot használja, akkor nagyon valószínű, hogy az áramköre CMOS vagy TTL logikai családokat használ, mivel az ECL és a DTL már régóta elavult. A "74" vagy "54" előtaggal ellátott chipjelölések általában TLL chipek, míg a "CD" vagy "MC" chipjelölések CMOS chipet jeleznek. Ha még mindig bizonytalan, könnyen megtudhatja, hogy a vezérlője milyen logikai családot használ, ha gyorsan rákeres az adatlapjára az interneten.

Hogyan számítsuk ki a felhúzó ellenállás értékét

Most, hogy megértette a logikai családok különböző típusait és azok minimális be- és maximális kikapcsolási feszültségét, elkezdhetjük kiszámítani a felhúzó ellenállás értékeit.

Az ellenállás helyes értékének kiszámításához három értékre lesz szüksége. Az áramkör által használt logikai család minimális feszültsége, az áramkör tápfeszültsége és a bemeneti szivárgási áram, amelyet az adatlapon vagy a multiméter segítségével.

Ha az összes változó megvan, egyszerűen beillesztheti őket a következő képletbe:

Ellenállás értéke = (tápfeszültség - logikai magas feszültség) / bemeneti szivárgási áram

Tegyük fel például, hogy az Ön áramköre TTL-t használ, a bemeneti vonal pedig 100 uA-t használ 5 V-on. Tudjuk, hogy a TTL-nek legalább 2 V-ra van szüksége a magas emeléshez, és legfeljebb 0,8 V-ra az alacsony emeléshez. Ez azt jelentené, hogy a felhúzó ellenállásunkból kilépő megfelelő feszültségnek 3 V és 4 V között kell lennie, mivel a feszültségnek 2 V-nál nagyobbnak kell lennie, de nem haladhatja meg a tápfeszültségünket, amely 5 V.

A megadott értékeink a következők lennének:

• Tápfeszültség = 5V
• Logikai nagyfeszültség = 4V
• Bemeneti szivárgási áram = 100μA vagy 0,0001A

Most, hogy megvannak a változók, illesszük be őket a képletbe:

(5V - 4V) / 100μA = 10 000 ohm

A felhúzó ellenállásunknak 10 000 ohmosnak (10 kilohmnak vagy 10 kΩ-nak) kell lennie.

Hogyan használjunk felhúzó ellenállást egy áramkörben

A felhúzó ellenállásokat általában digitális áramkörökben használják, hogy elkerüljék az áramkör digitális programozásával való nem kívánt interferenciát. Használhat felhúzó ellenállásokat, ha a digitális áramkör kapcsolókat és érzékelőket használ bemeneti eszközként. Ezenkívül a felhúzó ellenállások csak akkor hatékonyak, ha a bemeneti érintkezők földelve vannak. Ha a bemeneti érintkezők VCC-hez vannak csatlakoztatva, érdemes inkább lehúzó ellenállásokat használni.

Felhúzó ellenállás használatához meg kell találnia a bemeneti vonalat, amely egy beviteli eszközhöz csatlakozik. Miután megtalálta, ki kell számítania az ellenállás értékét a korábban tárgyalt képlet segítségével. Ha az áramkör nem igényel nagy pontosságot, egyszerűen használhatja az 1 kΩ és 10 kΩ közötti ellenállásértékeket.

Most, hogy megvan a megfelelő értékű ellenállása, a felhúzó ellenállás egyik végét a VCC-re, a másik végét pedig a bemeneti eszköz és az MCU közé helyezheti. Gratulálunk! Most már tudja, mi az a felhúzó ellenállás, és hogyan kell használni.

Egyes mikrokontrollerek, például az Arduino kártyák és az SBC-k, például a Raspberry Pi, belső felhúzó ellenállással rendelkeznek, amelyeket a kódban aktiválhat a külső felhúzó ellenállások helyett.

Erősítse meg tudását tapasztalatokkal

Összefoglalva, a felhúzó ellenállás fontos alkatrész, amely segít megvédeni az áramkört a közeli interferenciáktól. A bemeneti láb alapértelmezett állapotának magasra állításával megakadályozza, hogy a véletlenszerű jelek megzavarják az áramkör logikáját vagy programozását. És most, hogy tudja, hogyan kell használni az egyiket, érdemes megerősítenie újonnan megszerzett tudását azáltal, hogy a következő projektjeihez alkalmazza.