ในโพสต์นี้เราจะมาดูตัวต้านทานแบบดึงขึ้นและตัวต้านทานแบบดึงลงเหตุใดจึงมักใช้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์สิ่งที่เกิดขึ้นกับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่มีตัวต้านทานแบบดึงขึ้นหรือแบบดึงลงและวิธีคำนวณแบบดึงขึ้นและ ค่าตัวต้านทานแบบดึงลงและในที่สุดเราจะเห็นเกี่ยวกับคอนฟิกูเรชันตัวสะสมแบบเปิด

อินพุตและเอาต์พุตลอจิกทำงานอย่างไรในวงจรดิจิทัล

ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัลและวงจรที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ส่วนใหญ่สัญญาณดิจิทัลที่เกี่ยวข้องจะถูกประมวลผลในรูปแบบลอจิก 1 หรือลอจิก 0 เช่น“ สูง” หรือ“ ต่ำ”

ประตูลอจิกดิจิทัลกลายเป็นหน่วยพื้นฐานของวงจรดิจิทัลใด ๆ และด้วยการใช้ประตู“ AND”“ หรือ” และ“ ไม่” เราจึงสามารถสร้างวงจรที่ซับซ้อนได้อย่างไรก็ตามตามที่ระบุไว้ข้างต้นประตูดิจิทัลสามารถรับแรงดันไฟฟ้าได้เพียงสองระดับซึ่ง“ สูง ” และ“ ต่ำ”

โดยทั่วไปแล้ว“ HIGH” และ“ LOW” จะอยู่ในรูปของ 5V และ 0V ตามลำดับ “ HIGH” เรียกอีกอย่างว่า“ 1” หรือสัญญาณบวกของอุปทานและ“ LOW” เรียกอีกอย่างว่า“ 0” หรือสัญญาณลบของอุปทาน

ปัญหาเกิดขึ้นในวงจรลอจิกหรือไมโครคอนโทรลเลอร์เมื่ออินพุตที่ป้อนอยู่ที่ไหนสักแห่งในพื้นที่ที่ไม่ได้กำหนดระหว่าง 2V และ 0V

ในสถานการณ์เช่นนี้วงจรลอจิกหรือไมโครคอนโทรลเลอร์อาจไม่รับรู้สัญญาณอย่างถูกต้องและวงจรจะตั้งสมมติฐานและดำเนินการผิดพลาด

โดยทั่วไปลอจิกเกตสามารถรับรู้สัญญาณเป็น 'LOW' หากอินพุตต่ำกว่า 0.8V และสามารถรับรู้สัญญาณเป็น 'สูง' หากอินพุตสูงกว่า 2V สำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์สิ่งนี้อาจแตกต่างกันไปมาก

ระดับลอจิกอินพุตที่ไม่ได้กำหนด

ปัญหาเกิดขึ้นเมื่อสัญญาณอยู่ระหว่าง 0.8V ถึง 2V และแตกต่างกันไปแบบสุ่มที่ขาอินพุตปัญหานี้สามารถอธิบายได้ด้วยวงจรตัวอย่างโดยใช้สวิตช์ที่เชื่อมต่อกับ IC หรือไมโครคอนโทรลเลอร์

สมมติวงจรโดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์หรือ IC ถ้าเราปิดวงจรขาอินพุตจะอยู่ที่ 'ต่ำ' และรีเลย์จะเปลี่ยนเป็น 'เปิด'

ถ้าเราเปิดสวิตช์รีเลย์ควรจะ“ ปิด” ใช่ไหม? ไม่จริง

เราทราบดีว่าไอซีดิจิทัลและไมโครคอนโทรลเลอร์ดิจิทัลรับอินพุตเป็น“ สูง” หรือ“ ต่ำ” เท่านั้นเมื่อเราเปิดสวิตช์พินอินพุตจะเปิดตามวงจรเท่านั้น ไม่ใช่ทั้ง 'สูง' หรือ 'ต่ำ'

ขาอินพุตต้องเป็น 'HIGH' เพื่อปิดรีเลย์ แต่ในสถานการณ์เปิดพินนี้จะเสี่ยงต่อการเกิดปิ๊กอัพหลงทางประจุไฟฟ้าสถิตและเสียงไฟฟ้าอื่น ๆ จากรอบข้างซึ่งอาจทำให้รีเลย์เปิดและปิดได้ สุ่ม

เพื่อป้องกันไม่ให้ทริกเกอร์สุ่มดังกล่าวเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าหลงทางในตัวอย่างนี้จำเป็นต้องผูกพินอินพุตดิจิทัลที่แสดงกับลอจิก“ สูง” ดังนั้นเมื่อสวิตช์ถูกพลิกออกพินจะเชื่อมต่อกับสถานะที่กำหนดโดยอัตโนมัติ“ สูง” หรือระดับอุปทานบวกของ IC

เพื่อให้พิน“ สูง” เราสามารถเชื่อมต่อพินอินพุตกับ Vcc

ในวงจรด้านล่างขาอินพุตเชื่อมต่อกับ Vcc ซึ่งจะเก็บอินพุต 'สูง' ไว้หากเราเปิดสวิตช์ซึ่งจะป้องกันไม่ให้รีเลย์ทริกเกอร์แบบสุ่ม

คุณอาจคิดว่าตอนนี้เรามีวิธีแก้ปัญหาแล้ว แต่ไม่ .... ยัง!

ตามแผนภาพถ้าเราปิดสวิตช์จะมีไฟฟ้าลัดวงจรและปิดและลัดวงจรทั้งระบบ วงจรของคุณไม่มีทางมีสถานการณ์เลวร้ายไปกว่าไฟฟ้าลัดวงจร

ไฟฟ้าลัดวงจรเกิดจากกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่มากไหลผ่านเส้นทางความต้านทานต่ำซึ่งจะเผาไหม้ร่องรอยของ PCB การเป่าฟิวส์การเรียกสวิตช์นิรภัยและอาจทำให้เกิดความเสียหายร้ายแรงต่อวงจรของคุณ

เพื่อป้องกันการไหลของกระแสหนักเช่นนี้และเพื่อให้ขาอินพุตอยู่ในสภาพ“ สูง” เราสามารถใช้ตัวต้านทานที่เชื่อมต่อกับ Vcc ซึ่งอยู่ระหว่าง 'เส้นสีแดง'

ในสถานการณ์เช่นนี้พินจะอยู่ในสถานะ“ สูง” หากเราเปิดสวิตช์และเมื่อปิดสวิตช์จะไม่มีการลัดวงจรและขาอินพุตยังได้รับอนุญาตให้เชื่อมต่อโดยตรงกับ GND ทำให้“ ต่ำ'.

หากเราปิดสวิตช์จะมีแรงดันไฟฟ้าตกเล็กน้อยผ่านตัวต้านทานแบบดึงขึ้นและส่วนที่เหลือของวงจรจะไม่ได้รับผลกระทบ

เราต้องเลือกค่าตัวต้านทานแบบดึงขึ้น / ดึงลงอย่างเหมาะสมที่สุดเพื่อที่จะไม่ดึงค่าตัวต้านทานผ่านตัวต้านทานมากเกินไป

การคำนวณค่าตัวต้านทานแบบดึงขึ้น:

ในการคำนวณค่าที่เหมาะสมเราต้องทราบ 3 พารามิเตอร์: 1) Vcc 2) แรงดันไฟฟ้าอินพุตเกณฑ์ขั้นต่ำซึ่งสามารถรับประกันได้ว่าจะทำให้เอาต์พุต 'สูง' 3) กระแสอินพุตระดับสูง (กระแสที่ต้องการ) ข้อมูลทั้งหมดนี้กล่าวถึงในแผ่นข้อมูล

มาดูตัวอย่างลอจิกเกต NAND ตามแผ่นข้อมูล Vcc คือ 5V แรงดันไฟฟ้าอินพุตเกณฑ์ขั้นต่ำ (แรงดันไฟฟ้าอินพุตระดับสูง V_{พวกเขา}) คือ 2V และกระแสอินพุตระดับสูง (I_{พวกเขา}) คือ 40 uA

“วิธีการบัดกรีส่วนประกอบ pcb ”

เราสามารถหาค่าตัวต้านทานที่ถูกต้องได้โดยใช้กฎของโอห์ม

R = Vcc - โวลต์_{IH (ขั้นต่ำ)}/ ผม_{พวกเขา}

ที่ไหน

Vcc คือแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งาน

วี_{IH (ขั้นต่ำ)}เป็นแรงดันไฟฟ้าขาเข้าระดับสูง

ผม_{พวกเขา}คือกระแสอินพุตระดับสูง

มาทำการจับคู่กัน

R = 5 - 2/40 x 10 ^ -6 = 75K โอห์ม

เราสามารถใช้ค่าตัวต้านทานได้สูงสุด 75K โอห์ม

บันทึก:

ค่านี้คำนวณสำหรับสภาวะที่เหมาะสม แต่เราไม่ได้อยู่ในโลกแห่งอุดมคติ เพื่อการทำงานที่ดีที่สุดคุณอาจเชื่อมต่อตัวต้านทานที่ต่ำกว่าค่าที่คำนวณได้เล็กน้อยเช่น 70K, 65k หรือ 50K ohm แต่อย่าลดความต้านทานให้ต่ำพอที่จะให้กระแสไฟฟ้าได้มากเช่น 100 โอห์ม, 220 โอห์มสำหรับตัวอย่างข้างต้น

ตัวต้านทานแบบดึงขึ้นประตูหลายตัว

ในตัวอย่างข้างต้นเราได้เห็นวิธีการเลือกตัวต้านทานแบบดึงขึ้นสำหรับประตูเดียว จะเกิดอะไรขึ้นถ้าเรามี 10 ประตูที่ต้องเชื่อมต่อกับตัวต้านทานแบบดึงขึ้น?

วิธีหนึ่งคือการเชื่อมต่อตัวต้านทานแบบดึงขึ้น 10 ตัวที่เกตแต่ละตัว แต่นี่ไม่ใช่วิธีที่ง่ายและคุ้มค่า ทางออกที่ดีที่สุดคือการเชื่อมต่อพินอินพุตทั้งหมดเข้าด้วยกันกับตัวต้านทานแบบดึงขึ้นเดียว

ในการคำนวณค่าตัวต้านทานแบบดึงขึ้นสำหรับเงื่อนไขข้างต้นให้ทำตามสูตรด้านล่าง:

R = Vcc - โวลต์_{IH (ขั้นต่ำ)}/ N x I_{พวกเขา}

“ N” คือจำนวนประตู

คุณจะสังเกตเห็นว่าสูตรข้างต้นเหมือนกับสูตรก่อนหน้าความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือการคูณจำนวนประตู

ลองคำนวณอีกครั้ง

R = 5-2 / 10 x 40 x 10 ^ -6 = 7.5K โอห์ม (สูงสุด)

ตอนนี้สำหรับประตู 10 NAND เราได้ค่าตัวต้านทานในลักษณะที่กระแสไฟฟ้าสูงกว่าประตู NAND หนึ่งอัน 10 เท่า (ในตัวอย่างก่อนหน้านี้) เพื่อให้ตัวต้านทานสามารถรักษาค่าต่ำสุด 2V ที่โหลดสูงสุดซึ่งสามารถรับประกันได้ว่าต้องการ เอาต์พุตโดยไม่มีข้อผิดพลาดใด ๆ

คุณสามารถใช้สูตรเดียวกันในการคำนวณตัวต้านทานแบบดึงขึ้นสำหรับแอปพลิเคชันใดก็ได้

ตัวต้านทานแบบดึงลง:

ตัวต้านทานแบบดึงขึ้นจะเก็บพิน“ HIGH” หากไม่มีการเชื่อมต่ออินพุตกับตัวต้านทานแบบดึงลงตัวต้านทานจะคงพิน“ LOW” ไว้หากไม่มีการเชื่อมต่ออินพุต

ตัวต้านทานแบบดึงลงทำโดยการเชื่อมต่อตัวต้านทานกับกราวด์แทน Vcc

Pull-Down สามารถคำนวณได้โดย:

R = V_{IL (สูงสุด)}/ ผม_เดอะ

ที่ไหน

วี_{IL (สูงสุด)}คือแรงดันไฟฟ้าขาเข้าระดับต่ำ

ผม_เดอะเป็นกระแสอินพุตระดับต่ำ

พารามิเตอร์ทั้งหมดเหล่านี้กล่าวถึงในแผ่นข้อมูล

R = 0.8 / 1.6 x 10 ^ -3 = 0.5K โอห์ม

เราสามารถใช้ตัวต้านทานได้สูงสุด 500 โอห์มสำหรับ Pull-down

แต่อีกครั้งเราควรใช้ค่าตัวต้านทานน้อยกว่า 500 โอห์ม

เอาต์พุตแบบเปิด / ท่อระบายน้ำแบบเปิด:

เราสามารถพูดได้ว่าพินคือ“ เอาต์พุตของตัวสะสมแบบเปิด” เมื่อ IC ไม่สามารถขับเอาต์พุต“ HIGH” ได้ แต่สามารถขับได้เฉพาะเอาต์พุต“ LOW” เท่านั้น เพียงแค่เชื่อมต่อเอาท์พุทกับกราวด์หรือตัดการเชื่อมต่อจากกราวด์

เราสามารถดูว่าคอนฟิกูเรชันของ open Collector สร้างขึ้นใน IC ได้อย่างไร

เนื่องจากเอาต์พุตเป็นกราวด์หรือวงจรเปิดเราจึงต้องเชื่อมต่อตัวต้านทานแบบดึงขึ้นภายนอกซึ่งสามารถหมุนพิน“ สูง” ได้เมื่อทรานซิสเตอร์ปิดอยู่

สิ่งนี้เหมือนกันสำหรับ Open Drain ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือทรานซิสเตอร์ภายในภายใน IC เป็น MOSFET

ตอนนี้คุณอาจถามว่าทำไมเราต้องมีการกำหนดค่าท่อระบายน้ำแบบเปิด? เราจำเป็นต้องเชื่อมต่อตัวต้านทานแบบดึงขึ้นอยู่ดี

แรงดันไฟฟ้าขาออกสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการเลือกค่าตัวต้านทานที่แตกต่างกันที่เอาต์พุตของตัวสะสมแบบเปิดดังนั้นจึงมีความยืดหยุ่นมากขึ้นสำหรับโหลด เราสามารถเชื่อมต่อโหลดที่เอาต์พุตซึ่งมีแรงดันไฟฟ้าในการทำงานสูงกว่าหรือต่ำกว่า

หากเรามีค่าตัวต้านทานแบบดึงขึ้นคงที่เราไม่สามารถควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตได้

ข้อเสียอย่างหนึ่งของการกำหนดค่านี้คือใช้กระแสไฟฟ้ามากและอาจไม่เป็นมิตรกับแบตเตอรี่ต้องใช้กระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นเพื่อการทำงานที่ถูกต้อง

ลองดูตัวอย่างของ IC 7401 open drain logic เกต“ NAND” และดูวิธีคำนวณค่าตัวต้านทานแบบดึงขึ้น

เราจำเป็นต้องทราบพารามิเตอร์ต่อไปนี้:

วี_{OL (สูงสุด)}ซึ่งเป็นแรงดันไฟฟ้าขาเข้าสูงสุดสำหรับ IC 7401 ซึ่งสามารถรับประกันได้ว่าจะเปิดเอาต์พุต“ LOW” (0.4V)

ผม_{OL (สูงสุด)}ซึ่งเป็นกระแสอินพุตระดับต่ำ (16mA)

Vcc คือแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานคือ 5V