Vad är en Pull Up Resistor och hur använder du en?

Bildskapande en digital krets där en tryckknapp krävs för att tända en LED. Du kopplar kretsen ordentligt, ansluter ena änden av tryckknappen till en digital ingång och jord till den andra. När du äntligen levererar ström märker du att lysdioden tänds och släcks utan att du trycker på strömbrytaren.

Om du någonsin har observerat situationer som denna, är det troligt att du har glömt att lägga till ett pull-up-motstånd till din digitala krets. Så vad är egentligen ett pull-up-motstånd? Hur fungerar det och hur använder man en?

Vad är en pull-up resistor?

Ett pull-up motstånd är ett motstånd som du lägger till en digital krets för att undvika oönskade signaler som kan störa din krets logik eller programmering. Det är ett sätt att bias eller dra en ingångslinje till positiv eller VCC när ingen annan aktiv enhet driver linjen. Genom att dra linjen till VCC, ställer du effektivt in standardtillståndet för linjen till 1 eller sant.

Att ställa in ett standardtillstånd för alla ingångsstift är viktigt för att undvika slumpmässiga signaler som genereras under dess flytande tillstånd. Ett ingångsstift är i ett flytande tillstånd när det kopplas bort från en aktiv källa som jord eller VCC.

Pull-up resistorer används vanligtvis i digitala kretsar som använder mikrokontroller och enkortsdatorer.

Hur ett Pull-Up-motstånd fungerar i en krets

När du använder en momentan omkopplare på en digital krets, kommer ett tryck på omkopplaren att få kretsen att stängas och sända sant eller högt till mikrokontrollern. Att koppla ur omkopplaren kommer dock inte nödvändigtvis att stoppa ingångsstiftet från att skicka sådana signaler.

Detta beror på att kopplingen genom en switch innebär att den inte längre är ansluten till något annat än luft. Detta gör att linjen är i ett flytande tillstånd, där signaler från omgivningen potentiellt kan få stiftet att höjas högt vid varje givet ögonblick.

För att stoppa dessa strösignaler från att registreras i din krets, måste du injicera ingångsledningen med tillräckligt med spänning för att den ska fortsätta registreras högt när jord inte längre detekteras. Du kan dock inte ansluta VCC direkt till ingångsledningen eftersom kretsen kommer att kortslutas så snart omkopplaren/sensorn ansluter ledningen till jord.

För att undvika kortslutning av pull-up-spänningen måste du använda ett motstånd. Att ha rätt värde resistor kommer att säkerställa att den flytande ledningen kommer att ha tillräckligt med spänning för att höjas högt medan den är tillräckligt låg för att inte kortsluta kretsen i förtid. Mängden motstånd beror på vilken logiktyp din krets använder.

Förklara logiska familjer

För att korrekt beräkna resistansvärdet för ditt pull-up-motstånd måste du veta vilken logiktyp din krets använder för att fungera. Logikfamiljen som din krets använder kommer att diktera resistansvärdet som ditt pull-up-motstånd behöver.

Det finns flera typer av logik. Här är några av dem:

Om du inte är säker på vilken logikfamilj du använder är det mycket troligt att din krets använder CMOS- eller TTL-logikfamiljer, eftersom ECL och DTL länge har varit föråldrade. Chipmarkeringar med prefix som använder "74" eller "54" är vanligtvis TLL-chips, medan chipmarkeringar med "CD" eller "MC" indikerar ett CMOS-chip. Om du fortfarande är osäker kan du enkelt ta reda på vilken logikfamilj din styrenhet använder genom att göra en snabbsökning efter dess datablad online.

Hur man beräknar Pull-Up Resistor-värdet

Nu när du förstår de olika typerna av logikfamiljer och deras lägsta på- och maximala avspänningar, kan vi nu fortsätta att beräkna värden för vårt pull-up-motstånd.

För att beräkna rätt motståndsvärde behöver du tre värden. Minsta spänning för den logikfamilj som din krets använder, kretsens matningsspänning och ingångsläckström, som du kan hitta på databladet eller av med hjälp av en multimeter.

När du har alla variabler kan du helt enkelt koppla in dem i följande formel:

Resistansvärde = (matningsspänning - logisk högspänning) / ingångsläckström

Låt oss till exempel säga att din krets använder TTL, och ingångslinjen använder 100uA vid 5V. Vi vet att TTL behöver minst 2V för att höja högt och max 0,8 volt för att höja lågt. Detta skulle innebära att den korrekta spänningen som lämnar vårt pull-up-motstånd bör vara mellan 3V och 4V eftersom spänningen måste vara högre än 2V men inte högre än vår matningsspänning som är 5V.

Våra givna värden skulle vara:

• Matningsspänning = 5V
• Logisk högspänning = 4V
• Ingångsläckström = 100μA eller 0,0001A

Nu när vi har variablerna, låt oss koppla in dem i formeln:

(5V - 4V) / 100μA = 10 000 ohm

Vårt pull-up-motstånd måste vara 10 000 ohm (10 kilohm eller 10 kΩ).

Hur man använder ett Pull-Up-motstånd i en krets

Pull-up resistorer används vanligtvis i digitala kretsar för att undvika oönskade störningar med en krets digitala programmering. Du kan använda pull-up-motstånd om den digitala kretsen använder switchar och sensorer som ingångsenheter. Dessutom kommer pull-up-motstånd endast att vara effektiva om ingångsstiften är anslutna till jord. Om ingångsstiften är anslutna till VCC, kanske du vill använda neddragningsmotstånd istället.

För att använda ett pull-up-motstånd måste du hitta ingångslinjen som ansluter till en ingångsenhet. När du väl har lokaliserats vill du beräkna hur värdet på ditt motstånd med hjälp av formeln som diskuterades tidigare. Om din krets egentligen inte kräver mycket precision kan du helt enkelt använda motståndsvärden som sträcker sig från 1kΩ till 10kΩ.

Nu när du har ditt motstånd med rätt värde kan du placera ena änden av pull-up-motståndet till VCC och ena änden mellan ingångsenheten och MCU: n. Grattis! Du vet nu vad ett pull-up-motstånd är och hur man använder ett.

Vissa mikrokontroller som Arduino-kort, och SBC som Raspberry Pi, har interna pull-up-motstånd som du kan trigga i koden istället för externa pull-up-motstånd.

Stärk din kunskap genom erfarenhet

Sammanfattningsvis är ett pull-up-motstånd en viktig komponent för att skydda din krets från närliggande störningar. Genom att ställa in standardtillståndet för ett ingångsstift till högt, förhindrar det slumpmässiga signaler från att störa logiken eller programmeringen av din krets. Och nu när du vet hur du använder en, kanske du vill befästa din nyvunna kunskap genom att tillämpa den på dina nästa projekt.