Selles postituses uurime tõmbetakisti ja allakäigutakisti, miks neid kasutatakse tavaliselt elektroonilistes ahelates, mis juhtub elektrooniliste vooluahelatega ilma ülestõstetava või allakäigutakistita ja kuidas arvutada ülestõmmet ja Tõmmatava takisti väärtused ja lõpuks näeme kollektori avatud konfiguratsiooni kohta.

Kuidas toimivad loogika sisendid ja väljundid digitaalsetes vooluringides

Digitaalelektroonikas ja enamikes mikrokontrolleril põhinevates ahelates töödeldakse kaasatud digitaalseid signaale loogika1 või loogika0 kujul, st 'HIGH' või 'LOW'.

Digitaalsetest loogikaväravatest saavad iga digitaalse vooluahela põhiüksused ja väravaid „AND“, „OR“ ja „NOT“ kasutades suudame ehitada keerukaid ahelaid, kuid nagu eespool märgitud, suudavad digitaalsed väravad aktsepteerida ainult kahte pingetaset, mis „HIGH ”Ja“ MADAL ”.

“HIGH” ja “LOW” on tavaliselt vastavalt 5V ja 0V. “HIGH” nimetatakse ka “1” või toite positiivseks signaaliks ja “LOW” nimetatakse ka “0” või toite negatiivseks signaaliks.

Probleemid tekivad loogikalülituses või mikrokontrolleris, kui sisestatud sisend on kuskil määratlemata piirkonnas 2 V ja 0 V vahel.

Sellises olukorras ei pruugi loogikalülitused või mikrokontroller signaali õigesti ära tunda ning vooluring teeb mõned valed eeldused ja täidab.

Üldiselt suudab loogikavärav tuvastada signaali kui „LOW“, kui sisend on alla 0,8 V, ja tunneb signaali „HIGH“, kui sisend on üle 2 V. Mikrokontrollerite jaoks võib see tegelikult palju erineda.

Määramata sisendloogika tasemed

Probleemid tekivad siis, kui signaal on vahemikus 0,8 V kuni 2 V ja varieerub sisendtappide vahel juhuslikult, seda probleemi saab selgitada mikrolülitiga ühendatud mikrolülitiga või mikrokontrolleriga ühendatud lülitiga.

Oletame, et mikrokontrollerit või mikrokontrollerit kasutades kasutatakse vooluahelat. Kui sulgeme vooluahela, läheb sisendnupp 'LOW' ja relee lülitub 'ON'.

Kui lüliti avame, peaks relee välja lülituma paremale? No mitte tegelikult.

Me teame, et digitaalsed mikrokontrollerid ja digitaalsed mikrokontrollerid võtavad sisendi ainult kas “HIGH” või “LOW”, kui lüliti avame, on sisendnupp lihtsalt avatud. See pole ei “KÕRGE” ega “MADAL”.

Relee väljalülitamiseks peab sisendnupp olema “HIGH”, kuid avatud olukorras muutub see tihvt haavatavaks vastuvõtuks, hulkuvate staatiliste laengute ja ümbritsevast muust elektrimürast, mis võib põhjustada relee sisse- ja väljalülitamise. juhuslikult.

Selliste juhuslike vallandumiste vältimiseks hulkuvate pingete tõttu on selles näites kohustuslik siduda näidatud digitaalne sisendnupp 'HIGH' loogikaga, nii et lüliti välja lülitamisel ühendatakse tihvt automaatselt määratletud olekusse 'HIGH' või IC positiivne tarnetase.

Tihvti “HIGH” hoidmiseks saame sisendnupu ühendada Vcc-ga.

Allpool olevas vooluringis on sisendnupp ühendatud Vcc-ga, mis hoiab lüliti avamisel sisendit “HIGH”, mis välistab relee juhusliku käivitamise.

Võite mõelda, nüüd on meil lahendus välja töötatud. Aga ei .... veel mitte!

Vastavalt skeemile, kui lüliti sulgeme, tekib kogu süsteemi lühis ja seiskamine ning lühis. Teie vooluringil ei saa kunagi olla halvimat olukorda kui lühis.

Lühis on tingitud väga suurest voolust, mis voolab läbi madala takistuse tee, mis põletab trükkplaadi jälgi, sulavkaitsme põlemist, päästikulülitite käivitamist ja võib isegi põhjustada teie vooluringile surmavat kahju.

Sellise tugeva voolu vältimiseks ja ka sisendi tihvti hoidmiseks HIGH-olekus võime kasutada takistit, mis on ühendatud Vcc-ga, see on punase joone vahel.

Selles olukorras on tihvt „KÕRGES” olekus, kui lüliti avame, ja lüliti sulgemisel ei esine lühist ning ka sisendnõel on lubatud otse ühendada GND-ga, muutes selle MADAL ”.

Lüliti sulgemisel tekib pingetakisti kaudu tühine pingelangus ja ülejäänud vooluahel ei muutu.

Tuleb valida optimaalselt Pull-Up / Pull-Down takisti väärtus, et see ei tõmbaks takisti kaudu üleliigset.

Pull-up takisti väärtuse arvutamine:

Optimaalse väärtuse arvutamiseks peame teadma kolme parameetrit: 1) Vcc 2) Minimaalne sisendpinge künnis, mis tagab väljundi „HIGH“ 3) Kõrge taseme sisendvool (nõutav vool). Kõik need andmed on ära toodud andmelehel.

Võtame näiteks loogika NAND gate. Selle andmelehe kohaselt on Vcc 5 V, minimaalne sisendpinge (kõrge sisendpinge V_NEID) on 2V ja kõrgel tasemel sisendvool (I_NEID) on 40 uA.

“lüliti ühepooluseline ühe viskega ”

Ohmi seadust rakendades leiame takisti õige väärtuse.

R = Vcc - V_{IH (MIN)}/ I_NEID

Kus

Vcc on tööpinge,

V_{IH (MIN)}on KÕRGE taseme sisendpinge,

Mina_NEIDon KÕRGE taseme sisendvool.

Nüüd teeme sobitamise,

R = 5 - 2/40 x 10 ^ -6 = 75K oomi.

Saame kasutada takisti väärtust maksimaalselt 75K oomi.

MÄRGE:

See väärtus arvutatakse ideaalsete tingimuste korral, kuid me ei ela ideaalses maailmas. Parima töö tagamiseks võite ühendada takisti, mis on arvutuslikust väärtusest veidi madalam, näiteks 70K, 65k või isegi 50K oomi, kuid ärge vähendage takistust piisavalt madalal, et see juhiks ülaltoodud näite puhul suurt voolu, näiteks 100 oomi, 220 oomi.

Mitu väravat Pull-Up takistid

Ülaltoodud näites nägime, kuidas valida ühe värava jaoks Pull-up takisti. Mis siis, kui meil on 10 väravat, mis kõik tuleb ühendada ülestõstetakistiga?

Üks viis on ühendada 10 tõmmetakisti igasse väravasse, kuid see pole kulutõhus ja lihtne lahendus. Parim lahendus oleks kõigi sisendnõelte ühendamine ühe Pull-Up takisti külge.

Ülaltoodud tingimuse Pull-Up takisti väärtuse arvutamiseks järgige järgmist valemit:

R = Vcc - V_{IH (MIN)}/ N x I_NEID

N on väravate arv.

Märkate, et ülaltoodud valem on sama mis eelmine, ainus erinevus on väravate arvu korrutamine.

Tehkem jälle matemaatika,

R = 5-2 / 10 x 40 x 10 ^ -6 = 7,5K oomi (maksimaalselt)

10 NAND-värava jaoks saime takisti väärtuse viisil, et vool on kümme korda suurem kui üks NAND-värav (eelmises näites), nii et takisti suudaks maksimaalsel koormusel hoida vähemalt 2 V, mis tagab vajaliku nõude väljund ilma tõrgeteta.

Pull-up takisti arvutamiseks võite kasutada sama valemit mis tahes rakenduse jaoks.

Allatõmmatavad takistid:

Pull-up takisti hoiab tihvti “HIGH”, kui allakäigutakistiga pole sisendit ühendatud, hoiab see pin ”LOW”, kui sisendit pole ühendatud.

Allatõmbetakisti valmistatakse Vcc asemel takisti maandamisega.

Pull-down saab arvutada järgmiselt:

R = V_{IL (MAX)}/ I_THE

Kus

V_{IL (MAX)}on madala taseme sisendpinge.

Mina_THEon madala taseme sisendvool.

Kõik need parameetrid on ära toodud andmelehel.

R = 0,8 / 1,6 x 10 ^ -3 = 0,5K oomi

Pull-down jaoks võime kasutada maksimaalselt 500 oomi takistit.

Kuid jällegi peaksime kasutama takisti väärtust alla 500 oomi.

Avatud kollektori väljund / avatud tühjendus:

Võime öelda, et tihvt on 'avatud kollektori väljund', kui IC ei saa väljundit 'HIGH' juhtida, vaid saab väljundit 'LOW' juhtida. See lihtsalt ühendab väljundi maapinnaga või ühendab lahti maapinnast.

Näeme, kuidas IC-s tehakse avatud kollektori konfiguratsioon.

Kuna väljund on kas maandatud või avatud vooluahel, peame ühendama välise Pull-Up takisti, mis suudab keerata tihvti “HIGH”, kui transistor on välja lülitatud.

See on sama avatud äravoolu puhul. Ainus erinevus on see, et IC-i sisemine transistor on MOSFET.

Nüüd võite küsida, miks me vajame avatud äravoolu konfiguratsiooni? Peame nagunii ühendama Pull-Up takisti.

Noh, väljundpinget saab muuta, valides avatud kollektori väljundi jaoks erinevad takisti väärtused, nii et see annab koormusele rohkem paindlikkust. Võime ühendada koormuse väljundil, millel on suurem või madalam tööpinge.

Kui meil oleks fikseeritud tõmbetakisti väärtus, ei saa me väljundi pinget kontrollida.

Selle konfiguratsiooni üks puudus on see, et see tarbib tohutut voolu ja ei pruugi olla akusõbralik, selle õigeks tööks on vaja suuremat voolu.

Võtame näite IC 7401 avatud äravooluloogika 'NAND' väravast ja vaatame, kuidas arvutada tõmmetakisti väärtus.

Peame teadma järgmisi parameetreid:

V_{OL (MAX)}mis on IC 7401 maksimaalne sisendpinge, mis võib tagada väljundi „LOW” (0,4 V) pööramise.

Mina_{OL (MAX)}mis on madala taseme sisendvool (16mA).

Vcc on tööpinge, mis on 5 V.