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 Vพวกเขา) คือ 2V และกระแสอินพุตระดับสูง (Iพวกเขา) คือ 40 uA
เราสามารถหาค่าตัวต้านทานที่ถูกต้องได้โดยใช้กฎของโอห์ม
R = Vcc - โวลต์IH (ขั้นต่ำ)/ ผมพวกเขา
ที่ไหน
Vcc คือแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งาน
วีIH (ขั้นต่ำ)เป็นแรงดันไฟฟ้าขาเข้าระดับสูง
ผมพวกเขาคือกระแสอินพุตระดับสูง
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 - โวลต์IH (ขั้นต่ำ)/ N x Iพวกเขา
“ 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 = VIL (สูงสุด)/ ผมเดอะ
ที่ไหน
วีIL (สูงสุด)คือแรงดันไฟฟ้าขาเข้าระดับต่ำ
ผมเดอะเป็นกระแสอินพุตระดับต่ำ
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:
วีOL (สูงสุด)ซึ่งเป็นแรงดันไฟฟ้าขาเข้าสูงสุดสำหรับ IC 7401 ซึ่งสามารถรับประกันได้ว่าจะเปิดเอาต์พุต“ LOW” (0.4V)
ผมOL (สูงสุด)ซึ่งเป็นกระแสอินพุตระดับต่ำ (16mA)
Vcc คือแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานคือ 5V
ดังนั้นเราที่นี่เราสามารถเชื่อมต่อค่าตัวต้านทานแบบดึงขึ้นได้ประมาณ 287 โอห์ม
มีคำถามหรือไม่? โปรดใช้ช่องแสดงความคิดเห็นด้านล่างเพื่อแสดงความคิดเห็นของคุณคำถามของคุณจะได้รับการตอบกลับโดยเร็ว
ก่อนหน้านี้: Digital Buffer - Working, Definition, Truth Table, Double Inversion, Fan-out ถัดไป: ทำความเข้าใจกับการควบคุมสเกลาร์ (V / f) สำหรับมอเตอร์เหนี่ยวนำ