Trong bài đăng này, chúng ta sẽ tìm hiểu điện trở kéo lên và điện trở kéo xuống, tại sao chúng thường được sử dụng trong các mạch điện tử, điều gì xảy ra với các mạch điện tử không có điện trở Kéo lên hoặc Kéo xuống và Cách tính toán Kéo lên và Các giá trị điện trở kéo xuống và cuối cùng chúng ta sẽ thấy về cấu hình bộ thu mở.

Cách đầu vào và đầu ra logic hoạt động trong mạch kỹ thuật số

Trong điện tử kỹ thuật số và hầu hết các mạch dựa trên vi điều khiển, các tín hiệu kỹ thuật số liên quan được xử lý ở dạng logic1 hoặc logic0, tức là “CAO” hoặc “THẤP”.

Cổng logic kỹ thuật số trở thành đơn vị cơ bản của bất kỳ mạch kỹ thuật số nào và bằng cách sử dụng cổng “VÀ”, “HOẶC” và “KHÔNG”, chúng tôi có thể xây dựng các mạch phức tạp, tuy nhiên như đã lưu ý ở trên các cổng kỹ thuật số chỉ có thể chấp nhận hai mức điện áp “CAO ”Và“ THẤP ”.

“CAO” và “THẤP” thường có dạng 5V và 0V tương ứng. “CAO” còn được gọi là “1” hoặc tín hiệu tích cực của nguồn cung cấp và “THẤP” còn được gọi là “0” hoặc tín hiệu tiêu cực của nguồn cung cấp.

Các vấn đề phát sinh trong mạch logic hoặc vi điều khiển khi đầu vào được cấp nguồn nằm ở đâu đó trong vùng không xác định giữa 2V và 0V.

Trong tình huống như vậy, mạch logic hoặc vi điều khiển có thể không nhận ra tín hiệu đúng, và mạch sẽ đưa ra một số giả định sai và thực thi.

Nói chung, một cổng logic có thể nhận ra tín hiệu là “THẤP” nếu đầu vào dưới 0,8V và có thể nhận ra tín hiệu là “CAO” nếu đầu vào trên 2V. Đối với vi điều khiển, điều này thực sự có thể thay đổi rất nhiều.

Mức độ logic đầu vào không xác định

Các vấn đề phát sinh khi tín hiệu nằm trong khoảng từ 0,8V đến 2V và thay đổi ngẫu nhiên tại các chân đầu vào, vấn đề này có thể được giải thích bằng một mạch ví dụ sử dụng công tắc kết nối với IC hoặc vi điều khiển.

Giả sử một mạch sử dụng vi điều khiển hoặc IC, nếu chúng ta đóng mạch, chân đầu vào chuyển sang “LOW” và rơle chuyển sang “ON”.

Nếu chúng ta mở công tắc, rơ le sẽ 'TẮT' phải không? Cũng không hẳn.

Chúng ta biết rằng các IC kỹ thuật số và vi điều khiển kỹ thuật số chỉ nhận đầu vào là “CAO” hoặc “THẤP”, khi chúng ta mở công tắc, chân đầu vào chỉ được mở mạch. Nó không phải là “CAO” cũng không phải là “THẤP”.

Chân đầu vào phải ở mức “CAO” để tắt rơ le, nhưng trong tình huống mở, chân này sẽ dễ bị lạc, tích điện lạc và nhiễu điện khác từ xung quanh, có thể làm cho rơ le BẬT và TẮT ngẫu nhiên.

Để ngăn chặn các kích hoạt ngẫu nhiên như vậy do điện áp đi lạc, trong ví dụ này, bắt buộc phải buộc chân đầu vào kỹ thuật số được hiển thị với logic 'CAO', để khi công tắc tắt, chân này sẽ tự động kết nối với trạng thái xác định 'CAO' hoặc mức cung cấp tích cực của vi mạch.

Để giữ chân “HIGH”, chúng ta có thể kết nối chân đầu vào với Vcc.

Trong mạch bên dưới, chân đầu vào được kết nối với Vcc, chân này giữ cho đầu vào “CAO” nếu chúng ta mở công tắc, điều này ngăn cản việc kích hoạt ngẫu nhiên của rơle.

Bạn có thể nghĩ, bây giờ chúng tôi đã có giải pháp hiệu quả. Nhưng không .... chưa!

Theo sơ đồ nếu chúng ta đóng công tắc sẽ có hiện tượng ngắn mạch và ngắt và đoản mạch toàn hệ thống. Mạch của bạn không bao giờ có thể có bất kỳ tình huống xấu nhất nào hơn là đoản mạch.

Hiện tượng đoản mạch là do dòng điện rất lớn chạy qua đường dẫn có điện trở thấp làm cháy các vết PCB, thổi cầu chì, kích hoạt công tắc an toàn và thậm chí có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho mạch của bạn.

Để ngăn dòng điện nặng như vậy và cũng để giữ cho chân đầu vào ở điều kiện “CAO”, chúng ta có thể sử dụng một điện trở được kết nối với Vcc, nằm giữa 'vạch đỏ'.

Trong trường hợp này, chân sẽ ở trạng thái “CAO” nếu chúng ta mở công tắc và khi đóng công tắc sẽ không có bất kỳ đoản mạch nào và chân đầu vào cũng được phép kết nối trực tiếp với GND, làm cho nó “ THẤP'.

Nếu chúng ta đóng công tắc sẽ có điện áp giảm không đáng kể qua điện trở kéo lên và phần còn lại của mạch sẽ không bị ảnh hưởng.

Người ta phải chọn giá trị điện trở Kéo-Lên / Kéo-Xuống một cách tối ưu để nó không rút quá mức qua điện trở.

Tính toán giá trị điện trở kéo lên:

Để tính toán một giá trị tối ưu, chúng ta phải biết 3 tham số: 1) Vcc 2) Điện áp đầu vào ngưỡng tối thiểu có thể đảm bảo làm cho đầu ra “CAO” 3) Dòng đầu vào mức cao (Dòng yêu cầu). Tất cả những dữ liệu này được đề cập trong biểu dữ liệu.

Hãy lấy ví dụ về cổng NAND logic. Theo biểu dữ liệu của nó, Vcc là 5V, điện áp đầu vào ngưỡng tối thiểu (Điện áp đầu vào mức cao V_HỌ) là 2V và dòng đầu vào mức cao (I_HỌ) là 40 uA.

“cách thức hoạt động của thiết bị chống sét lan truyền ”

Bằng cách áp dụng định luật ohm, chúng ta có thể tìm ra giá trị điện trở chính xác.

R = Vcc - V_{IH (PHÚT)}/ TÔI_HỌ

Ở đâu,

Vcc là điện áp hoạt động,

V_{IH (PHÚT)}là Điện áp đầu vào mức CAO,

Tôi_HỌlà dòng đầu vào mức cao.

Bây giờ chúng ta hãy thực hiện đối sánh,

R = 5 - 2/40 x 10 ^ -6 = 75 nghìn ohm.

Chúng tôi có thể sử dụng giá trị điện trở tối đa là 75K ohm.

GHI CHÚ:

Giá trị này được tính toán cho các điều kiện lý tưởng, nhưng chúng ta không sống trong một thế giới lý tưởng. Để hoạt động tốt nhất, bạn có thể kết nối điện trở thấp hơn một chút so với giá trị tính toán, chẳng hạn như 70K, 65k hoặc thậm chí 50K ohm nhưng không giảm điện trở đủ thấp để nó sẽ dẫn dòng điện lớn, ví dụ: 100 ohm, 220 ohm cho ví dụ trên.

Nhiều cổng điện trở kéo lên

Trong ví dụ trên, chúng ta đã thấy cách chọn một điện trở kéo lên cho một cổng. Điều gì xảy ra Nếu chúng ta có 10 cổng mà tất cả đều cần được kết nối với điện trở Kéo lên?

Một trong những cách là kết nối 10 điện trở kéo lên ở mỗi cổng, nhưng đây không phải là giải pháp dễ dàng và hiệu quả về chi phí. Giải pháp tốt nhất sẽ là kết nối tất cả các chân đầu vào với nhau thành một điện trở Pull-Up duy nhất.

Để tính toán giá trị điện trở kéo lên cho điều kiện trên, hãy làm theo công thức dưới đây:

R = Vcc - V_{IH (PHÚT)}/ N x I_HỌ

Chữ 'N' là số cửa.

Bạn sẽ nhận thấy rằng công thức trên giống với công thức trước, chỉ khác là nhân số cửa.

Vì vậy, hãy làm lại phép toán,

R = 5 -2 / 10 x 40 x 10 ^ -6 = 7,5K ohm (tối đa)

Bây giờ đối với 10 cổng NAND, chúng tôi đã nhận được giá trị điện trở theo cách dòng điện cao hơn 10 lần so với một cổng NAND (Trong ví dụ trước), để điện trở có thể duy trì tối thiểu 2V ở tải cao nhất, có thể đảm bảo yêu cầu đầu ra mà không có bất kỳ lỗi.

Bạn có thể sử dụng cùng một công thức để tính điện trở kéo lên cho bất kỳ ứng dụng nào.

Điện trở kéo xuống:

Điện trở Kéo lên giữ chân “CAO” nếu không có đầu vào nào được kết nối với điện trở Kéo xuống, nó giữ chân “THẤP” nếu không có đầu vào nào được kết nối.

Điện trở kéo xuống được thực hiện bằng cách kết nối điện trở với đất thay vì Vcc.

Kéo xuống có thể được tính bằng:

R = V_{IL (MAX)}/ TÔI_CÁC

Ở đâu,

V_{IL (MAX)}là điện áp đầu vào mức THẤP.

Tôi_CÁClà dòng đầu vào mức THẤP.

Tất cả các thông số này được đề cập trong biểu dữ liệu.

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

Chúng tôi có thể sử dụng điện trở tối đa 500 ohm cho Kéo xuống.

Nhưng một lần nữa, chúng ta nên sử dụng giá trị điện trở nhỏ hơn 500 ohms.

Mở đầu ra bộ thu / Mở cống:

Chúng ta có thể nói một chân là “đầu ra cực thu mở” khi vi mạch không thể điều khiển đầu ra “CAO” mà chỉ có thể điều khiển đầu ra của nó “THẤP”. Nó chỉ đơn giản là kết nối đầu ra với mặt đất hoặc ngắt kết nối với mặt đất.

Chúng ta có thể thấy cấu hình bộ thu mở được thực hiện như thế nào trong một vi mạch.

Vì đầu ra là nối đất hoặc hở mạch, chúng ta cần kết nối một điện trở Pull-Up bên ngoài có thể biến chân “HIGH” khi bóng bán dẫn TẮT.

Điều này cũng tương tự đối với Mở cống, điểm khác biệt duy nhất là bóng bán dẫn bên trong IC là MOSFET.

Bây giờ, bạn có thể hỏi tại sao chúng ta cần một cấu hình cống mở? Dù sao chúng ta cũng cần kết nối một điện trở Pull-Up.

Chà, điện áp đầu ra có thể thay đổi bằng cách chọn các giá trị điện trở khác nhau ở đầu ra bộ thu mở, do đó, nó mang lại sự linh hoạt hơn cho tải. Chúng tôi có thể kết nối tải ở đầu ra có điện áp hoạt động cao hơn hoặc thấp hơn.

Nếu chúng ta có một giá trị điện trở kéo lên cố định, chúng ta không thể kiểm soát điện áp ở đầu ra.

Một nhược điểm của cấu hình này là, nó tiêu thụ dòng điện lớn và có thể không thân thiện với pin, nó cần dòng điện cao hơn để hoạt động chính xác.

Hãy lấy ví dụ về cổng “NAND” logic cống mở của IC 7401 và xem cách tính giá trị điện trở kéo lên.

Chúng ta cần biết các thông số sau:

V_{CŨ (TỐI ĐA)}là điện áp đầu vào tối đa cho IC 7401 có thể đảm bảo biến đầu ra “THẤP” (0,4V).

Tôi_{CŨ (TỐI ĐA)}là dòng đầu vào mức thấp (16mA).

Vcc là điện áp hoạt động là 5V.