Bu yazıda, yukarı çekme direncini ve aşağı çekme direncini, elektronik devrelerde neden yaygın olarak kullanıldığını, Yukarı Çekme veya Aşağı Çekme direnci olmayan elektronik devrelere ne olduğunu ve Yukarı Çekme ve Çekme direncinin nasıl hesaplanacağını keşfedeceğiz. Aşağı çekme direnç değerleri ve son olarak açık kollektör konfigürasyonunu göreceğiz.

Dijital Devrelerde Mantık Girişleri ve Çıkışları Nasıl Çalışır?

Dijital elektroniklerde ve mikrodenetleyici tabanlı devrelerin çoğunda ilgili dijital sinyaller, mantık1 veya mantık0, yani 'YÜKSEK' veya 'DÜŞÜK' şeklinde işlenir.

Dijital mantık kapıları herhangi bir dijital devrenin temel birimleri haline gelir ve 'VE', 'VEYA' ve 'DEĞİL' kapılarını kullanarak karmaşık devreler oluşturabiliriz, ancak yukarıda belirtildiği gibi, dijital kapılar yalnızca 'YÜKSEK' olan iki voltaj seviyesini kabul edebilir. ' Ve düşük'.

'YÜKSEK' ve 'DÜŞÜK' genellikle sırasıyla 5V ve 0V şeklindedir. 'YÜKSEK' aynı zamanda '1' veya beslemenin pozitif sinyali olarak da anılır ve 'DÜŞÜK' aynı zamanda '0' veya kaynağın negatif sinyali olarak da anılır.

Beslenen giriş 2V ile 0V arasındaki tanımlanmamış bölgede bir yerde olduğunda mantık devresinde veya bir mikro denetleyicide sorunlar ortaya çıkar.

Böyle bir durumda mantık devreleri veya mikrodenetleyici sinyali düzgün bir şekilde tanımayabilir ve devre bazı yanlış varsayımlarda bulunur ve yürütür.

Genellikle mantık geçidi, giriş 0,8V'nin altındaysa sinyali 'DÜŞÜK' olarak tanıyabilir ve giriş 2V'nin üzerindeyse sinyali 'YÜKSEK' olarak tanıyabilir. Mikrodenetleyiciler için bu aslında çok değişebilir.

Tanımsız Giriş Mantık Düzeyleri

Problemler, sinyal 0.8V ile 2V arasında olduğunda ve giriş pinlerinde rastgele değiştiğinde ortaya çıkar, bu sorun bir IC'ye veya bir mikrodenetleyiciye bağlı bir anahtar kullanılarak örnek bir devre ile açıklanabilir.

Bir mikro denetleyici veya IC kullanan bir devre varsayalım, devreyi kapatırsak, giriş pini 'DÜŞÜK' olur ve röle 'AÇIK' olur.

Anahtarı açarsak, röle sağa 'KAPALI' mı dönmelidir? Aslında pek değil.

Dijital IC'lerin ve dijital mikrodenetleyicilerin yalnızca 'YÜKSEK' veya 'DÜŞÜK' olarak girdi aldığını biliyoruz, anahtarı açtığımızda, giriş pini sadece açık devre yapıyor. 'YÜKSEK' veya 'DÜŞÜK' değildir.

Röleyi kapatmak için giriş pini 'YÜKSEK' olmalıdır, ancak açık durumda bu pin kaçak başlatmalara, kaçak statik yüklere ve çevredeki diğer elektrik gürültüsüne karşı savunmasız hale gelir ve bu da rölenin AÇIK ve KAPALI olmasına neden olabilir. rastgele.

Kaçak voltaj nedeniyle bu tür rastgele tetiklemeleri önlemek için, bu örnekte gösterilen dijital giriş pimini bir 'HIGH' mantığına bağlamak zorunlu hale gelir, böylece anahtar kapatıldığında, pin otomatik olarak tanımlanmış bir 'HIGH' durumuna bağlanır. veya IC'nin pozitif arz seviyesi.

Pimi “YÜKSEK” tutmak için giriş pimini Vcc'ye bağlayabiliriz.

Aşağıdaki devrede giriş pini, rölenin rastgele tetiklenmesini önleyen anahtarı açarsak 'HIGH' girişini koruyan Vcc'ye bağlanır.

Düşünebilirsiniz, şimdi çözümümüz var. Ama hayır .... henüz değil!

Şemaya göre, anahtarı kapatırsak kısa devre olur ve tüm sistemi kapatır ve kısa devre yapar. Devreniz asla kısa devreden daha kötü bir duruma sahip olamaz.

Kısa devre, PCB izlerini yakan, sigortanın patlamasına, emniyet anahtarlarının tetiklenmesine ve hatta devrenizde ölümcül hasara neden olabilecek düşük dirençli bir yoldan akan çok büyük akımdan kaynaklanır.

Bu tür ağır akım akışını önlemek ve ayrıca giriş pinini 'YÜKSEK' durumda tutmak için, 'kırmızı çizgi' arasındaki Vcc'ye bağlı bir direnç kullanabiliriz.

Bu durumda, anahtarı açarsak pim 'YÜKSEK' durumda olacaktır ve anahtarı kapatırken herhangi bir kısa devre olmayacaktır ve ayrıca giriş piminin doğrudan GND'ye bağlanmasına izin verilir, ' DÜŞÜK'.

Anahtarı kapatırsak, yukarı çekme direnci yoluyla ihmal edilebilir voltaj düşüşü olacak ve devrenin geri kalanı etkilenmeden kalacaktır.

Direnç üzerinden fazlalık çekmemesi için Yukarı Çekme / Aşağı Çekme direnci değerini en uygun şekilde seçmek gerekir.

Yukarı Çekme Direnci değerinin hesaplanması:

Optimum bir değeri hesaplamak için 3 parametreyi bilmemiz gerekir: 1) Vcc 2) Çıkışı “YÜKSEK” yapmayı garanti edebilecek minimum eşik giriş voltajı 3) Yüksek seviye giriş akımı (Gerekli akım). Tüm bu veriler veri sayfasında belirtilmiştir.

Mantıksal NAND geçidi örneğini ele alalım. Vcc veri sayfasına göre 5V, minimum eşik giriş voltajı (Yüksek seviye Giriş voltajı V_ONLAR) 2V ve Yüksek seviye giriş akımıdır (I_ONLAR) 40 uA'dır.

“analogdan dijitale dönüştürücü tasarımı ”

Ohm yasasını uygulayarak doğru direnç değerini bulabiliriz.

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

Nerede,

Vcc, çalışma voltajıdır,

V_{IH (MIN)}YÜKSEK Seviye Giriş voltajı,

ben_ONLARYÜKSEK Seviye Giriş Akımıdır.

Şimdi eşleştirmeyi yapalım,

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

Maksimum 75K ohm direnç değeri kullanabiliriz.

NOT:

Bu değer ideal koşullar için hesaplanır, ancak ideal bir dünyada yaşamıyoruz. En iyi çalışma için 70K, 65k veya hatta 50K ohm gibi hesaplanan değerden biraz daha düşük bir direnç bağlayabilirsiniz, ancak direnci, yukarıdaki örnek için örneğin 100 ohm, 220 ohm gibi çok büyük bir akım iletecek kadar düşük düşürmeyin.

Çoklu kapı Çekme dirençleri

Yukarıdaki örnekte, bir kapı için bir Çekme direncinin nasıl seçileceğini gördük. Yukarı Çekme direncine bağlanması gereken 10 geçidimiz varsa ne olur?

Yollardan biri, kapıların her birine 10 Pull-Up rezistörü bağlamaktır, ancak bu uygun maliyetli ve kolay bir çözüm değildir. En iyi çözüm, tüm giriş pinlerini tek bir Yukarı Çekme direncine bağlamak olacaktır.

Yukarıdaki koşul için Yukarı Çekme direnci değerini hesaplamak için aşağıdaki formülü izleyin:

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

'N', kapıların sayısıdır.

Yukarıdaki formülün öncekiyle aynı olduğunu fark edeceksiniz, tek fark kapı sayısını çarpmaktır.

Öyleyse, hesabı tekrar yapalım,

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

Şimdi 10 NAND geçidi için, direnç değerini akımın bir NAND geçidinden 10 kat daha yüksek olacak şekilde aldık (Önceki örnekte), böylece direnç tepe yükte minimum 2V koruyabilir, bu da gerekli olanı garanti edebilir hatasız çıktı.

Herhangi bir uygulama için Yukarı Çekme direncini hesaplamak için aynı formülü kullanabilirsiniz.

Aşağı Çekme Dirençleri:

Yukarı Çekme direnci, Aşağı Çekme direnci ile herhangi bir giriş bağlı değilse 'YÜKSEK' pini tutar, giriş bağlı değilse 'DÜŞÜK' pini tutar.

Çekme direnci, direnci Vcc yerine toprağa bağlayarak yapılır.

Aşağı açılır, şu şekilde hesaplanabilir:

R = V_{IL (MAKS)}/ BEN_THE

Nerede,

V_{IL (MAKS)}DÜŞÜK seviyeli giriş voltajıdır.

ben_THEDÜŞÜK seviyeli giriş akımıdır.

Tüm bu parametreler veri sayfasında belirtilmiştir.

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

Pull-down için maksimum 500 ohm direnç kullanabiliriz.

Ancak yine, 500 ohm'dan daha düşük bir direnç değeri kullanmalıyız.

Açık kollektör çıkışı / Açık Drenaj:

IC, 'YÜKSEK' çıkışını sürdüremediğinde ancak yalnızca 'DÜŞÜK' çıkışını sürdürebildiğinde bir pinin 'açık kollektör çıkışı' olduğunu söyleyebiliriz. Çıkışı zemine bağlar veya toprakla bağlantısını keser.

Bir IC'de açık kollektör konfigürasyonunun nasıl yapıldığını görebiliriz.

Çıkış toprak veya açık devre olduğundan, transistör KAPALI olduğunda pini “YÜKSEK” döndürebilen harici bir Yukarı Çekme direnci bağlamamız gerekir.

Bu, Açık drenaj için de aynıdır, tek fark, IC içindeki dahili transistörün bir MOSFET olmasıdır.

Şimdi, neden açık bir tahliye konfigürasyonuna ihtiyacımız olduğunu sorabilirsiniz. Yine de bir Yukarı Çekme direnci bağlamamız gerekiyor.

Açık kollektör çıkışında farklı direnç değerleri seçilerek çıkış voltajı değiştirilebilir, bu nedenle yük için daha fazla esneklik sağlar. Daha yüksek veya daha düşük çalışma voltajına sahip çıkışa yük bağlayabiliriz.

Sabit bir kaldırma direnci değerimiz olsaydı, çıkıştaki voltajı kontrol edemeyiz.

Bu konfigürasyonun bir dezavantajı, çok yüksek akım tüketmesi ve pil dostu olmaması, doğru çalışması için daha yüksek akıma ihtiyaç duymasıdır.

IC 7401 açık boşaltma mantığı 'NAND' geçidi örneğini ele alalım ve yukarı kaldırma direnci değerinin nasıl hesaplanacağını görelim.

Aşağıdaki parametreleri bilmemiz gerekiyor:

V_{OL (MAKS)}Bu, IC 7401'e maksimum giriş voltajıdır ve çıkışı 'DÜŞÜK' (0,4 V) çevirmeyi garanti edebilir.

ben_{OL (MAKS)}Düşük seviye giriş akımı (16mA).

Vcc, 5V olan çalışma voltajıdır.