Для чего нужны подтягивающие резисторы
Что такое подтягивающий резистор?
В цифровой схемотехнике есть не только понятие «подтягивающий резистор», но и «заземляющий». Наши зарубежные «партнёры» называют их соответственно pull-up & pull-down резисторами. Это просто резисторы, которые подключаются между входом/выходом цифровой микросхемы и питанием/землей. Какой в этом смысл?
Вся соль вот в чем. Случается так, что не все вывод микросхемы используются в схеме. Иногда они либо вовсе не задействованы, либо включаются в работы только в опредленных ситуациях. Выводы цифровых микросхем обладают достаточно большим сопротивлением и если свободные выводы никуда не подключить, то от посторонних электромагнитных полей на них могут образоваться достаточно большие потенциалы, которые будут восприниматься микросхемой как полезный сигнал, от чего произойдёт её ложное срабатывание. По этой причине инженеры придумали фиксировать потенциалы таких выводов с помощью хитрого, но простого трюка.
Фиксация производится с помощью обычного резистора, включенного между выводом (будь то вход иили выход) микросхемы и питанием/землёй. Такой резистор как-бы «подтягивает» потенциал вывода до потенциала питания или земли. При этом, помимо фиксации потенциала, сохраняется возможность использовать вывод по назначению. Очень умно!
Самое время заострить внимание на том, почему это вообще работает. Подтягивающий резистор выбирается таким, чтобы ток через него был очень маленьким. Такой ток называется слабым сигналом. И если вывод будет «подтянут» с помощью подтягивающего резистора к питанию/земле, а затем на него подать полезный сигнал (сильный сигнал), то соотношение между их мощностями будет на столько большим, что слабый сигнал будет не заметен на фоне сильного. Т.е. на вывод микросхемы подаются оба сигнала, но ведущую роль играет только сильный.
Таким образом подтягивающий резистор решает задачу защиты цифровой микросхемы от ложных срабатываний.
Для чего нужны подтягивающие резисторы
Термин «подтягивающий резистор» обычно используются в каких либо входных цепях, например, во входных цепях микроконтроллеров или жесткой логике. Их смысл использования прямо вытекает из определения логических уровней. Известно, что логический уровень характеризуется определенным диапазоном напряжений. Между логическими уровнями находится зона неопределенности. Свободный вход микросхемы, особенно высокоомный, может, под воздействием помех, в процессе работы устройства, оказазываться в различных состояниях. Так напряжение помехи может интерпретироваться как лог.1, лог.0, или попасть в зону неопределенности. Часто это приводит к сбоям в работе схемы. Этот факт обязывает подключать неиспользуемые входы м/сх с помощью сопротивлений к плюсу или минусу источника питания, или «подтягивать» их.
Выбор номиналов этих сопротивлений задача не столь тривиальная, как это может показаться. Но в любом случае, номинал сопротивления должен быть существенно меньше входного сопротивления м/сх, если осуществляется подтягивание свободных входов м/сх. Однако часто подтягивающие резисторы служат для задания тока во внешних, по отношению ко входу м/сх, цепях. В этом случае следует выбирать такое сопротивление, чтобы ток во внешней цепи, существенно превышал входной ток микросхемы, а также все возможные токи создаваемые помехами.
Часто указанный термин применяют не совсем корректно. Так, например, если выход м/сх выполнен по схеме с открытым коллектором (ОК), то само по себе подключение выхода через сопротивление к источнику питания не будет являтся «подтягиванием» как таковым. Здесь более уместен термин нагрузочное сопротивление, поскольку он точнее определяет физическую сущность явления, ведь именно с этого сопротивления снимается полезный сигнал. Однако, если таким образом реализована какая либо линия связи (объединены несколько выходов выполненные по схеме с ОК и подключены к одному сопротивлению), то можно говорить о том, что линия связи в пассивном (активном) состоянии подтянута к напряжению питания.
С уважением, Алексей.
Алекей, спасибо большое. Пока еще не совсем понято, но, благодаря вашему участию, процесс сдвинулся с мертвой точки. Еще раз спасибо.
В связи с этим возникло еще пара вопросов/уточнений:
1) т.е. подтягивающий резистор позволяет намертво прибивать сигнал либо к уровню логической «1» либо «0» и как средство борьбы с помехами?
2) а почему нельзя непосредственно подключать вход микросхемы (для примера расчитанной на 5В) к 5 вольтам или к земле? Или в этом случае есть вероятность «словить» помеху?
3) т.е. такой резистор можно считать своего рода фильтром от помех? который гасит помехи?
Подтягивающий резистор
Подтягивающий резистор — резистор, включенный между проводником, по которому распространяется электрический сигнал, и питанием, либо между проводником и землей.
Подтягивающий резистор нужен, чтобы гарантировать на логическом входе, с которым соединен проводник, высокий (в первом случае) либо низкий (во втором случае) уровень в случаях:
Подтягивающий резистор образует цепь, обеспечивающую подтяжку сигнала к питанию либо к земле. В первом случае подтяжка называется подтяжкой к питанию, во втором — подтяжкой к земле.
Любой логический вход имеет емкость относительно земли. Если сигнал формируется на открытом выводе ключевого элемента, то чем больше сопротивление подтягивающего резистора, тем больше время нарастания или спада сигнала при размыкании ключевого элемента. Если подтяжка к питанию, то надо учитывать время нарастания сигнала. Если подтяжка к земле, то — время спада сигнала. Время спада или нарастания — это время между размыканием ключа и достижением сигнала порогового напряжения.
Пороговое напряжение — это напряжение при достижении которого, логическим входом фиксируется изменение логического состояния.
Время спада или нарастания — это произведение сопротивления, емкости и коэффициента, который учитывает пороговое напряжение.
При проектировании логических схем приходится рассчитывать сопротивление подтягивающего резистора, при этом известны емкость входа и пороговое напряжение. Время спада или нарастания пропорционально сопротивлению подтягивающего резистора, то есть, например, при увеличении сопротивления вдвое время спада или нарастания увеличится вдвое.
Стягивающие и подтягивающие резисторы. В чём различие
Стягивающие и подтягивающие резисторы широко применяются в схемотехнике для подавления помех (шумов).
Давайте сразу начнём с примера и зальём на arduino следующий скетч, а в пин 10 воткнём небольшой проводок:
Надо отметить, что физически стягивающий и подтягивающий резисторы ничем не отличаются, то есть один и тот же резистор можно использовать и так, и так. Различая только в подключении. Главное, чтоб наминал резистора был большой: 10 кОм или более. Но обо всём по порядку.
Возьмём к примеру подключение обычной кнопки к ардуино. Подсоединяем один контакт кнопки к плюсу, а другой к пину 10 (скетч у нас уже залит). На мониторе порта видны те же самые нолики и единички. Нажимаем на кнопку – 1, отпускаем опять 1..0..0..1..1… А должно быть нажали – 1, отпустили – 0. Чтобы добиться этого применим стягивающий резистор.
Стягивающий резистор
Стягивающий резистор – резистор соединяющий нужный нам участок цепи с нулём (землёй, GND). В нашем примере это участок между пином 10 и кнопкой. Подсоединим всё по схеме:
Открываем монитор порта: кнопка не нажата – нули. Нажимаем – единице. Таким образом мы чётко разграничили состояния кнопки: нажата – 1, не нажата – 0. С этим уже можно работать…
Подтягивающий резистор
Но что нам делать если при нажатой кнопке на вход ардуино мы можем подать только 0 (землю, GND). С этим я столкнулся, когда решил применить в проекте энкодер на модуле KY-040. В нём есть встроенная кнопка, при нажатии на которую на выход подаётся земля. И чтобы воспользоваться этой кнопкой я применил подтягивающий резистор.
Открыв монитор порта видим: когда кнопка не нажата на пин 10 подаётся логическая 1, нажимаем кнопку и там уже логический 0.
Что такое подтягивающий резистор? Что оно делает? И зачем это нужно?
Я встречал много простых схем, которые показывают, как включить светодиод или что-то еще. Часто упоминаются подтягивающие резисторы. Что они делают? Некоторые выводы GPIO требуют подтягивающие резисторы, а другие нет, в чем разница?
Часто полезно привести входной контакт в известное состояние, если вход отсутствует. Это может быть сделано путем добавления нагрузочного резистора (до +5 В) или понижающего резистора (резистор к земле) на входе, при этом 10 кОм является общим значением.
Вот пример схемы подтягивающего резистора.
Подтягивание позволит убедиться, что штифт поднят, не потребляя слишком большой ток. Ворота имеют три возможных состояния: ON, OFF и FLOATING.
Состояние FLOATING не очень полезно, поскольку его нельзя преобразовать в логическое значение. Следовательно, подтягивающие и понижающие резисторы: они существуют для устранения состояния ПЛАВУЩАЯ.
На входных контактах используются подтягивающий или понижающий резистор для определения состояния в случае, если на входе ничего не подключено или подключенная часть находится в состоянии высокого импеданса (Z). Входные данные без определенного состояния имеют проблему, заключающуюся в том, что входное значение может быть любым (0 или 1), называемым плавающим.
Словарь электроники определяет подтягивание следующим образом:
подтягивание: описание цепи или компонента, используемого для повышения значения (например, сопротивления) цепи, к которой он подключен.
Если светодиод подключен к источнику питания +5 В и управляется (светодиод включается и выключается) микроконтроллерами / микропроцессором или каким-либо другим способом, во включенном состоянии источник питания может подавать большой ток, в свою очередь, большой ток может повредить светодиод.
Для того, чтобы ограничить большой ток от источника питания, нагрузочного резистора, тянет на сопротивление и ограничивает ток подачи светодиода от источника питания (+5 В). Следовательно, светодиод защищен от сильных токов. В зависимости от схемы, функция подтягивания меняется и формирует защиту от проводной AND логики до шины I²C.