Wat is een pull-up weerstand en hoe gebruik je er een?

Afbeelding maken van een digitaal circuit waarbij een drukknop nodig is om een ​​LED aan te zetten. U bedraadt het circuit op de juiste manier, verbindt het ene uiteinde van de drukknop met een digitale ingang en aarde met het andere. Als je dan eindelijk stroom levert, merk je dat de led aan en uit gaat zonder dat je op de schakelaar drukt.

Als je ooit dergelijke situaties hebt waargenomen, is het waarschijnlijk dat je bent vergeten een pull-up-weerstand toe te voegen aan je digitale circuit. Dus wat is precies een pull-up weerstand? Hoe werkt het en hoe gebruik je er een?

Wat is een pull-up weerstand?

Een pull-up-weerstand is een weerstand die u aan een digitaal circuit toevoegt om ongewenste signalen te voorkomen die de logica of programmering van uw circuit kunnen verstoren. Het is een manier om een ​​ingangslijn naar positief of VCC te trekken wanneer er geen ander actief apparaat de lijn aanstuurt. Door de lijn naar VCC te trekken, stelt u effectief de standaardstatus van de lijn in op 1 of waar.

Het instellen van een standaardstatus van alle invoerpennen is belangrijk om te voorkomen dat willekeurige signalen worden gegenereerd tijdens de zwevende status. Een invoerpin bevindt zich in een zwevende toestand wanneer deze wordt losgekoppeld van een actieve bron zoals aarde of VCC.

Pull-up-weerstanden worden meestal gebruikt in digitale schakelingen microcontrollers en single-board computers.

Hoe een pull-up weerstand werkt in een circuit

Wanneer u een momentschakelaar op een digitaal circuit gebruikt, zorgt het indrukken van de schakelaar ervoor dat het circuit wordt gesloten en waar of hoog naar de microcontroller wordt verzonden. Als u de schakelaar uitschakelt, hoeft de ingangspen echter niet noodzakelijkerwijs te voorkomen dat dergelijke signalen worden verzonden.

Dit komt omdat het verbreken van de verbinding via een schakelaar betekent dat deze niet langer met iets anders dan lucht is verbonden. Hierdoor bevindt de lijn zich in een zwevende toestand, waarbij signalen uit de omgeving ervoor kunnen zorgen dat de pin op elk moment hoog omhoog gaat.

Om te voorkomen dat deze verdwaalde signalen in uw circuit worden geregistreerd, moet u de ingangslijn met voldoende spanning injecteren om hoog te blijven registreren wanneer de grond niet langer wordt gedetecteerd. U kunt VCC echter niet rechtstreeks op de ingangslijn aansluiten, omdat het circuit zal kortsluiten zodra de schakelaar/sensor de lijn met aarde verbindt.

Om te voorkomen dat de pull-up spanning wordt kortgesloten, moet u een weerstand gebruiken. Het hebben van de weerstand met de juiste waarde zorgt ervoor dat de zwevende lijn voldoende spanning heeft om hoog te stijgen en laag genoeg om het circuit niet voortijdig te kortsluiten. De hoeveelheid weerstand hangt af van het type logica dat uw circuit gebruikt.

Logische families uitleggen

Om de weerstandswaarde van uw pull-up-weerstand correct te berekenen, moet u weten welk type logica uw circuit gebruikt om te werken. De logische familie die uw circuit gebruikt, bepaalt de weerstandswaarde die uw pull-up-weerstand nodig heeft.

Er zijn verschillende soorten logica. Hier zijn er een paar:

Als u niet zeker weet welke logische familie u gebruikt, is het zeer waarschijnlijk dat uw circuit CMOS- of TTL-logica-families gebruikt, aangezien ECL en DTL al lang achterhaald zijn. Chipmarkeringen met voorvoegsels met "74" of "54" zijn typisch TLL-chips, terwijl chipmarkeringen met "CD" of "MC" een CMOS-chip aangeven. Als u het nog steeds niet zeker weet, kunt u eenvoudig achterhalen welke logische familie uw controller gebruikt door snel online naar het gegevensblad te zoeken.

Hoe de pull-up weerstandswaarde te berekenen

Nu u de verschillende soorten logische families en hun minimale aan- en maximale uit-spanningen begrijpt, kunnen we nu doorgaan met het berekenen van waarden voor onze pull-up-weerstand.

Om de juiste weerstandswaarde te berekenen, heb je drie waarden nodig. De minimale spanning van de logische familie die uw circuit gebruikt, de voedingsspanning van het circuit en de ingangslekstroom, die u kunt vinden op het gegevensblad of op met behulp van een multimeter.

Zodra u alle variabelen heeft, kunt u ze eenvoudig in de volgende formule stoppen:

Weerstandswaarde = (voedingsspanning - logische hoogspanning) / ingangslekstroom

Stel dat uw circuit TTL gebruikt en dat de invoerlijn 100uA bij 5V gebruikt. We weten dat TTL minimaal 2V nodig heeft om hoog te verhogen en maximaal 0,8 volt om laag te verhogen. Dit zou betekenen dat de juiste spanning die onze pull-up weerstand verlaat tussen 3V en 4V moet liggen, aangezien de spanning hoger moet zijn dan 2V maar niet hoger dan onze voedingsspanning die 5V is.

Onze gegeven waarden zouden zijn:

• Voedingsspanning = 5V
• Logische hoogspanning = 4V
• Lekstroom ingang = 100μA of 0,0001A

Nu we de variabelen hebben, laten we ze in de formule stoppen:

(5V - 4V) / 100μA = 10.000 ohm

Onze pull-up weerstand moet 10.000 ohm (10 kilohm of 10kΩ) zijn.

Hoe een pull-upweerstand in een circuit te gebruiken

Pull-up-weerstanden worden meestal gebruikt in digitale circuits om ongewenste interferentie met de digitale programmering van een circuit te voorkomen. U kunt pull-up-weerstanden gebruiken als het digitale circuit schakelaars en sensoren als invoerapparaten gebruikt. Pull-up-weerstanden zijn ook alleen effectief als de ingangspennen met aarde zijn verbonden. Als de invoerpennen zijn aangesloten op VCC, wilt u misschien in plaats daarvan pull-down-weerstanden gebruiken.

Om een ​​pull-up-weerstand te gebruiken, moet u de invoerlijn zoeken die is aangesloten op een invoerapparaat. Eenmaal gevonden, wilt u berekenen hoe de waarde van uw weerstand is met behulp van de eerder besproken formule. Als uw circuit niet echt veel precisie vereist, kunt u eenvoudig weerstandswaarden gebruiken van 1kΩ tot 10kΩ.

Nu u uw weerstand met de juiste waarde heeft, kunt u het ene uiteinde van de pull-up-weerstand op VCC plaatsen en het andere uiteinde tussen het invoerapparaat en de MCU. Gefeliciteerd! Je weet nu wat een pull-up weerstand is en hoe je er een moet gebruiken.

Sommige microcontrollers, zoals Arduino-kaarten en SBC's, zoals de Raspberry Pi, hebben interne pull-up-weerstanden die je in de code kunt activeren in plaats van externe pull-up-weerstanden.

Verstevig uw kennis door ervaring

Samengevat, een pull-up weerstand is een belangrijk onderdeel om uw circuit te helpen beschermen tegen interferentie in de buurt. Door de standaardstatus van een ingangspin op hoog te zetten, wordt voorkomen dat willekeurige signalen de logica of programmering van uw circuit verstoren. En nu u weet hoe u er een moet gebruiken, wilt u misschien uw nieuwe kennis verstevigen door deze toe te passen op uw volgende projecten.