مقاومت کششی چیست و چگونه از آن استفاده می کنید؟

مقاومت های کششی در بسیاری از مدارهای دیجیتال ضروری هستند. بیایید در مورد نحوه عملکرد مقاومت های کششی و نحوه استفاده از آنها صحبت کنیم.

ایجاد تصویر یک مدار دیجیتال که در آن یک دکمه فشاری برای روشن کردن یک LED مورد نیاز است. شما مدار را به درستی وصل می کنید، یک سر دکمه فشاری را به ورودی دیجیتال وصل می کنید و به طرف دیگر زمین را متصل می کنید. هنگامی که در نهایت برق را تامین می کنید، متوجه می شوید که LED بدون فشار دادن سوئیچ روشن و خاموش می شود.

اگر تا به حال چنین موقعیت هایی را مشاهده کرده اید، احتمالاً فراموش کرده اید که یک مقاومت کششی به مدار دیجیتال خود اضافه کنید. بنابراین دقیقاً یک مقاومت کششی چیست؟ چگونه کار می کند و چگونه از یکی استفاده می کنید؟

مقاومت کششی چیست؟

مقاومت pull-up مقاومتی است که شما به مدار دیجیتال اضافه می‌کنید تا از سیگنال‌های ناخواسته‌ای که ممکن است با منطق یا برنامه‌ریزی مدار شما تداخل ایجاد کند، جلوگیری کنید. این روشی برای سوگیری یا کشیدن یک خط ورودی به مثبت یا VCC زمانی است که هیچ دستگاه فعال دیگری خط را هدایت نمی کند. با کشیدن خط به VCC، به طور موثر حالت پیش فرض خط را روی 1 یا true قرار می دهید.

تنظیم یک حالت پیش‌فرض برای همه پایه‌های ورودی برای جلوگیری از ایجاد سیگنال‌های تصادفی در حالت شناور آن مهم است. هنگامی که یک پایه ورودی از یک منبع فعال مانند زمین یا VCC جدا می شود، در حالت شناور قرار می گیرد.

مقاومت های کششی معمولاً در مدارهای دیجیتال با استفاده از میکروکنترلرها و رایانه های تک برد استفاده می شوند.

چگونه یک مقاومت کششی در یک مدار کار می کند

هنگام استفاده از کلید لحظه ای در مدار دیجیتال، فشار دادن کلید باعث بسته شدن مدار و انتقال درست یا زیاد به میکروکنترلر می شود. با این حال، جدا کردن سوئیچ لزوماً پین ورودی را از ارسال چنین سیگنال‌هایی متوقف نمی‌کند.

این به این دلیل است که قطع اتصال از طریق یک سوئیچ به این معنی است که دیگر به چیزی جز هوا متصل نیست. این باعث می شود که خط در حالت شناور قرار گیرد، جایی که سیگنال های محیط می توانند به طور بالقوه باعث شوند که پین ​​در هر لحظه بالا برود.

برای جلوگیری از ثبت این سیگنال های سرگردان در مدار خود، باید خط ورودی را با ولتاژ کافی تزریق کنید تا زمانی که زمین دیگر تشخیص داده نمی شود، ثبت نام خود را بالا نگه دارد. با این حال، نمی‌توانید VCC را مستقیماً به خط ورودی وصل کنید زیرا به محض اتصال سوئیچ/سنسور خط به زمین، مدار کوتاه می‌شود.

برای جلوگیری از کوتاه شدن ولتاژ کشش، باید از یک مقاومت استفاده کنید. داشتن مقاومت با مقدار مناسب تضمین می‌کند که خط شناور ولتاژ کافی برای بالا بردن بالا در حالی که به اندازه کافی پایین است که مدار را زودتر از موعد قطع نمی‌کند، داشته باشد. مقدار مقاومت به نوع منطقی مدار شما بستگی دارد.

تبیین خانواده های منطقی

برای محاسبه صحیح مقدار مقاومت مقاومت pull-up خود، باید بدانید مدار شما از چه نوع منطقی برای کار استفاده می کند. خانواده منطقی که مدار شما از آن استفاده می کند، مقدار مقاومتی را که مقاومت کششی شما به آن نیاز دارد، دیکته می کند.

چندین نوع منطق وجود دارد. در اینجا تعداد کمی از آنها هستند:

مخفف

نام

مدارهای مثال

حداقل V روشن است

حداکثر V خاموش است

CMOS

مکمل اکسید فلز نیمه رسانا

DSP، ADC، DAC، PPL

3.5

1.5

TTL

منطق ترانزیستور ترانزیستور

ساعت دیجیتال، درایور LED، حافظه

2.0

0.8

ECL

منطق امیتر همراه

رادار، لیزر، شتاب دهنده ذرات

-1.5

-1.8

DTL

منطق دیود ترانزیستور

فلیپ فلاپ، رجیستر، نوسان ساز

0.7

0.2

اگر مطمئن نیستید که از کدام خانواده منطقی استفاده می کنید، به احتمال زیاد مدار شما از خانواده های منطقی CMOS یا TTL استفاده می کند، زیرا ECL و DTL مدت ها است که قدیمی شده اند. علامت‌گذاری‌های تراشه با پیشوندهایی با استفاده از «74» یا «54» معمولاً تراشه‌های TLL هستند، در حالی که علامت‌گذاری‌های تراشه با «CD» یا «MC» نشان‌دهنده یک تراشه CMOS است. اگر هنوز مطمئن نیستید، به راحتی می توانید با جستجوی سریع برای برگه داده به صورت آنلاین، متوجه شوید که کنترلر شما از چه خانواده منطقی استفاده می کند.

نحوه محاسبه مقدار مقاومت کششی

اکنون که انواع مختلف خانواده های منطقی و حداقل ولتاژهای روشن و حداکثر خاموش آنها را درک کرده اید، اکنون می توانیم مقادیر مقاومت کششی خود را محاسبه کنیم.

برای محاسبه مقدار صحیح مقاومت، به سه مقدار نیاز دارید. حداقل ولتاژ خانواده منطقی که مدار شما استفاده می کند، ولتاژ تغذیه مدار و جریان نشتی ورودی که می توانید در برگه داده یا با استفاده از مولتی متر پیدا کنید.

هنگامی که همه متغیرها را دارید، می توانید به سادگی آنها را به فرمول زیر وصل کنید:

مقدار مقاومت = (ولتاژ تغذیه – ولتاژ بالا منطقی) / جریان نشتی ورودی

به عنوان مثال، فرض کنید مدار شما از TTL استفاده می کند و خط ورودی از 100uA در 5 ولت استفاده می کند. می دانیم که TTL به حداقل 2 ولت برای بالا بردن مقدار و حداکثر 0.8 ولت برای بالا بردن سطح پایین نیاز دارد. این بدان معناست که ولتاژ مناسب خروجی از مقاومت کششی ما باید بین 3 تا 4 ولت باشد زیرا ولتاژ باید بیشتر از 2 ولت باشد اما از ولتاژ تغذیه ما که 5 ولت است بیشتر نباشد.

مقادیر داده شده ما این خواهد بود:

• ولتاژ تغذیه = 5 ولت
• ولتاژ بالای منطقی = 4 ولت
• جریان نشتی ورودی = 100μA یا 0.0001A

حالا که متغیرها را داریم، بیایید آنها را به فرمول وصل کنیم:

(5V – 4V) / 100μA = 10000 اهم

مقاومت pull-up ما باید 10000 اهم (10 کیلو اهم یا 10 کیلو اهم) باشد.

نحوه استفاده از مقاومت کششی در مدار

مقاومت های کششی معمولاً در مدارهای دیجیتال برای جلوگیری از تداخل ناخواسته در برنامه ریزی دیجیتال مدار استفاده می شود. اگر مدار دیجیتال از سوئیچ ها و سنسورها به عنوان دستگاه ورودی استفاده می کند، می توانید از مقاومت های کششی استفاده کنید. همچنین مقاومت های کششی تنها در صورتی موثر خواهند بود که پایه های ورودی به زمین متصل باشند. اگر پین های ورودی به VCC متصل هستند، ممکن است بخواهید به جای آن از مقاومت های کششی استفاده کنید.

برای استفاده از یک مقاومت کششی، باید خط ورودی را که به دستگاه ورودی متصل می شود، پیدا کنید. پس از قرار گرفتن، می خواهید مقدار مقاومت خود را با استفاده از فرمولی که قبلا بحث شد محاسبه کنید. اگر مدار شما واقعاً به دقت زیادی نیاز ندارد، می توانید به سادگی از مقادیر مقاومت از 1kΩ تا 10kΩ استفاده کنید.

اکنون که مقاومت خود را با مقدار مناسب در اختیار دارید، می توانید یک سر مقاومت pull-up را روی VCC و یک سر را بین دستگاه ورودی و MCU قرار دهید. تبریک می گویم! اکنون می دانید که مقاومت کششی چیست و چگونه از آن استفاده کنید.

برخی از میکروکنترلرها مانند بردهای آردوینو و SBCها مانند رزبری پای دارای مقاومت‌های کششی داخلی هستند که می‌توانید به جای مقاومت‌های بیرون‌کش خارجی آن‌ها را در کد فعال کنید.

دانش خود را از طریق تجربه مستحکم کنید

به طور خلاصه، یک مقاومت کششی یک جزء مهم برای کمک به محافظت از مدار شما در برابر تداخل های نزدیک است. با تنظیم حالت پیش فرض یک پین ورودی روی high، از تداخل سیگنال های تصادفی با منطق یا برنامه ریزی مدار شما جلوگیری می کند. و اکنون که می دانید چگونه از یکی استفاده کنید، ممکن است بخواهید دانش جدید خود را با استفاده از آن در پروژه های بعدی خود تقویت کنید.

منبع مقاله