在构建电路时,常会使用到上拉电阻,我们经常在一些数字电路中看到它。它只是一个电阻,从输入端连接到电路的正电源VDD。如下图所示:
上拉电阻用于确保在未按下按钮时输入引脚处于高电平状态。如果没有这颗电阻,那么输入电压将是浮动的,并且会伴随着输入在HIGH和LOW之间随机变化的风险,此外它会产生噪声。
一、如何选择上拉电阻值?
规则一:值不能太高。
上拉值越高,输入电压越低。重要的是要让电压足够高,使芯片将其视为HIGH或逻辑1输入。例如,如果使用带有10V电源的CD4017,则输入端至少需要7V才能将其视为高电平。
规则二:也不能太小。
例如,如果选择100Ω,问题是按下按钮时会有大量电流流过它。例如,使用9V电源,接上100Ω的电阻,那么电流为90mA。这是不必要的功耗浪费,这也意味着电阻器需要承受0.81W的功率。值得注意的是,大多数电阻器只能承载高达0.25W的功率。
二、得出的结论
选择上拉电阻时的经验法则是选择至少比引脚输入阻抗(或内阻)小10倍的电阻值。通常,一个10kΩ的上拉值就可以解决问题。
三、上拉电阻如何工作?
我们可以将集成电路 (IC) 的输入引脚视为具有接地的电阻器。这称为输入阻抗:
这两个电阻组成了一个分压器。如果查看标准分压器电路,可以看到上拉电阻为R1,输入阻抗为R2:
我们可以使用分压器公式找到未按下按钮时输入引脚上的电压:
下面重命名了公式的组成部分以适应上拉示例。输入电压为上拉示例中的VDD 。输出电压是输入引脚上的电压。于是公式就变成了:
示例计算
假设您的芯片的输入阻抗为1MΩ(对于许多芯片来说,100kΩ到1MΩ是正常的)。如果您的电源是9V,并且您选择了一个10kΩ
的上拉电阻,那么输入引脚上的电压是多少?
输入引脚上的电压为 8.9V,足以充当高电平输入。
一般来说,如果坚持使用不超过输入阻抗十倍的上拉电阻器的经验法则,将确保必须具有至少90%的VDD电压输入引脚。
如何找到IC的输入阻抗?
我们可以很容易地测量出芯片的输入阻抗。阻抗实际上是电阻的一个术语,它可以根据频率而变化。但是对于这种上拉情况,我们只处理直流电流。
将例如10kΩ的上拉电阻连接到芯片的输入端,并测量输入端的电压。
假设你测量时得到8.5V。那么,通过欧姆定律就能计算流过电阻器的电流。电阻两端的电压降为9V–8.5V=0.5V,因此将得到:
有0.05mA电流流过电阻器,因此也通过输入引脚下降到地。再次,使用欧姆定律找出电压降为8.5V和电流为0.05mA的物体的电阻:
输入阻抗为170kΩ。这意味着该输入的上拉电阻不应超过17kΩ。
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